Как по сечению сердечника определить мощность трансформатора: Как узнать мощность трансформатора по сечению сердечника — MOREREMONTA

Содержание

Как узнать мощность трансформатора по сечению сердечника — MOREREMONTA

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

расчет мощности трансформатора по габаритам

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
Броневой штампованный 1,2 1,3 1,35 1,35 1,3
Броневой витой 1,55 1,65 1,65 1,65 1,6
Кольцевой витой 1,7 1,7 1,7 1,65 1,6

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.

Определение мощности силового трансформатора

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.

Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность, входное напряжение, выходное напряжение, а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (

Iн на напряжение питания прибора (Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным, но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см.) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см.). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.

,где S – площадь сечения магнитопровода; Pтр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора

7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов – «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для питания накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и "перерабатывать" мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется "число витков на вольт", и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти "число витков на вольт", разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится "число витков на вольт" примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых, будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА | Техника и Программы

Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны

По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение

Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616

Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом

Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии

Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов

Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети

Параметры и характеристики трансформатора

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации

Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети

КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности

Электрический расчет трансформатора

Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору

Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт

U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В

I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности Ps нужно разделить на КПД трансформатора:

где Рг – габаритная мощность трансформатора

η – КПД трансформатора

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

Таблица 61 Определение КПД трансформатора

Суммарная мощность, Вт

10-20

20-40

40-100

100-300

кпд

трансформатора

0,8

0,85

0,88

0,92

Допустим, что нужно рассчитать трансформатор, имеющий три вторичные обмотки со следующими исходными данными:

U, = 6,3 В I, = 1,5 А

U, = 12 В I, = 0,3 А

U3 = 120 ΒΊ3 = 59 мА

Находим суммарную мощность, потребляемую от вторичных обмоток:

Ps = Ιφφ + U,I, + U3I3 = 6,3 x 1,5 + 12 x 0,3 + 120 x 0,059 = 20,13 Вт

Обращаем внимание на то, что при расчете сила тока третьей обмотки, которая в исходных данных указана в миллиамперах, обязательно должна переводиться в амперы: 59 мА = 0,059 А

Из табл 61 находим КПД трансформатора η = 0,85 и определяем его габаритную мощность:

Наиболее распространены две формы сердечника: О-образная (рис, 62а) и Ш-образная (рис, 626) На сердечнике О-образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш-образной формы – одна (рис, 63) Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника, как показано на рис, 62, является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах

Рис 62 Формы сердечника трансформатора

Рис 63 Расположение катушек на сердечнике

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле:

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а, после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле:

где η – количество витков на 1 В

к – коэффициент, определяемый свойствами сердечника

S – сечение рабочего керна сердечника, см2

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент к, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора Однако произвольно выбирать коэффициент к нельзя Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60 В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно брать к = 35 Если используется сердечник О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берут к = 40 Такое же значение к и для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины средних кернов, целесообразно взять к = 45, а если Ш-образные пластины имеют отверстия, то к = 50 Наконец, коэффициент к берется равным 60 при использовании Ш-образных пластин толщиной 0,5 мм с отверстиями, в то время как меньшие значения к соответствуют толщине пластин 0,35 мм Следует заметить, что выбор к в значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшение к облегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножив эти величины:

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки:

Коэффициент ш зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см табл 62)

Если сила тока меньше 0,2 А, можно принимать ш = Е

Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора, определяется силой тока, протекающего по этой обмотке Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для

Сила тока вторичной обмотки, А

0,2-0,5

0,5-1,0

1,0-2,00

2,0-4,0

m

1,02

1,03

1,04

1,06

увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу Дело в том, что от толщины провода зависит сопротивление обмотки Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая на ней мощность и она сильнее нагревается Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:

d = pVf,

где d – диаметр провода по меди, мм

I – сила тока в обмотке, А

р – коэффициент (табл 63), который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода

Таблица 63 Выбор диаметра провода

М арка провода

ПЭЛ

ПЭВ-1

ПЭВ-2

ПЭТ

Р

0,8

0,72

0,69

0,65

Выбрав коэффициент р, можно определить диаметр провода каждой обмотки Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Пример электрического расчета

Произведем расчет трансформатора по тем исходным данным, которые были приведены ранее

Находим сечение сердечника трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а = 1,9 см, и находим толщину пакета:

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

Определяем коэффициент к Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типа Ш-19 без отверстий по углам Тогда к = 45

Находим количество витков на 1 В:

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 127 В:

а также при питании от сети напряжением 220 В:

Определяем количество витков дополнительной секции первичной обмотки, которую необходимо подключить к обмотке, рассчитанной на 127 В, для питания напряжением 220 В:

Находим из табл 62 коэффициент ш для каждой из вторичных обмоток:

при ф = 1,5 А пр = 1,04

при 12 = 0,3 А ш2 = 1,02

при 13 = 0,059 А ш3 = 1,00

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

Находим силу тока в первичной обмотке при питании от сети напряжением 127 В:

то же при напряжении сети 220 В:

Находим диаметр провода первичной обмотки для секции, рассчитанной на напряжение 127 В при использовании провода марки ПЭВ-1 (коэффициент р = 0,72 берем из табл 63):

то же для секции на 220 В:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток

Для этого составляем схему трансформатора (рис, 64) и таблицу намоточных данных (табл 64), где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изо ляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди

Таблица 64 Намоточные данные трансформатора

Нем ера вы водов

Количество витков, W

Диаметр провода по меди, d, мм

Диаметр провода по изоляции, мм

1-2

970

СО

О

t

СО

О

2-3

710

0,25

0,275

4-5

50

0,9

0,99

6-7

94

0,41

0,45

8-9

917

0,18

0,2

Конструктивный расчет трансформатора

Окно сердечника, предназначенное для размещения катушки с обмотками, имеет размеры, соответствующие толщине катушки b и ее ширине h (рис, 62) Однако не вся площадь окна может быть занята обмотками, необходимо оставить место и для каркаса катушки Кроме того, обмотки нельзя наматывать вплотную к щечкам каркаса, так как это иногда приводит к «проваливанию» витков верхних слоев намотки в пространство, занятое нижними слоями, в результате чего может возникнуть пробой между витками, появятся короткозамкнутые витки и во время работы трансформатора его обмотки сгорят Поэтому в зависимости от конструкции каркаса и толщины материала, из которого он будет изготовлен, а также с учетом расстояния между щечкой каркаса и началом намотки каждого слоя выбираются эффективные размеры окна Ьэ и h

Обмотки трансформатора наматываются рядовой намоткой виток к витку с прокладками между слоями для обеспечения электрической изоляции одного слоя по отношению к соседнему, иначе возникнет пробой между витками обмоток Ведь между началом одного слоя и концом следующего, которые оказываются расположенными один под другим, действует значительное напряжение, соответствующее количеству витков двух слоев намотки и многократно превышающее допустимое напряжение для эмалевой изоляции Поэтому между слоями используются прокладки в виде одного слоя кабельной бумаги толщиной d, а между обмотками – три слоя такой же бумаги Иногда, если прочность электрической изоляции какой-либо обмотки нужно специально увеличить, между этой обмоткой и другими прокладывают дополнительно один или несколько слоев лакоткани

При определении толщины обмотки сначала нужно подсчитать количество витков W , которое можно намотать в одном слое Для этого эффективную ширину окна следует разделить на диаметр провода по изоляции:

Полученный результат округляют до ближайшего меньшего целого числа Затем находят количество слоев η , которое займет обмотка, разделив общее количество ее витков W на количество витков Wc одного слоя:

Полученное значение п,округляют до ближайшего большего целого числа, после чего определяют толщину обмотки t:

где (η – 1) – количество бумажных прокладок между слоями

Для определения толщины катушки нужно сложить значения толщины каждой обмотки и к результату прибавить толщину прокладок между обмотками:

где t, t, t и тд – толщина каждой обмотки d – толщина бумаги для прокладок η – количество обмоток

Полученная толщина катушки Т должна быть меньше, чем эффективный размер окна b Теоретически этого достаточно для вывода: катушка сможет разместиться в окне сердечника Однако на практике существуют некоторые факторы, которые трудно учесть в процессе инженерного расчета Одним из таких факторов является невозможность, а иногда просто неумение намотчика укладывать при намотке витки вплотную один к другому В результате уменьшается количество витков в слое относительно расчетного, а следовательно, увеличивается количество слоев, что ведет к увеличению фактической толщины катушки Кроме того, форма витка обычно не получается прямоугольной, а напоминает эллипс, что также приводит к увеличению толщины катушки Поэтому следует установить некоторый запас по толщине катушки Так, при ручной намотке и низкой квалификации намотчика полученное значение Т должно быть по крайней мере в 2 раза меньше, чем Ьэ Когда намотка производится на станке и квалификация намотчика достаточно высока, Т может быть в 1,2 раза меньше b Если такие соотношения не получаются, необходимо произвести перерасчет трансформатора, увеличив размер окна путем выбора другого типоразмера пластин или увеличив сечение рабочего керна за счет увеличения толщины пакета Это снизит количество витков на 1 В, уменьшится количество витков всех обмоток, и толщина катушки Т станет меньше

Пример конструктивного расчета

Произведем конструктивный расчет трансформатора, который должен следовать за электрическим расчетом, проведенным ранее

Для пластин трансформаторной стали типа Ш-19 размеры окна: b = 17 мм h = 46 мм

Допустим, что каркас катушки выполнен из гетинакса толщиной 0,5 мм Тогда эффективная ширина окна должна быть уменьшена на толщину каркаса, то есть Ьэ = 16,5 мм Эффективная ширина намотки может быть найдена, если из высоты окна h вычесть толщину двух щечек каркаса и двойное расстояние между щечками и крайними витками обмоток, которое можно принять равным 2 мм Тогда Ьэ = 41 мм

Выберем для прокладок между слоями и между обмотками бумагу толщиной d = ОД мм Найдем количество витков в слое для секции первичной обмотки, предназначенной для напряжении сети 127 В:

Находим количество слоев этой обмотки:  и ее толщину:

Количество витков в слое для дополнительной секции, рассчитанной на 220 В:

Количество слоев:

Толщина обмотки:

То же для вторичной обмотки № 1:

Для вторичной обмотки № 2:

Для вторичной обмотки № 3:

Находим толщину катушки трансформатора:

Определим запас размещения катушки в окне сердечника:

Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что намотка может быть выполнена вручную при средней квалификации намотчика

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Как выполнить расчет трансформатора в полном объеме

Простейший расчет силового трансформатора позволяет
найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр
провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и
совсем редко 110 В.

Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в
некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных
ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для
питания накальных цепей ламп переменное
напряжение 6,3 В.

Все напряжения, необходимые для какого-либо
устройства, получают от одного трансформатора, который называют
силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном
стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких
Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными
сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части
сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую
трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость:
сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую
мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим
стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то
есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети
и «перерабатывать» мощность 36 Вт.

Это упрощенный расчет дает
вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна
мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что
сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при
толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм,
или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для
того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного
насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком,
скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см².

Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше
расчетного уже нельзя т. к.

сердечник попадет в область насыщения,
а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное
сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет
из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток.
Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же
первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может
быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В
трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и
повышающая для анодного выпрямителя.

В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает
один выпрямитель.

Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то
его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора
или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной
характеристике трансформатора, которая называется «число витков на
вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта
стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков
на вольт», разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него
получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по
формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В
будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240
витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для
трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой
изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из
соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего
отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых,
будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную
тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод
нужно взять 0,29 мм.

Источник: https://www.radiolub.ru/page/prostejshij-raschet-silovogo-transformatora

Проектирование трансформатора – как рассчитать мощность трансформатора


При проектировании трансформатора, основной параметр устройства представлен показателями его мощности.

Зная, как рассчитать мощность трансформатора, можно самостоятельно выбрать и приобрести качественный прибор, позволяющий преобразовывать напряжение в большие или меньшие значения.

Как рассчитать мощность трансформатора

Особенность работы стандартного трансформатора представлена процессом преобразования электроэнергии переменного тока в показатели переменного магнитного поля и наоборот. Самостоятельный расчет трансформаторной мощности может быть выполнен в соответствии с сечением сердечника и в зависимости от уровня нагрузки.

Расчет обмотки преобразователя напряжения и его мощности

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

  • Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.
  • Расчетная формула такой взаимосвязи:
  • Sо х Sс = 100 х Рг / (2,22 х Вс х А х F х Ко х Кc), где
  • Sо — показатели площади окна сердечника;
  • Sс — площадь поперечного сечения сердечника;
  • Рг — габаритная мощность;
  • Bс — магнитная индукция внутри сердечника;
  • А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
  • F — показатели частоты переменного тока;
  • Ко — коэффициент наполненности окна;
  • Кс — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

Самые распространенные разновидности трансформаторов производятся с применением Ш —образного и П — образного сердечников.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

  • категорией электрического снабжения;
  • перегрузочной способностью;
  • шкалой стандартных мощностей приборов;
  • графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.

Варианты трансформаторов

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

В системах электрического снабжения показатели трансформаторной мощности приборов должны позволить обеспечивать стабильное питание всех потребителей электроэнергии.

Определение габаритной мощности трансформатора

Показатели габаритной мощности трансформатора могут быть приблизительно определены в соответствии с сечением магнитопровода. В этом случае уровень погрешности часто составляет порядка 50%, что обусловлено несколькими факторами.

Трансформаторная габаритная мощность находится в прямой зависимости от конструкционных характеристик магнитопровода, а также качественных показателей материала и толщины стали. Немаловажное значение придаётся размерам окна, индукционной величине, сечению проводов на обмотке, а также изоляционному материалу, который располагается между пластинами.

Схема трансформатора

Безусловно, вполне допустимо экспериментальным и стандартным расчётным способом выполнить самостоятельное определение максимальной трансформаторной мощности с высоким уровнем точности. Однако, в приборах заводского производства такие данные учтены, и отражаются количеством витков, располагающихся на первичной обмотке.

Таким образом, удобным способом определения этого показателя является оценка размеров площади сечения пластин: Р = В х S² / 1,69

В данной формуле:

  • параметром P определяется уровень мощности в Вт;
  • B — индукционные показатели в Тесла;
  • S — размеры сечения, измеряемого в см²;
  • 1,69 — стандартные показатели коэффициента.

Индукционная величина — табличные показатели, которые не могут быть максимальными, что обусловлено риском значительного отличия магнитопроводов с разным уровнем качественных характеристик.

При выборе прибора, преобразующего показатели напряжения, следует помнить, что более дешевые трансформаторы обладают невысокой относительной габаритной мощностью.

Расчет понижающего трансформатора

Выполнить самостоятельно расчет показателей мощности для однофазного трансформатора понижающего типа – достаточно легко. Поэтапное определение:

  • показателей мощности на вторичной трансформаторной обмотке;
  • уровня мощности на первичной трансформаторной обмотке;
  • показателей поперечного сечения трансформаторного сердечника;
  • фактического значения сечения трансформаторного сердечника;
  • токовых величин на первичной обмотке;
  • показателей сечения проводов на первичной и вторичной трансформаторных обмотках;
  • количества витков на первичной и вторичной обмотках;
  • общего числа витков на вторичных обмотках с учетом компенсационных потерь напряжения в кабеле.

На заключительном этапе определяются показатели площади окна сердечника и коэффициента его обмоточного заполнения. Определение сечения сердечника, как правило, выражается посредством его размеров, в соответствии с формулой: d1=А х В, где «А» — это ширина, а «В» — толщина.

Следует отметить, что при самостоятельном расчете, необходимо увеличивать количество витков на вторичной обмотке примерно на 5-10%.

Упрощенный расчет 220/36 В

Стандартный трансформатор с 220/36 В, представлен тремя основными компонентами в виде первичной и вторичной обмотки, а также магнитопровода.

Упрощенный расчет силового трансформатора включает в себя определение сечения сердечника, количества обмоточных витков и диаметра кабеля.

Исходные данные для простейшего расчета представлены напряжением на первичной U1 и на вторичной обмотке – U2, а также током на вторичной обмотке или I2.

В результате упрощенного расчета устанавливается зависимость между сечением сердечника Sсм², возведенным в квадрат и общей трансформаторной мощностью, измеряемой в Вт. Например, прибором с сердечником, имеющим сечение 6,0 см², легко «перерабатывается» мощность в 36 Вт.

Понижающий трансформатор

При расчете используются заведомо известные параметры в виде мощности и напряжения на вторичной цепи, что позволяет вычислить токовые показатели первичной цепи. Одним из важных параметров является КПД, не превышающий у стандартных трансформаторов 0,8 единиц или 80%.

Показатели полной или полезной мощности многообмоточных трансформаторов, являются суммой мощностей на всех вторичных обмотках прибора. Знание достаточно простых формул позволяет не только легко произвести расчёт мощности прибора, но также самостоятельно изготовить надежный и долговечный трансформатор, функционирующий в оптимальном режиме.

Видео на тему

Источник: https://proprovoda.ru/elektrooborudovanie/transformatory/kak-rasschitat-moshhnost.html

Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

  • Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.
  • Шаг №4. Коэффициент полезного действия
  • У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.
  • Но, вы можете откорректировать его значение вручную.
  • Шаг №5. Магнитная индуктивность
  • Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

  1. Сборка магнитопровода
  2. Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.
  3. Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.
  4. Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток.

В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

  • Расчет провода по плотности тока
  • Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.
  • Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.
  • Способы намотки витков
  • Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.
  • Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

  1. Замер тока на холостом ходу трансформатора
  2. Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.
  3. Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в х. Обязательно обсудим.

Источник: https://ElectrikBlog.ru/raschet-transformatora-onlajn-kalkulyator/

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Как бы ни развивалась электроника, но всё же отказаться от такого устройства, как трансформатор пока не удаётся. Каждый надёжный блок питания и преобразователь напряжения содержит этот электромагнитный аппарат с гальванической развязкой обмоток. Они применяются широко и на производстве, и в быту, и представляют собой статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу взаимоиндукции. Состоят такие устройства из двух основных элементов:

  1. замкнутого магнитопровода;
  2. двух и более обмоток.

Обмотки трансформаторов не имеют между собой никакой связи, кроме индуктивной. Предназначен он для преобразования только переменного напряжения, частота которого, после передачи по магнитопроводу, будет неизменна.

Расчет параметров трансформатора необходим для того, чтобы на вход этого устройства было подано одно напряжение, а на выходе генерировалось пониженное или повышенное напряжение другой заданной величины. При этом нужно учесть токи, протекающие во всех обмотках, а также мощность устройства, которая зависит от подключаемой нагрузки и от назначения.

Любой даже простейший расчет трансформатора состоит из электрической и конструктивной составляющей. Электрическая часть включает в себя:

  • Определение напряжений и токов, протекающих по обмоткам;
  • Определение коэффициента трансформации.

К конструктивным относятся:

  • Размеры сердечника и тип устройства;
  • Выбор материала сердечника трансформатора;
  • Возможные варианты закрывающего корпуса и вентиляции.

Через один квадратный сантиметр сечения магнитопровода протекает магнитная индукция, единица измерения её — Тесла. Тесла, в свою очередь, выдающийся физик, в честь которого и она и названа. Это значение напрямую зависит от частоты тока. И так при частоте 50 Гц и, допустим, 400 Гц величины индукция (тесла) будет разной, а значит и габариты устройства с увеличением частоты снижаются.

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно.

Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания.

Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке.

Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора напрямую зависит от количества фаз в питающей сети, то есть однофазной или же трехфазной. Прежде всего в силовом трансформаторе основную роль играет его мощность.

Упрощенный расчет трансформаторов малой мощности и большой можно выполнить и в домашних условиях.

Расчёт потерь неизбежен, как и для любых электромагнитных устройств, здесь же он состоит из двух основных магнитных составляющих:

  1. вихревые токи;
  2. намагничивание.

Расчет однофазного трансформатора

Рассчитывая понижающие трансформаторы однофазного тока, как самые распространенные в быту, для начала нужно выяснить его мощность. Конечно, понизить напряжение можно и другими способами, но этот самый эффективный и даёт ещё вдобавок гальваническую развязку, а значит возможность подключения силовой нагрузки.

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему.

Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

Примерная мощность будет равна произведению тока на напряжение. Стоит учесть также и КПД. Для силовых аппаратов он составляет примерно 0,8–0,85. Тогда с учётом этого коэффициента полезного действия расчётная мощность будет составлять:

Ррасч= P*КПД

Именно эта мощность и ложится в основу расчёта поперечного сечения сердечника, на котором будут произведены намотки обмоток. Кстати, видов этих сердечников магнитопровода может быть несколько, как показано на рисунке снизу.

Далее, по этой формуле определяем сечение

S (см2) = (1,0 ÷1,3) √Р

Коэффициент 1–1,3 зависит от качества электротехнической стали. К электротехнической стали относится чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1–8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.

  • После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.
  • N = (50 ÷70)/S (см2)
  • Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток.

Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции.

Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

  1. Ток в обмотке равен
  2. I=P/U
  3. Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:
  4. D= (0,7÷0,9)√I

где 0,7-0,9 это коэффициент плотности тока в проводнике. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе.

Существует множество методов расчёта характеристик и параметров, этот же самый простой, но и примерный (неточный). Более точный расчет обмоток трансформатора применяется для производственных и промышленных нужд.

Расчёт трехфазного трансформатора

Различные способы подключения одной, двух и более ламп

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом.

Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В.

Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Расчет тороидального трансформатора

Коротит проводка — причины и способы устранения проблемы

Такая конструкция трансформаторов используется в радиоэлектронной аппаратуре, они обладают меньшими габаритами, весом, а также повышенным значением КПД. За счёт применения ферритового стержня помехи практически отсутствует, это даёт возможность не экранировать данные устройства.

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

  • Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
  • Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
  • Площадь сечения сердечника и его размеры
  • Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.
  • Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор.

Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное.

Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

Напряжение и силу одного витка измеряют в вольтах и оно будет равно E=Pдл0.095+0.55. Зная эти величины можно приступить и к полному расчёту.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности.

В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность.

Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

Упростить варианты расчета трансформатора можно применяя специальные калькуляторы расчета, которые предлагают некоторые интернет-ресурсы. Стоит только внести желаемые данные, и автомат выдаст нужные параметры планируемого электромагнитного устройства.

Видео с расчетом трансформатора

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/sposoby-raschyota-razlichnyh-konfiguratsij-transformatorov.html

Расчет трансформатора: формулы для расчета

Содержание:

Многие электронные и радиотехнические устройства получают питание от нескольких источников постоянного напряжения. Они относятся к так называемым вторичным источникам питания. В качестве первичных источников выступают сети переменного тока, напряжением 127 и 220 вольт, с частотой 50 Гц.

Для обеспечения аппаратуры постоянным напряжением, вначале требуется выполнить повышение или понижение сетевого напряжения до необходимого значения.

Чтобы получить требуемые параметры, необходимо произвести расчет трансформатора, который выполняет функцию посредника между электрическими сетями и приборам, работающими при постоянном напряжении.

Расчет силового трансформатора

Для точного расчета трансформатора требуются довольно сложные вычисления. Тем не менее, существуют упрощенные варианты формул, используемые радиолюбителями при создании силовых трансформаторов с заданными параметрами.

В начале нужно заранее рассчитать величину силы тока и напряжения для каждой обмотки. С этой целью на первом этапе определяется мощность каждой повышающей или понижающей вторичной обмотки.

Расчет выполняется с помощью формул: P2 = I2xU2; P3 = I3xU3;P4 = I4xU4, и так далее.

Здесь P2, P3, P4 являются мощностями, которые выдают обмотки трансформатора, I2, I3, I4 – сила тока, возникающая в каждой обмотке, а U2, U3, U4 – напряжение в соответствующих обмотках.

Определить общую мощность трансформатора (Р) необходимо отдельные мощности обмоток сложить и полученную сумму умножить на коэффициент потерь трансформатора 1,25. В виде формулы это выглядит как: Р = 1,25 (Р2 + Р3 + Р4 + …).

Исходя из полученной мощности, выполняется расчет сечения сердечника Q (в см2).

Для этого необходимо извлечь квадратный корень из общей мощности и полученное значение умножить на 1,2:  . С помощью сечения сердечника необходимо определить количество витков n, соответствующее 1 вольту напряжения: n= 50/Q.

На следующем этапе определяется количество витков для каждой обмотки. Вначале рассчитывается первичная сетевая обмотка, в которой количество витков с учетом потерь напряжения составит: n1 = 0,97 xnxU1. Вторичные обмотки рассчитываются по следующим формулам: n2 = 1,03 x n x U2; n3 = 1,03 x n x U3;n4 = 1,03 x n x U4;…

Любая обмотка трансформатора имеет следующий диаметр проводов:
где I – сила тока, проходящего через обмотку в амперах, d – диаметр медного провода в мм. Определить силу тока в первичной (сетевой) обмотке можно по формуле: I1 = P/U1. Здесь используется общая мощность трансформатора.

Далее выбираются пластины для сердечника с соответствующими типоразмерами. В связи с этим, вычисляется площадь, необходимая для размещения всей обмотки в окне сердечника.

Необходимо воспользоваться формулой: Sм = 4 x (d12n1 + d22n2 +d32n3 + d42n4 + …), в которой d1, d2, d3 и d4 – диаметр провода в мм, n1, n2, n3 и n4 – количество витков в обмотках.

В этой формуле берется в расчет толщина изоляции проводников, их неравномерная намотка, место расположения каркаса в окне сердечника.

Полученная площадь Sм позволяет выбрать типоразмер пластины таким образом, чтобы обмотка свободно размещалась в ее окне. Не рекомендуется выбирать окно, размеры которого больше, чем это необходимо, поскольку это снижает нормальную работоспособность трансформатора.

Заключительным этапом расчетов будет определение толщины набора сердечника (b), осуществляемое по следующей формуле: b = (100 xQ)/a, в которой «а» – ширина средней части пластины. После выполненных расчетов можно выбирать сердечник с необходимыми параметрами.

Как рассчитать мощность трансформатора

Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом расчета мощности будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством.

Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников.

В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

Как рассчитать мощность трансформатора

Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Ртр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

Расчёт трансформатора по сечению сердечника

Конструкция трансформатора зависят от формы магнитопровода. Они бывают стержневыми, броневыми и тороидальными. В стержневых трансформаторах обмотки наматываются на стержни сердечника. В броневых – магнитопроводом только частично обхватываются обмотки. В тороидальных конструкциях выполняется равномерное распределение обмоток по магнитопроводу.

Для изготовления стержневых и броневых сердечников используются отдельные тонкие пластины из трансформаторной стали, изолированные между собой. Тороидальные магнитопроводы представляют собой намотанные рулоны из ленты, для изготовления которых также используется трансформаторная сталь.

Важнейшим параметром каждого сердечника считается площадь поперечного сечения, оказывающая большое влияние на мощность трансформатора.

КПД стержневых трансформаторов значительно превышает такие же показатели у броневых устройств. Их обмотки лучше охлаждаются, оказывая влияние на допустимую плотность тока.

Поэтому в качестве примера для расчетов рекомендуется рассматривать именно эту конструкцию.

В зависимости от параметров сердечника, определяется значение габаритной мощности трансформатора. Она должна превышать электрическую, поскольку возможности сердечника связаны именно с габаритной мощностью.

Эта взаимная связь отражается и в расчетной формуле: Sо хSс = 100 хРг /(2,22 * Вс х j х f х kох kc).

Здесь Sо иSс являются соответственно площадями окна и поперечного сечения сердечника, Рг – значение габаритной мощности, Вс – показатель магнитной индукции в сердечнике, j – плотность тока в проводниках обмоток, f – частота переменного тока, kо и kc – коэффициенты заполнения окна и сердечника.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.

Выбор трансформаторов тока

Мультиметр следует перевести в режим омметра. Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп – к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

Источник: https://electric-220.ru/news/raschet_transformatora/2016-09-26-1071

Расчет сетевого трансформатора

  • Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.
  • Первым делом необходимо рассчитать  площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).
  • Для тороидального трансформатора:
  • Sc = H * (D – d)/2
  • S0 =  π * d2 / 4

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

  • η — КПД трансформатора,
  • Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2,
  • So — площадь поперечного сечения окна, см2,
  • f — рабочая частота трансформатора, Гц,
  • B — магнитная индукция, T,
  • j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2,
  • Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
  • Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  • напряжение первичной обмотки U1
  • напряжение вторичной обмотки U2
  • ток вторичной обмотки l2
  • мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых
  • площадь поперечного сечения сердечника Sc
  • площадь поперечного сечения окна So
  • рабочая частота трансформатора f = 50 Гц

КПД (η) трансформатора можно взять из таблицы, при условии что Рвых = I2 * U2 (где I2 ток во вторичной обмотке, U2 напряжение вторичной обмотки), если в трансформаторе несколько вторичных обмоток, что считают Pвых каждой и затем их складывают.

B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

j — плотность тока в проводе обмоток , так же выбирается в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью

Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью

Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.

При первоначальном расчете необходимо соблюдать условие — Pгаб ≥ Pвых, если это условие не выполняется то при расчете уменьшите ток или напряжение вторичной обмотки.

После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:

  1. где Sc — площадь поперечного сечения сердечника, f — рабочая частота (50 Гц), B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.
  2. Теперь определяем число витков первичной обмотки:
  3. w1=U1/u1
  4. где U1 напряжение первичной обмотки, u1 — напряжение одного витка.
  5. Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:
  • где w1 — кол-во витков первичной обмотки, U1 напряжение первичной обмотки, U2 напряжение вторичной обмотки.
  • Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:
  • Р1 = Рвых /  η
  • где η — КПД трансформатора.
  • Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:
  • I1 = P1/U1
  • Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:
  • d = 0,632*√ I
  • где d — диаметр провода, мм, I — ток обмотки, А (для первичной и вторичной обмотки).

Для упрощения расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором — https://rcl-radio.ru/?p=20670

Пример расчета

Расчет сетевого трансформатора на сайте rcl-radio.ru

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/59b2c48550c9e5772776874a/5ce7ae18dd00af00b25acd83

Определение номинальных характеристик использованных избыточных трансформаторов

Определение номинальных характеристик бывших в употреблении избыточных трансформаторов

Определение номинальных характеристик бывших в употреблении избыточных трансформаторов

Я всегда ищу излишки трансформаторов. Однако обычно они немаркированы, и странно, что на самом деле напряжения указаны на них.
Вот описание того, как я рассчитываю их рейтинги. Все это предполагает что трансформаторы изначально были правильно спроектированы (например, в первичной обмотке достаточно намагничивающей индуктивности для напряжения, которое она был разработан для.2 = Площадь в квадратных миллиметрах, возведенная в квадрат.

Вот диаграмма, показывающая это для 50 Гц и 60 Гц. График в ARRL справочники в былые годы были для 60 Гц. 60hz Очевидно экономит железо!

Определение размера ядра.

Ядро - это фактические ламинаты, которые проходят через обмотки. Вы можете измерить это по высоте ламинации. складываются по ширине «языка», проходящего через сердечник. Высота легко измерить, но ширина языка может быть затруднена в некоторых ситуации.Однако однажды мне пришло в голову, что почти всегда есть постоянное соотношение между шириной языка и шириной ламинаты. Если вы посмотрите на вид сверху один набор пластин «E» и «I», вы отметим, что язык вдвое шире боковин. Это из-за магнитного цепь через ядро ​​через язык делится на две части и проходит вокруг с каждой стороны сердечника через концы буквы "E". Цель состоит в том, чтобы сохранить площадь поперечного сечения Сердечник, поскольку измерительный контур имеет конусообразную форму, постоянного размера.Таким образом, ширина ламинации будет в 4 раза больше ширины боковых частей. буквы «E» плюс 2-кратный пробел в букве «E». Нет, самое интересное часть.
Похоже, что ламинат отштампован из листовой стали в образец такой:

Это не приводит к потере стали. Однако это также заставляет зазоры в букве «Е» быть той же ширины, что и в букве «I». Но I является частью магнитного пути и поэтому должен быть такой же ширины, как и стороны буквы "E". Это означает, что ширина ламелей теперь в 4 раза больше ширину боковин плюс 2 ширины I.Я и сторона E такой же ширины, поэтому общая ширина в 6 раз больше сторон буквы "E". Теперь язычок в 2 раза шире сторон буквы E, поэтому язычок составляет 2/6 = 1/3 ширины пластин. Таким образом, размер сердечника - это просто высота сердечника, умноженная на 1/3 ширина ламелей.

Напряжение

Напряжение обмоток можно определить, приложив низкое переменное напряжение к одному обмоток и измерение напряжения, возникающего на других обмотках.Быть будьте осторожны с этим, так как подача 6,3 В переменного тока на обмотку трансформатора на 12 В будет в результате вокруг первичной обмотки будет около 120 В.
Соотношение напряжений между обмотками постоянное, поэтому, как только вы измерили Таким образом, вы можете рассчитать фактическое напряжение, подаваемое на первичную обмотку 240 В.
Например, если вы подаете 6 В к тому, что выглядит как вторичное, и измеряете 60 В на том, что вы считаете первичным, соотношение первичная / вторичная обмотка составляет 10: 1. С 240 В на первичной обмотке, на вторичной будет напряжение 1/10, что составляет 24 В.

текущий

Если трансформатор имеет только одну вторичную обмотку, то мощность трансформатор был определен по размеру сердечника, максимальный вторичный ток просто равна мощности, деленной на напряжение.
Если имеется несколько обмоток, это может быть сложнее. Если обмотки все того же калибра, тогда номинальным током для каждой обмотки будет мощность делится на сумму вторичных напряжений. Если манометры разные, его немного сложнее.
"Справочные данные для радиоинженеров 2-е изд. (1946)" цитирует текущий номинал для обмоток в трансформаторах 1000 Ампер / кв.дюйм. Однако The Radiotron Designers handbook 4th Ed 1953 цитирует от 2830 А / кв.дюйм до 1270 А / кв.дюйм, причем большее значение используется для небольших трансформаторов, а меньшее - для больших.

Допустимая нагрузка по току для медных проводов при 1000 А на квадратный дюйм
B&S Диаметр (мм) Ампер (1000 А / квадратный дюйм) Ампер (1500 А / квадратный дюйм) Ампер (2000 А / квадратный дюйм)
14 1.67 3,4 6,8
15 1,49 2,7 5,4
16 1,33 2,1 4,2
17 1,19 1,61 3,22
18 1,06 1,28 2,56
19 0,94 1,01 2,02
20 0.84 0,80 1,68
21 0,76 0,64 1,52
22 0,67 0,50 1,34

Примеры измерений «известных» трансформаторов

Эти первые трансформеры - «любители», и, как показывает опыт, они немного слабоваты с точки зрения заявленных рейтингов. 2 => 1296 ВА
Размер провода 2.0 мм => 2053 А / кв.дюйм (для 10 А)

Ян - ВК3КРИ
Информация о редакции $ Id $
Основы силовых трансформаторов

| Типы и конструктивные формулы трансформаторов

Трансформатор передает электроэнергию из одной цепи в другую без изменения частоты. Он содержит первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключается к основному источнику питания, а вторичная - к требуемой цепи. В нашей проектной схеме мы взяли дизайн маломощного (10 кВА) однофазного силового трансформатора 50 Гц в соответствии с нашими требованиями в проекте.

В основном трансформатор бывает трех типов:


  1. Тип сердечника
  2. Тип оболочки
  3. Тороидальный

В сердечнике тип обмотки окружает часть сердечника, тогда как сердечник типа оболочки окружает обмотки. В типе Core есть два основных типа, а именно тип E-I и тип U-T. В этой конструкции трансформатора мы использовали сердечник типа E-I. Мы выбрали сердечник E-I, поскольку обмотка намного проще по сравнению с тороидальной, но эффективность очень высока (95% -96%). Это связано с тем, что в тороидальных сердечниках потери магнитного потока намного меньше.

Трансформаторы, используемые в проекте:

  1. Серийный трансформатор: Для обеспечения необходимого повышающего или понижающего напряжения и
  2. Управляющий трансформатор: Для измерения выходного напряжения и для источника питания.
Расчетные формулы:

Здесь мы берем ссылку на данные обмоток в таблице эмалированных медных проводов и размеры таблицы штамповок трансформатора для выбора входных и выходных обмоток SWG и сердечника трансформатора для заданных спецификаций.

Процедура проектирования выполняется при условии, что даны следующие спецификации трансформатора: -

  • Вторичное напряжение (Vs)
  • Вторичный ток (Is)
  • Коэффициент трансформации (n2 / n1)

Из этих данных мы рассчитываем ширину язычка, высоту пакета, тип сердечника, площадь окна следующим образом: -

  • Вторичный вольт-ампер (SVA) = вторичное напряжение (Vs) * вторичный ток (Is)
  • Первичный вольт-ампер (PVA) = вторичный Вольт-амперы (SVA) / 0.9 (при КПД трансформатора 90%)
  • Первичное напряжение (Vp) = Вторичное напряжение (Vs) / соотношение витков (n2 / n1)
  • Первичный ток (Ip) = Первичный вольт-ампер (PVA) / Первичное напряжение (Vp)
  • Требуемая площадь поперечного сечения жилы определяется по формуле: - Площадь жилы (CA) = 1,15 * sqrt (первичные вольт-амперы (PVA))
  • Общая площадь жилы (GCA) = Площадь жилы (CA) ) * 1,1
  • Число витков обмотки определяется соотношением, которое определяется как: - Число витков на вольт (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * площадь сердечника * частота * плотность потока)

Данные обмотки эмалированного медного провода

(@ 200A / см²)

0,5838

0,5838


0,0131

60276

Макс. Сила тока (ампер)

витков / кв. см

SWG

Макс. Сила тока (ампер)

витков / кв. см

SWG

0,001

81248

50

0.1874

711

29

0,0015

62134

49

0,2219

0

0 0,0026

39706

48

0,2726

504

27

0.0041

27546

47

0,3284

415

26

0,0059

0,0059

341

25

0,0079

14392

45

0.4906

286

24

0,0104

11457

44

0,5838

0,5838

9337

43

0,7945

176

22

0.0162

7755

42

1.0377

137

21

0,0197

0,0197

0,0197

106

20

0,0233

5595

40

1.622

87,4

19

0,0274

4838

39

2,335

900 0,0365

3507

38

3,178

45,4

17

0.0469

2800

37

4,151

35,2

16

0,0586

0,0586

0,0586

0,0586

26,8

15

0,0715

1902

35

6.487

21,5

14

0,0858

1608

34

8,579

900 0,1013

1308

33

10,961

12,8

12

0.1182

1137

32

13,638

10,4

11

0,1364

0,1364

8,7

10

0,1588

881

30

Размеры
Размеры

Типовой номер

Ширина язычка (см)

Площадь окна (кв.см)

Типовой номер

Ширина язычка (см)

Площадь окна (кв. см)

17

1,27

1,213

9

2,223

7,865

12A

1,588

1,897

9A

2.223

7,865

74

1,748

2,284

11A

1,905

9,052 9,072

9,072 9,072 9,02 1,905

2,723

4A

3,335

10,284

30

2

3

0

0

3

0 .905

10,891

1,588

3,329

16

3,81

10,861
0

3,703

3

3,81

12,704

10

1.588

4,439

4AX

2,383

13,039

15

2,54

2,54

4,839

3

4,839

3

4,839

3

14,117

33

2,8

5,88

75

2.54

15.324

1

1.667

6.555

4

2.54

15.865

0 2,54

6,555

7

5,08

18,969

11

1.905

7,259

6

3,81

19,356

34

1,588

7,5298

0

7,5298

39,316

3

3,175

7,562

8

5.08

49,803

Для работы от сети частота составляет 50 Гц, а плотность потока можно принять равной 1 Вт / см2. для штамповок из обычной стали и 1,3 Вт / кв. см для штамповок из CRGO, в зависимости от используемого типа.

Отсюда

  • Количество витков первичной обмотки (n1) = число витков на вольт (Tpv) * первичное напряжение (V1)
  • витков вторичной обмотки (n2) = число витков на вольт (Tpv) x напряжение вторичной обмотки (V2) * 1,03 составляет 3% падения в обмотках трансформатора)
  • Ширина язычка пластин приблизительно определяется по формуле: -

Ширина язычка (Tw) = Sqrt * (GCA)

Плотность тока

Это допустимая нагрузка по току провод на единицу площади поперечного сечения.Выражается в ампер / см². Вышеупомянутая таблица проводов рассчитана на продолжительную работу при плотности тока 200 А / см². Для прерывистого или прерывистого режима работы трансформатора можно выбрать более высокую плотность до 400 А / см², то есть удвоенную нормальную плотность, чтобы сэкономить на стоимости единицы. Это выбрано, поскольку повышение температуры для случаев прерывистой работы меньше для случаев непрерывной работы.

Итак, в зависимости от выбранной плотности тока, мы теперь вычисляем значения первичного и вторичного токов, которые нужно искать в таблице проводов для выбора SWG: -

n1a = первичный ток (Ip) вычислен / (плотность тока / 200)

n2a = Расчетный вторичный ток (Is) / (плотность тока / 200)

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на кв. см из таблицы проводов.Затем мы приступаем к расчету следующим образом: -

  • Первичная площадь (Па) = Первичные витки (n1) / (Первичные витки на квадратный см)
  • Вторичная площадь (sa) = Вторичные витки (n2) / (Вторичные витки на квадратный см)
  • Общая площадь окна, необходимая для жилы, определяется как: -

Общая площадь (TA) = Основная площадь (Па) + Вторичная площадь (sa)

  • Дополнительное пространство, необходимое для первой и изоляции, может быть принято как На 30% больше места, чем требуется для фактической площади намотки.Это значение является приблизительным и может быть изменено в зависимости от фактического метода намотки.

Площадь окна (Wacal) = Общая площадь (TA) * 1,3

Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна Общая площадь ядра. Если это условие не выполняется, мы выбираем большую ширину шпунта, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из основной таблицы

  • Высота стека = Общая площадь сердечника / ширина язычка ((available) (atw)).

Для коммерческих целей прежнего размера мы приближаем отношение высоты штабеля к ширине язычка к ближайшим следующим значениям: 1,25, 1,5, 1,75. В худшем случае мы принимаем отношение равным 2. Однако можно принять любое отношение до 2, что потребовало бы создания собственного прежнего.

Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка (aTw), обеспечивая все условия, указанные выше.

  • Высота стопки (ht) / ширина язычка (aTw) = (некоторое соотношение)
  • Измененная высота стопки = ширина язычка (aTw) * Ближайшее значение стандартного отношения
  • Модифицированная общая площадь сердцевины = Ширина язычка (aTw) * Изменено высота стопки.

Такая же процедура проектирования применяется к управляющему трансформатору, где нам нужно убедиться, что высота стопки равна ширине язычка.

Таким образом, мы находим номер ядра и высоту стека для заданных спецификаций.

Проектирование трансформатора на примере:
  • Приведены следующие детали: -
  • пп.напряжение (Vs) = 60V

сек. ток (Is) = 4.44A

  • оборотов на соотношение (n2 / n1) = 0,5

Теперь нам нужно произвести следующие вычисления: (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 ВА

  • Первичное напряжение-ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 ВА
  • Первичное напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120 В
  • Первичный ток (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467 A
  • Площадь ядра (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 см²
  • Общая площадь сердечника площадь (GCA) = CA * 1.1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 см²
  • Оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 оборота на вольт
  • Обороты первичного оборота (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 оборота
  • Оборотов (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 оборота
  • Ширина язычка (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 см
  • Мы выбираем плотность тока как 300A / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200A / cm², тогда
  • Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200) = 2.467 / (300/200) = 1,644 A
  • Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 A
  • Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на квадратный см от таблицы проводов.

    SWG1 = 19 SWG2 = 18

    витков на квадратный см первичной обмотки = 87,4 см² витков на квадратный сантиметр вторичной обмотки = 60,8 см²

    • Первичная площадь (Па) = n1 / витков на квадратный см (первичная) = 272.73 / 87,4 = 3,120 см²
    • Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на кв. См (вторичная) = 140,46 / 60,8 = 2,310 см²
    • Общая площадь (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5,430 см²
    • Окно площадь (Wa) = общая площадь * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 см²

    Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна в основную площадь брутто. Если это условие не выполняется, мы выбираем большую ширину шпунта, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

    Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из базовой таблицы:

    • Таким образом, доступная ширина язычка (atw) = 3,81 см
    • Доступная площадь окна (awa) = 10,891 см²
    • Номер ядра = 16
    • Высота стопки = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 см

    Из соображений производительности мы приблизили отношение высоты стопки к ширине язычка (aTw) к ближайшим следующим значениям 1,25, 1,5, и 1,75. В худшем случае принимаем отношение равным 2.

    Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка, обеспечивая все условия, указанные выше.

    • Высота стопки (ht) / ширина язычка (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
    • Измененная высота стопки = ширина язычка (aTw) * Ближайшее значение стандартного соотношения = 3,810 * 1,516 = 5,715 см
    • Измененная общая площадь сердечника = Ширина язычка (aTw) * Измененная высота стопки = 3,810 * 5,715 = 21,774 см²

    Таким образом, мы находим номер сердечника и высоту стопки для заданных спецификаций.

    Конструкция малогабаритного трансформатора управления на примере:

    Приведены следующие данные: -

    • пп. напряжение (Vs) = 18V
    • сек. ток (Is) = 0.3A
    • оборотов на соотношение (n2 / n1) = 1

    Теперь нам нужно произвести следующие вычисления: -

    • сек вольт-ампер (SVA ) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 ВА
    • Прим. Вольт-Ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 ВА
    • Прим. Напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
    • Prim.ток (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
    • Площадь жилы (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 см²
    • Площадь поперечной жилы (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 см²
    • оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 витка на вольт
    • Prim. Обороты (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 оборота
    • Оборотов (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 оборотов
    • Ширина языка (TW) = Sqrt * (GCA ) = Sqrt * (3.132) = 1,770 см

    Мы выбираем плотность тока как 200 А / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200 А / см², затем

    • Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200 ) = 0,333 / (200/200) = 0,333 А
    • Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 А

    Для этих значений первичного и вторичного токов мы выберите соответствующий SWG и Turns per Sq. см от проволочного стола.

    SWG1 = 26 SWG2 = 27

    Поворотов на кв. см первичной обмотки = 415 витков Оборотов на кв. см вторичной обмотки = 504 витка

    • Первичная площадь (Па) = n1 / витков на кв. см (первичная) = 287,337 / 415 = 0,692 см²
    • Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на квадратный см (вторичная) = 295,957 / 504 = 0,587 см²
    • Общая площадь (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 см²
    • Площадь окна (Wa) = общая площадь * 1.3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 см²

    Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна общей площади сердечника. Если это условие не выполняется, мы выбираем большую ширину шпунта, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

    Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из базовой таблицы

    • Таким образом, доступная ширина язычка (atw) = 1.905 см
    • Доступная площадь окна (awa) = 18,969 см²
    • Число сердечников = 23
    • Высота стека = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 см

    Таким образом, был разработан трансформатор управления.

    Практические соображения - Трансформаторы | Трансформеры

    Мощность

    Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения.Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток.

    Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

    Идеальный трансформатор

    Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования.

    Таким образом, при разработке практической конструкции трансформатора необходимо идти на компромиссы.

    Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах.

    Не только обмотки должны быть хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

    Номинальные характеристики трансформатора

    С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору.

    Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмотки можно определить как таковые:

    Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда рассчитываются по напряжению обмотки и ВА или кВА.

    Потери энергии

    Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями. Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%.Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

    Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку трансформаторы требуют таких длинных проводов, эти потери могут быть существенным фактором.

    Увеличение диаметра обмоточного провода - один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

    Вихретоковые потери

    Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» является потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника.

    Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из-за переменного магнитного поля.

    Эти наведенные токи - как описано в пункте о перпендикулярности закона Фарадея - стремятся пройти через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки.

    Круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

    Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.

    Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

    Индукционный нагрев

    Это явление настолько выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы.

    Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, опоясывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц).

    Блоки в правой части рисунка вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «заданном значении».

    Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток в железную трубу с потерями (вторичную).

    Снижение вихревых токов

    Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

    Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

    Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали.

    Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому в трансформаторах, предназначенных для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), необходимо использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.

    Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

    Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, - это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа.

    Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа индивидуально покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы.Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

    Магнитный гистерезис

    Еще одна «потеря в сердечнике» - это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля.

    Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, чтобы изменяться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

    Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

    Скин-эффект на высоких частотах

    Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая большие потери мощности из-за резистивной диссипации.

    Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за того, что более высокие частоты, вихревые токи и эффекты гистерезиса становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

    В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

    Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами.В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.

    В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

    Паразитная емкость и индуктивность

    Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем.Подобно их более простым аналогам - индукторам - трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

    Частота резонанса трансформатора

    Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду.

    Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота силовой трансформатор выходит далеко за пределы частоты переменного тока, для которой он был разработан).

    Удерживание флюса

    Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) - еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

    Индуктивность утечки

    Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Мы уже видели пагубное влияние индуктивности рассеяния на регулирование напряжения с помощью моделирования SPICE в начале этой главы.Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.

    Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но есть и исключительные области применения.

    Как указывалось ранее, для цепей разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе.Один из способов выполнить этот критерий проектирования - спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).

    Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

    Насыщенность ядра

    Трансформаторы

    также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника.

    Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению поток магнитного поля (Φ).

    Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока.Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку.

    Другими словами, перегруженный трансформатор исказит форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

    Пиковые трансформаторы

    Специальные трансформаторы, известные как трансформаторы максимального напряжения , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника.Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового.

    Это приводит к сильно обрезанной форме волны потока синусоидальной волны и импульсам вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

    Формы сигналов напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

    Работа на частотах ниже нормы

    Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы.Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника.

    Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

    Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

    Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени.

    Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

    Математически это еще один пример исчисления в действии. Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения - это производная формы волны потока, «производная» - это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: замены другого.

    Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

    Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц - а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, - поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

    Поток, изменяющийся с той же скоростью, возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

    Еще одна причина насыщения трансформатора - наличие постоянного тока в первичной обмотке. Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

    Постоянный ток в первичной обмотке сдвигает пики формы волны в сторону верхнего предела насыщения.

    Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника таким образом, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.

    Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла магнитного потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания.

    Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

    Пусковой ток

    Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током . Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

    Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

    В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

    Непрерывный установившийся режим: Магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

    Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.

    Для того, чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

    Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

    И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе. Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.

    В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю.

    Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0).

    По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

    Запуск при e = 0 В - это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны - Φ и я должен начинать с нуля.

    Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

    Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание.

    Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза больше обычного пикового значения, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

    Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

    В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный.

    Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.

    Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс.Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего в два раза больше его нормального пика:

    Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в (рассчитанном на) случае насыщения.

    Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено.

    Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к «медленнодействующим», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

    Тепло и шум

    Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум - это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев - потенциально серьезная проблема, потому что изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев.

    Нагрев можно минимизировать за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

    Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае может нарушить целостность изоляции обмотки.

    Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

    Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

    Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенного класса: A, B, F или H.Эти буквенные коды расположены в порядке от наименьшей термостойкости к наибольшей:

    .
    • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
    • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
    • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
    • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).

    Слышимый шум - это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины ферромагнитного объекта при намагничивании.

    Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, - это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) - один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика. формы волны магнитного потока - плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками.

    Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как горячими, так и шумными.

    Потери из-за наматывающих магнитных сил

    Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах - это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке.

    Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, магнитодвижущая сила (ммс), создаваемая ею.Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.

    Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать.

    Разработчики трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции обмоток обмоток, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений.Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

    ОБЗОР:

    • Силовые трансформаторы ограничены по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
    • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
    • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов - вихревых токов, (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
    • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев в больших трансформаторах.
    • И трансформаторы, и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
    • Индуктивность утечки вызвана тем, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само) индуктивность.Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
    • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток. Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает адекватный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
    • Трансформаторы
    • часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток является наиболее значительным, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
    • Шум - обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника. Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.
    Конструкция трансформатора

    с магнитными ферритовыми сердечниками

    Magnetics предлагает два метода выбора ферритового сердечника для силового применения: выбор сердечника по допустимой мощности и выбор сердечника по продукту WaAc.

    Выбор сердечника по мощности передачи

    Диаграмма мощности характеризует допустимую мощность каждого ферритового сердечника на основе рабочей частоты, топологии схемы, выбранного уровня магнитного потока и количества мощности, требуемой для схемы.Если эти четыре особенности известны, ядро ​​может быть выбрано из типовой диаграммы допустимой мощности.

    Выбор сердечника компанией WaAc Продукт

    Допустимая мощность сердечника трансформатора также может быть определена с помощью его продукта WaAc, где Wa - доступная площадь окна сердечника, а Ac - эффективная площадь поперечного сечения сердечника. Используя приведенное ниже уравнение, рассчитайте продукт WaAc, а затем используйте диаграмму распределения продукта по площади (WaAc), чтобы выбрать соответствующее ядро.

    WaAc = произведение площади окна и площади сердечника (см 4 )

    P o = Выходная мощность (Вт)

    D cma = Плотность тока (мил. Мил / А) Плотность тока можно выбрать в зависимости от допустимого нагрева. 750 окр. mils / amp является консервативным; 500 цир. милс агрессивен.

    B max = Плотность потока (гаусс) выбирается в зависимости от частоты работы. Выше 20 кГц потери в сердечнике увеличиваются.Для работы ферритовых сердечников на более высоких частотах необходимо, чтобы уровни магнитного потока сердечника были ниже ± 2 кг. График зависимости плотности потока от частоты показывает снижение уровней магнитного потока, необходимое для поддержания потерь в сердечнике 100 мВт / см³ на различных частотах с максимальным повышением температуры на 25 ° C. для типичного силового материала материал Magnetics ’P.

    WaAc = произведение площади окна и площади сердечника (см 4 )

    Ac = Площадь сердечника в см 2

    ƒ = частота (герцы)

    K t = топологическая постоянная (для коэффициента заполнения 0.4).

    Константы топологии K t

    Прямой конвертер = 0,0005
    Толкай-тяни = 0,001
    Полумост = 0,0014
    Полный мост = 0,0014
    Обратный ход = 0,00033 (одна обмотка)
    Обратный ход = 0,00025 (многообмотка)

    Формула WaAc была получена на основе выводов из главы 7 книги А.И. Прессмана «Проектирование импульсного источника питания». Выбор B max на различных частотах, D cma и альтернативные расчеты повышения температуры трансформатора также обсуждаются в главе 7 документа. книга Pressman.

    ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА VS. ПЕРИОДИЧНОСТЬ

    После выбора сердечника можно легко произвести расчет первичных и вторичных витков и сечения проводов.

    Посмотреть типичную схему управления мощностью

    Диаграмма распределения продукции в области просмотра (WaAc)

    Скачать в формате PDFContact Magnetics

    % PDF-1.4 % 410 0 объект > эндобдж xref 410 106 0000000016 00000 н. 0000003258 00000 н. 0000003410 00000 п. 0000003446 00000 н. 0000003992 00000 н. 0000004147 00000 н. 0000004286 00000 п. 0000004425 00000 н. 0000004564 00000 н. 0000004703 00000 н. 0000004842 00000 н. 0000004981 00000 н. 0000005118 00000 п. 0000005257 00000 н. 0000005396 00000 н. 0000005535 00000 н. 0000005674 00000 н. 0000005813 00000 н. 0000005952 00000 н. 0000006090 00000 н. 0000006229 00000 н. 0000006368 00000 н. 0000006507 00000 н. 0000006656 00000 н. 0000007063 00000 н. 0000007341 00000 п. 0000007946 00000 н. 0000008452 00000 н. 0000008931 00000 н. 0000009600 00000 н. 0000009934 00000 н. 0000010702 00000 п. 0000010957 00000 п. 0000011071 00000 п. 0000011183 00000 п. 0000011706 00000 п. 0000011975 00000 п. 0000012501 00000 п. 0000012750 00000 п. 0000012777 00000 п. 0000013961 00000 п. 0000014103 00000 п. 0000014130 00000 п. 0000014829 00000 п. 0000015656 00000 п. 0000016438 00000 п. 0000017229 00000 п. 0000018105 00000 п. 0000018906 00000 п. 0000019038 00000 п. 0000019438 00000 п. 0000019614 00000 п. 0000020431 00000 п. 0000020729 00000 п. 0000021196 00000 п. 0000022083 00000 п. 0000022153 00000 п. 0000022264 00000 п. 0000070533 00000 п. 0000070816 00000 п. 0000071439 00000 п. 0000101515 00000 н. 0000120347 00000 н. 0000120640 00000 н. 0000120943 00000 н. 0000151781 00000 н. 00001

    00000 н. 0000227953 00000 н. 0000228023 00000 н. 0000228127 00000 н. 0000228582 00000 н. 0000229221 00000 н. 0000229291 00000 п. 0000229380 00000 н. 0000242864 00000 н. 0000243127 00000 н. 0000243354 00000 н. 0000243381 00000 н. 0000243728 00000 н. 0000245729 00000 н. 0000246047 00000 н. 0000246444 00000 н. 0000246920 00000 н. 0000267171 00000 н. 0000267454 00000 н. 0000267821 00000 н. 0000268922 00000 н. 0000269165 00000 н. 0000269471 00000 н. 0000269529 00000 н. 0000269586 00000 н. 0000269643 00000 н. 0000269700 00000 н. 0000269757 00000 н. 0000269814 00000 н. 0000269872 00000 н. 0000269929 00000 н. 0000269987 00000 н. 0000270045 00000 н. 0000270103 00000 п. 0000270161 00000 п. 0000270219 00000 п. 0000270277 00000 н. 0000270335 00000 н. 0000270393 00000 п. 0000002416 00000 н. трейлер ] / Назад 928357 >> startxref 0 %% EOF 515 0 объект > поток h ތ SILQ / XTh /.&& H (B4 P [EAvAMQŃzyMZ4 & d ޼7 {

    Конструкция трансформатора (часть 1)




    Введение

    Силовой трансформатор строится по аналогичным принципам для блоков с номинальным от нескольких кВА до самых крупных производимых типоразмеров, но по мере увеличения размера агрегата оправдана большая степень изощренности. Многие производители подразделяют их строительная деятельность в «Распределение» и «Крупная держава», хотя точное место, где каждый делает это разделение, варьируется.Обычно разделительный линия зависит от веса основных компонентов, а также от типа и размера оборудование для обработки, которое требуется на заводе. Производители дистрибуции трансформаторы мощностью от 1 до 2 МВА часто используют роликовые конвейеры. и балки взлетно-посадочной полосы для большей части их обслуживания. Трансформаторы большой мощности требуют тяжелого подъемного оборудования, такого как большие мостовые краны.

    Те производители, которые производят самые большие размеры, могут дополнительно подразделить свои операции по разделам «Средняя мощность» и «Большая мощность».Поскольку самый крупный трансформаторы требуют очень тяжелого подъемного оборудования - грузоподъемностью до 400 тонн включение подъемных балок и строп - не редкость - обычно ограничивают использование этих очень дорогих объектов исключительно для самых крупных агрегатов так что завод средней конструкции может иметь только подъемное оборудование до, скажем, 30 тонн.

    Эти структурные подразделения подразделений часто совпадают с подразделениями конструкторские отделы, так что методы проектирования часто ограничиваются те же границы.

    В описаниях конструкции и способов изготовления трансформаторов, которые Следуйте за целью, как правило, будет описывать наиболее развитое состояние искусство ', хотя в некоторых случаях, например, для распределительных трансформаторов, могут быть уместны более упрощенные схемы. В разделе 7, где описывается специализированные аспекты трансформаторов для конкретных целей, аспекты, в которых методы могут отличаться от нормы будут выделены.

    Примечание к стандартам

    С момента написания предыдущего издания этой книги в середине 1990-х гг. Произошло множество изменений в трансформаторной промышленности по всему миру.Из-за очень высокая трудоемкость производства трансформаторов и, как следствие, высокие производственные затраты во многих частях Европы и Северной Америки, фабрики были закрыты, и многие слияния за рубежом место. Коммунальные предприятия, которые исторически поддерживали своих домашних производителей были вынуждены закупить трансформаторы издалека.

    Процесс был ускорен приватизацией коммунальных предприятий во многих частях Европы, и это, в свою очередь, ускорило процесс интернационализации стандартов.Кроме того, в Европе развитие и экспансия европейского Союз привел к разработке европейских норм (EN), которые являются версиями стандарты, разработанные Международной электротехнической комиссией (МЭК) имеющий особую применимость на всей территории Европейского Союза. Крупная закупка мощь США помогла сохранить независимость от американских стандартов несмотря на потерю большей части своей собственной трансформаторной промышленности, так что повсюду три основные системы мировых стандартов для проектирования и производства трансформаторы существуют.В большинстве случаев различий довольно мало. между стандартами EN и IEC, но в случае американских стандартов эти существенно отличаются от EN и IEC, включая различия в стандартах подход. В настоящее время установлены официальные связи между Американским национальным сообществом. Институт стандартов (ANSI) и МЭК, но в лучшем случае это произойдет на много лет раньше. происходит какое-либо существенное сближение стандартов трансформаторов.

    С момента своего создания эта книга разрабатывалась в Великобритании, в результате чего в нем описаны трансформаторы с точки зрения Великобритании, которые разработаны для британских Стандарты (BS).Он будет по-прежнему ссылаться на BS и EN, но где считается уместным или полезным сделать перекрестную ссылку на американские стандарты. будет стремиться сделать это. Надеемся, что читатель сочтет это приемлемым.

    1. ОСНОВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

    Особенности конструкции

    Раздел 3 описывает почти постоянное развитие, которое место с годами для снижения удельных потерь материала сердечника. В параллели с помощью этих разработок производители постоянно стремятся улучшить свои конструкции сердечника для лучшего использования свойств улучшенных материалов а также для дальнейшего уменьшения или, по возможности, устранения потерь, связанных с аспектами основной конструкции.На первый взгляд ядро, построенное 30 лет назад, может напоминать один произведен в настоящее время, но на самом деле, вероятно, будет много тонкие, но существенные различия.

    Пластины сердцевины формируют конечность или ногу, имеющую как можно более близкое расстояние. круглое поперечное сечение (фиг.1) для оптимального использования пространства внутри цилиндрических обмоток. Ступенчатое сечение приближается к круглая форма, зависящая только от того, сколько разной ширины полосы у производителя готов вырезать и строить.Для сердечников распределительных трансформаторов меньшего размера это могло быть всего семь. Например, для трансформатора генератора большего размера это может быть 11 или больше. Теоретически они заполняются чуть более 93 процентов. до более чем 95 процентов, соответственно, доступного основного круга. В действительности фактическое использование, вероятно, немного меньше, чем это, поскольку производитель стремится стандартизировать диапазон ширины пластин для покрытия сердечников всех размеров, или он может купить материал, уже обрезанный по ширине, и в этом случае он будет ограничен к стандартному диапазону ширины, предоставленному производителем стержневой стали, обычно с шагом 10 мм.В любом случае маловероятно, что ширина, необходимая для получения идеального поперечного сечения для сердечника любого размера, будет быть доступным.


    РИС. 1 Основные разделы. Семи ступенчатая, с лентой (слева) и 14 ступеней, с полосами (справа)


    РИС. 2 Типовые формы сердечников одно- и трехфазных трансформаторов

    Производители трансформаторов обычно производят жилы стандартного диапазона сечений. - они часто называют их размерами кадра, каждый из которых определяется шириной в миллиметрах самой широкой пластины.Они могут начинаться с 200 мм для жил из небольшие вспомогательные трансформаторы и прогрессируют с шагом 25 мм примерно до 1 м, на всю ширину имеющегося рулона, для самых больших генераторных трансформаторов. Этот Отвод с цилиндрической намоткой является общей чертой всех сердечников трансформатора. В однако форма сердечника в сборе будет варьироваться в зависимости от типа трансформатора. Альтернативные схемы показаны на фиг. 2; из них, безусловно, самые распространенные устройство трехфазное, трехлепестковое. Поскольку во все времена вектор сумма трех потоков, создаваемых сбалансированной трехфазной системой напряжений равен нулю, в трехфазном сердечнике нет необходимости в обратном плече и в обоих ответвлениях и ярма могут иметь одинаковое поперечное сечение.Это верно только для трехфазных жил. а для однофазных трансформаторов должны быть предусмотрены ответвления. Различные варианты доступны для этих возвратных ветвей, некоторые из которых показаны на фиг. 2, все имеют преимущества и недостатки, и некоторые из них будут рассмотрены более подробно подробнее в разделе 7.1, посвященном генераторным трансформаторам. Генераторные трансформаторы представляют собой единственный случай, когда однофазные блоки используются на трехфазных системы, хотя в некоторых странах они используются для больших трансформаторов между шинами или автотрансформаторы.Основная причина использования однофазных агрегатов - от транспортные соображения, так как самые большие трансформаторы генератора могут быть большие, чтобы поставляться как трехфазные блоки.

    Использование однофазных блоков также имеет преимущества в том, что касается очень высокой надежности. требуется, как, например, в случае больших генераторных трансформаторов. Этот аспект будет рассмотрен более подробно в Разделе 7.1, который касается генераторные трансформаторы. ИНЖИР. 2 также показан трехфазный сердечник с пятью конечностями, который это еще одна схема, используемая в основном для больших трехфазных генераторных трансформаторов. и трансформаторы между шинами для уменьшения транспортной высоты.Эта конфигурация позволяет уменьшить глубину ярма за счет обеспечения внешнего пути обратного потока. к ране конечностей. В пределе ярм может быть вдвое меньше, чем было бы требуется для трехфазной трехлепестковой конструкции, поэтому экономия высоты может быть значительным. «Стоимость» заключается в предоставлении обратных конечностей, которые значительно увеличивают размер сердечника и потери в стали. Конечно, если позволяют соображения транспортной высоты, глубину ярма уменьшать не нужно. до половины ширины конечности.Если ярмы имеют поперечное сечение больше чем вдвое меньше, чем у конечностей, плотность магнитного потока в ярмах будет уменьшена. Это приведет к снижению удельных потерь в сердечнике в ярмах, что больше, чем пропорциональное увеличение веса ярма по сравнению с ярмо половинного сечения, что позволяет снизить общие потери в сердечнике. Это будет быть экономичным, если капитализированная стоимость потерь железа сохранится больше, чем стоимость лишнего материала. Единственный другой случай на где может потребоваться трехфазный сердечник с пятью конечностями, когда это требуется для обеспечения значения импеданса нулевой последовательности, аналогичной величине для прямой последовательности сопротивление, как описано в разделе 2.

    Первым требованием к производству стержней является изготовление индивидуального ламинаты. Большинство производителей сейчас покупают основной материал, уже нарезанный до стандартная ширина от производителя стали, поэтому резать нужно только им это по длине. Производство ламината - одно из направлений, в котором Производство сердечников существенно изменилось за последние годы. Как объяснено в В разделе 3.2 удельные потери в сердечнике в значительной степени зависят от характера и уровень напряжения в материале.Поэтому необходимо минимизировать степень обработки и обращения во время производства. Резка ламелей конечно, неизбежна, но эта операция неизбежно приводит к образованию заусенцев на кромке. Заусенцы на краях приводят к электрическому контакту между пластинами и образованию вихревых текущие пути. До конца 1980-х гг. Стальной лист и полоса BS 601 для Магнитные цепи электрических аппаратов устанавливают допустимые пределы для этих заусенцы, что обычно означало, что они должны были быть удалены шлифованием заусенцев процесс.Шлифовка заусенцев имеет тенденцию к повреждению изоляции пластины, и это повреждение требует дополнительной изоляции. Каждый из них операции, связанные с манипуляциями и шлифованием заусенцев, в частности, повышают уровень нагрузки, поэтому требуется дополнительный отжиг. Современные режущие инструменты могут позволить операцию должно производиться с минимальным количеством заусенцев.

    Этому в некоторой степени также способствуют свойства современного материала. сам. Обычно заусенцы производятся традиционными инструментами из высококачественной инструментальной стали. на холоднокатаных материалах с ориентированной зернистостью 1970-х годов может достигать 0.05 мм по высоте в соответствии с BS 601. Их можно уменьшить за счет шлифования заусенцев. операция до 0,025 мм. С инструментами из стали HiB и твердосплавной стали заусенцы менее 0,02 мм изготавливаются так, чтобы все заусенцы-шлифовальные, дополнительные изоляционные а процессы отжига теперь можно не проводить.

    Возможно, на данном этапе уместно более детально изучить предмет пластинчатой ​​изоляции. Качество этой изоляции было определено в BS 601: Часть 2, в которой говорилось, что 80 процентов указанного количества изоляции измерения сопротивления, сделанные на образце пластины сердечника, должны быть больше чем 2 Ом, а 50 процентов должны быть больше 5 Ом.Как указано в разделе 3.2 цель этой изоляции - предотвратить циркуляцию вихревых токов. внутри ядра. Однако предотвращение протекания этих токов не означает предотвратить возникновение наведенных напряжений. Индуцированное напряжение пропорционально ширине плиты, и обычно считалось, что изоляция плиты соответствует с требованиями BS 601 было приемлемо для плит примерно до 640 мм шириной. Для сердечников с размером, требующим ширины пластины более здесь есть варианты разделения поперечного сечения так, чтобы каждая часть индивидуально отвечает максимальным требованиям 640 мм или, в качестве альтернативы, дополнительные изоляция может быть обеспечена.Часто бывает необходимо разделить большие жилы в любом случае, чтобы обеспечить охлаждающие каналы, чтобы этот вариант мог нормально быть выбранным без экономического штрафа. Следует отметить, что некоторые производители долго считал, что требование BS 601 для достижения 2 Ом было довольно скромный. Когда там все равно собирались нанести дополнительную изоляцию не было насущной необходимости в изменении BS, и проблема только вышла на первый план когда было сброшено это дополнительное покрытие. Примерно в это же время BS 601: Часть 2 был заменен BS 6404: Раздел 8.7: 1988, Технические условия для ориентированной зернистости лист и полоса из магнитной стали, в которых указано, что сопротивление изоляции покрытия должны быть согласованы между поставщиком и покупателем. Производители таким образом смогли воспользоваться возможностью применить свои собственные спецификации для материал и они, как правило, требовали более высокого значения сопротивления. Там также оставался вопрос, что требуется от оставшихся 20 процентов чтений. Теоретически они могут быть нулевыми и зависеть от покрытия. Для управления технологическим процессом они могут быть размещены в единой области стальной полосы.Авторитетные производители трансформаторов в этой ситуации выпустили свои индивидуальные спецификации обычно предусматривают, что физическое местонахождение 20 процентов показания низкого сопротивления произошли случайным образом по всему образцу, что Было ли неприемлемо, чтобы все они были расположены в одном районе образца. Как указано в разделе 3.2, многие современные стали поставляются с высококачественным изоляционным покрытием, которое является одним из средств снижения конкретная потеря.Для этих сталей обычно не требуется дополнительное покрытие независимо от размера сердечника и измерений сопротивления полученные неизменно значительно лучше, чем минимальные требования старый BS 601.

    Одним из недостатков стержневых сталей с ориентированной зернистостью является то, что любой фактор который требует отклонения потока от направления зерна, увеличит потери в сердечнике, и это становится все более актуальным в случае диапазона HiB стержневые стали.

    Такие факторы включают любые отверстия в сердечнике, как показано на фиг. 3 также как поворот флюса, который необходим в верхнем и нижнем углах основных конечностей. Последний эффект заметен в том, что высокое тонкое ядро будет иметь меньшие потери, чем короткий приземистый сердечник того же веса и плотности плотности, поскольку первое устройство требует меньшего отклонения потока, поскольку проиллюстрированный на фиг. 4. Взаимосвязь между потерями в сердечнике полностью собранного сердечник и произведение веса сердечника на удельную потерю, известное как фактор строительства для ядра.Коэффициент строительства обычно составляет около 1,15. для хорошо продуманного сердечника из стали с ориентированной зернистой структурой. Выражено с точки зрения строительства Фактор: высокое ядро, о котором говорилось выше, имеет лучший (то есть более низкий) коэффициент строительства чем приседания. Чтобы ограничить степень сокращения пути потока поперек направления волокон на пересечении углов ветвей и коромысел ламелей нарезаны под углом 45º. Основные пластины на этих скошенных углах должны перекрываться так, чтобы поток мог передаваться на соседнюю грань, а не чем пересечь воздушный зазор, который находится прямо на его пути (РИС.5). Эти скошенные углы, конечно, не были необходимы для стержней горячекатаного (т. е. неориентированного) стали. Это также было общепринятой практикой для стержней из горячекатаной стали. чтобы листы были скреплены вместе, чтобы сформировать целое ядро ​​с помощью стальных болтов, проходящих через обе конечности и коромысла.

    С появлением стали с ориентированной зернистой структурой было признано, что деформация флюса через отверстия для болтов через конечности было нежелательно, и что потеря эффективного поперечного сечения также приводило к ненужному увеличению диаметр сердечника лимба.Поэтому дизайнеры решили отказаться от стержневые болты, заменяющие их на конечностях лентой из любой стали (с изолированным обрыв) или стекловолокно. В первом случае вставлялся изолированный разрыв. в стальной ленте для предотвращения протекания тока в самой ленте и, кроме того, он был изолирован от сердечника, чтобы предотвратить короткое замыкание отдельных пластин по их краям. Болты с сердечником всегда нуждались в эффективной изоляции там, где они прошли через стержни и коромысла по тем же причинам.Вершина и нижние ярма сердечников продолжали крепиться болтами, поскольку основные конструктивные прочность трансформатора обеспечивается ярмами вместе с их тяжелыми стальные рамы ярма. ИНЖИР. 6 изображен трехфазный сердечник из холоднокатаного листа с ориентированной зернистостью. сталь с перевязанными конечностями и хомутами на болтах.

    Рост экономического давления во второй половине 1970-х годов с целью сокращения потерь, и, в частности, потери в сердечнике, поскольку они присутствуют всякий раз, когда трансформатор воодушевлен, привел дизайнеров и производителей к принятию полностью безболтовые стержни.Пробивка отверстий через стержневые пластины имеет дополнительную недостаток в том, что это противоречит требованию минимизировать рабочие стального сердечника, упомянутого выше, тем самым увеличивая потери в материале.

    Оба эти фактора вместе с незначительным снижением веса сердечника безболтовым сердечником были все факторы, способствующие устранению отверстий для болтов.

    У современных сталей с очень высокой степенью ориентации зерна потери штраф за отклонение потока от направления зерна еще более знак косяк, так что производители прилагают еще большие усилия для того, чтобы полностью разрабатывать ядра без болтов через конечности или коромысла.На большом ядре это требует высокая степень изысканности конструкции для обеспечения необходимых структурных Силой не жертвуют. ИНЖИР. 7 показано большое современное ядро, имеющее полностью безболезненная конструкция.


    РИС. 3 Влияние отверстий и углов на флюс сердечника


    РИС. 4 Поперечный поток в углах формирует большую часть общего пути потока в короткое приседание, чем высокое тонкое ядро ​​


    РИС. 5 45 град. конструкция перекрытия под углом


    РИС.6 Трехфазный скошенный сердечник трансформатора 150 МВА, 132/66 кВ и 50 Гц с изображением полосатости пластин центральной части конечностей (Bonar Long Ltd)


    РИС. 7 Трехфазный трехлепестковый безболезненный сердечник. Три планки (стяжки) используются с каждой стороны каждой конечности и видны в верхней части каждой конечности ниже верхняя рама. Временные стальные ленты, зажимающие конечности, будут отрезаны. при опускании обмоток на конечности (Areva T&D)

    Основное здание

    Ядро строится горизонтально путем штабелирования пластин, обычно двух или трех за кладку, на приспособление или барду.Последовательность укладки должна учитывать необходимо чередовать длины пластин, чтобы обеспечить необходимые перекрытия при скошенные углы, как показано на фиг. 5. Фиг. 8 показано строящееся большое ядро в заводских работах. Зажимные рамы для верхней и нижней ярм будут быть встроенным в барду, но это также должно обеспечивать поддержку и жесткость для конечностей, пока сердечник не будет поднят в вертикальное положение для подгонка обмоток. Без зажимных болтов конечности мало жесткость до тех пор, пока обмотки не будут установлены, поэтому барда должна включать средства обеспечения этого.Обмотки при установке на конечности не будут обеспечивают только такую ​​жесткость, в некоторых конструкциях жесткие, связанные синтетической смолой бумажная (s.r.b.p.) трубка, на которую намотана внутренняя намотка, обеспечивает зажим для ламинирования ног. При такой конструкции ножка фиксируется. с временными стальными лентами, которые постепенно снимаются по мере наматывания опускается на ногу на этапе сборки. Для установки обмоток требуется снять верхнюю коромысло, и можно задать вопрос, почему это необходимо построить на месте изначально.Ответ в том, что некоторые производители попробовали процесс сборки сердечника без верхних ярм и обнаружили, что Недостатки перевесили экономия времени и затрат на сборку. Если законченный сердечник должен иметь наименьшие возможные потери, чем суставы между конечностями и хомуты должны быть установлены с очень малыми допусками. Создание ядра для Точность, необходимая для достижения этой цели, без установленного верхнего ярма, очень затруднительна. Разумеется, чем выше становятся затраты на рабочую силу, тем больше стимул к устранению шаг в производственной последовательности, так что к концу 1990-х число производителей готовы инвестировать в необходимые инструменты и оборудование, чтобы строить сердечники без верхнего ярма стало все больше.Однажды обмотки установлены, верхнее ярмо может быть установлено или заменено, если оно были удалены, соответствующим образом вплетены в выступающие концы пластин ног, за которыми следуют верхние основные кадры. Как только они будут установлены, вместе с любые стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю хомуты, осевой зажим может применяться к обмотки, чтобы сжать их до нужной длины. Эти принципы будет применяться к сердечникам всех трансформаторов сердечникового типа, показанных на фиг. 2.


    РИС.8 Четырехлепестковый (однофазный с двумя намотанными конечностями) сердечник с 60/40 процентов хомуты и ответные части в процессе строительства (Areva T&D)


    РИС. 9 Пятиступенчатое шовное соединение со скосом внахлест.

    Соединения внахлестку

    Расположение скошенного сочленения конечности и ярма, показанного на фиг. 5 использует простой расположение внахлест, состоящее только из двух конфигураций пластин. Потому что много потерь, связанных с сердечником современного трансформатора, возникает из-за ярма производители суставов конечностей серьезно задумались о лучшем методе создания этих суставов.Одна схема, которая широко использовалась, в частности в распределительных трансформаторах - ступенчатое соединение. В ступенчатом стыке возможно, используется до пяти пластин различной длины, чтобы может иметь пятиступенчатое перекрытие, как показано на фиг. 9, а не простое перекрытие показанный на фиг. 5. Такое расположение позволяет постепенному переносу флюса. через соединение обеспечивает более плавную передачу флюса и, таким образом, обеспечивает потеря нижнего угла. Недостатки в том, что пластина большей длины должна быть сокращенным, что увеличит расходы, и замена верхней коромысла после установка обмоток становится более сложным процессом, требующим большего уход и, следовательно, дальнейшее увеличение затрат на рабочую силу.На распределительном трансформаторе сердечник меньшие и более жесткие листы, вероятно, легче заменить, чем быть в случае с большим ядром, что, возможно, является причиной того, что эта форма Изначально конструкция нашла более широкое применение в распределительных трансформаторах. Также бывает, что угловые соединения составляют большую долю общий сердечник в случае небольшого распределительного трансформатора, чем они в сердечнике силового трансформатора большего размера, что делает такое улучшение более целесообразным.(Разумеется, обратная сторона медали состоит в том, что ее должно быть легче резать и построить небольшой сердечник, имеющий длину ярма, скажем, 1 м, с некоторой степенью допуска что дает зазоры в стыках, скажем, 0,5 мм, чем для большой жилы, имеющей длина хомута, скажем, 4 м.) Дополнительным фактором является то, что очень конкурентоспособные состояние мирового рынка распределительных трансформаторов, вероятно, означает, что любая Экономия, которую можно получить, даже небольшую, будет очень востребована.

    Заземление жил

    Перед завершением описания конструкции активной зоны следует упомянуть выполнен из предмета заземления жилы.Любые токопроводящие металлические части трансформатора, если он не будет прочно связан с землей, приобретет рабочий потенциал, который зависит от их расположения относительно электрического поля, в котором они ложь. Теоретически проектировщик мог изолировать их от заземленного металла, но в На практике их легче и удобнее привязать к земле. Тем не мение, при принятии этой альтернативы есть два важных требования:

    • Соединение должно обеспечивать хороший электрический контакт и оставаться надежным через из жизни трансформатора.

    • Запрещается создавать токопроводящие петли, иначе циркулирующие токи будут В результате возникают повышенные потери и / или локальный перегрев.

    Металлоконструкции, которые плохо приклеиваются, возможно, из-за усадки или вибрация, создает дугу, которая приведет к разрушению изоляции и масла. и будет выделять газы, которые могут привести к срабатыванию реле Бухгольца, если оно установлено, или вызвать путаницу в результатах рутинного мониторинга газа в масле маскируя другие, более серьезные внутренние неисправности, и поэтому может быть очень хлопотным. в сервисе.

    Ядро и его каркас представляют собой самый большой объем металлоконструкций, требующих быть привязанным к земле. На крупных важных трансформаторах подключения к сердечнику и рамы могут быть отдельно выведены за пределы резервуара через вводы 3,3 кВ а затем подключили к земле извне. Это позволяет заземлить быть легко доступным во время первоначальной установки на месте и во время последующее обслуживание без понижения уровня масла для снятия осмотра крышки, чтобы можно было проверить сопротивление изоляции жилы.

    В целях соблюдения вышеуказанного требования во избежание циркуляции токов, сердцевина и рамы должны быть эффективно изолированы от резервуара и друг от друга, тем не менее, необходимо, чтобы ядро ​​было очень положительно расположен внутри резервуара, чтобы исключить перемещение и возможное повреждение во время транспортировки. Обычно в основание включаются установочные скобки. танка, чтобы удовлетворить это требование. Из-за большого веса сердечника и обмоток этими установочными устройствами и изоляцией между они, а также ядро ​​и рамы должны быть физически очень прочными, хотя соответствующее испытательное напряжение может быть умеренным.Подробнее об этом будет сказано в разделе 5, посвященный тестированию.

    Поток утечки и магнитное экранирование

    Назначение сердечника трансформатора - обеспечить путь с низким сопротивлением для флюс, связывающий первичную и вторичную обмотки. Однако дело в том, что часть потока, создаваемого первичными ампер-витками, не будет уменьшаться. напряжены к сердечнику, таким образом соединяя вторичную обмотку, и наоборот. Это это, конечно, поток утечки, который вызывает утечку трансформатора? реактивное сопротивление.Как объяснялось в предыдущем разделе, поток утечки также влияет на создания потерь на вихревые токи в обмотках. Контроль намотки вихря текущие потери будут обсуждены более подробно в разделе, касающемся обмотки. конструкция, однако, если поток утечки может быть отведен, чтобы избежать его прохождения через проводники обмотки, а также выполнен так, чтобы проходить вдоль оси обмотки вместо того, чтобы иметь большой радиальный компонент, как показано на фиг. 10, это будет вносят значительный вклад в снижение потерь на вихревые токи в обмотке.В конечно же, потокоподавляющие шунты сами понесут потери, но если они приспособлены для работы при умеренной плотности потока и изготовлены из аналогичных пластин как используется для сердечника, то величина потерь в шунтах будет намного меньше сэкономленных в обмотках. Требования к заземлению и предотвращение циркулирующих токов, конечно, будет таким же, как и для ядро и рамы. На очень сильноточных трансформаторах, скажем, где ток больше, чем примерно 1000 А, это также тот случай, когда потоки, создаваемые основные выводы могут вызвать потери на вихревые токи в резервуаре, прилегающем к эти.В этой ситуации можно уменьшить величину потерь. получаемые путем установки флюсовых шунтов или экранов для предотвращения их протекания в баке. Эта компоновка, показанная на фиг. 11, также предотвратит чрезмерное повышение температуры в резервуаре, которое могло бы произойти, если бы его разрешили перевозить блуждающий поток.

    Расчет размера сердечника трансформатора

    Трансформаторы с высоким ферритовым сердечником используются почти во всех схемах силовой электроники, таких как инверторы и инверторы с синусоидальной волной.Они используются для повышения или повышения низкого постоянного напряжения батареи и других источников постоянного тока, таких как солнечные батареи. Я видел этот же расчет для трансформатора с ферритовым сердечником ETD39 в более чем трех блогах. Уровень магнитного потока рассчитывается по следующей основной формуле трансформатора: B = (V T * 10 8) / (4,44 * f * N * A c * K) Примеры расчета трансформатора. Последовательный трансформатор: для обеспечения необходимого повышающего или понижающего напряжения и управляющий трансформатор: для измерения выходного напряжения и для источника питания. Калькулятор трансформатора.Вы можете рассчитать линейный ток трансформатора, используя соответствующую формулу для однофазных или трехфазных систем: Однофазный: I = VA ÷ E. 3-фазный: I = VA ÷ (E × 1.732) Защита от перегрузки по току. 3. Теперь введите значения из таблицы данных в приведенное ниже уравнение Kg. Вычислите размер трансформатора. Таким образом, размер сердечника зависит от мощности трансформатора и ожидаемых потерь мощности в сердечнике. Размер и форма сердечника во многом зависят от тока, мощности и частоты трансформатора.Гибридные трансформаторы обычно имеют небольшие размеры и при высокой нагрузке могут перегреться. РАССЧИТАЙТЕ ОТВЕТ. Обмотка трансформатора - соотношение витков и напряжений. Согласно Jefferson Electric, для однофазных трансформаторов используйте формулу «Вольт x Ампер / 1000». Вторичный ток полной нагрузки, I 2 = (50 × (1000/200)) = 250 А. Потери в трансформаторе В этом калькуляторе потери в трансформаторе рассчитываются на основе тока нагрузки, тока намагничивания и сопротивления постоянному току. обмотки. Из этой статьи вы узнаете, как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора с ферритовым сердечником для высокочастотных импульсных инверторов.Индуктивность катушки индуктивности с воздушным сердечником. Уравнение идеального трансформатора относится к первичному и вторичному напряжению. Когда транзистор выключен, поле схлопывается, и энергия передается вторичным обмоткам. Это начинается с оценки или расчета нагрузки спроса с использованием статьи 220 NEC, а затем применения соответствующих коэффициентов спроса. Эти напряжения вместе с поперечным сечением сердечника и частотой сигнала определяют уровень магнитного потока в сердечнике. (из таблицы А).. 2. Источник питания или источник питания подсоединяется к первичной обмотке, а нагрузка, которая должна обслуживаться, подсоединяется к вторичной обмотке. Трансформатор: 220В - 2х27В 8А Входное напряжение 220 Вольт. Второе уравнение, которое связывает первичный и вторичный токи трансформатора: Обратите внимание, что электрическая мощность в первичной и вторичной обмотках одинакова. Трансформатор: 220В - 2х27В 8А Входное напряжение 220 Вольт. Чтобы избежать затрат на изоляцию, обмотка НН размещается ближе к сердечнику. В конструкции трансформатора существует ряд факторов, которые влияют на размер сердечника и, следовательно, тем или иным образом определяют размер.Размеры по высоте и ширине взяты от точки пересечения кернов, на левом изображении показано сечение, отмеченное белым квадратом, которое используется для измерения. После выбора типа, размера и формы сердечника можно рассчитать геометрию сердечника и геометрию его компонентов. Если 6-жильный кабель недоступен, используйте 2 однофазных кабеля, понижайте их. Обычно это эмпирическое значение, основанное на рейтинге в кВА. v - это напряжение (первичное или вторичное), которое мне удалось измерить и даже сделать некоторые вычисления, но я действительно не знаю, сколько мощности он выдержит.Взаимная индуктивность - это не что иное, как потокосцепление между двумя обмотками. Это уравнение, конструкция трансформатора - размер сердечника, используется в 1… L = (N 2 x d 2) / (18d + 40l)… мкГн. Таблица для расчета потерь трансформатора. ФОРМУЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КАЛЬКУЛЯТОРЕ: 1-фазный кВА = вольт x ампер / 1000 однофазный ток = кВА / вольт x 1000 трехфазный кВА = вольт x ампер x 1,732 / 1000 3-фазный ток = кВА / вольт / 1,732 x 1000 2,1 Определение трансформатора тока с измерительным сердечником. Основная проблема здесь заключается в том, чтобы сердечник ТТ имел размер, соответствующий требованиям по нагрузке.Теперь введите значения из таблицы в приведенное ниже уравнение Kg. Выберите размер ядра, который, по вашему мнению, подойдет для вашего приложения. pdf анализ и проектирование трансформатора с ферритовым сердечником для, построить собственный трансформатор, как спроектировать основы трансформатора, измерение сопротивления изоляции ir часть 2, различные типы трансформаторов и их применения, сердечник трансформатора smps получение совета форумы физики Формула трансформатора. Вычислитель витков обмотки трансформатора и соотношения напряжений .... V1, N1, V2, N2. я нашел 400 туннелей для размера ядра 1.5 * 2 и 350 витков для сердечника 1,5 * 2,5 - это стандарт для первичной обмотки Сердечник трансформатора: Как правило, трансформаторы состоят из медной обмотки, такой как первичная обмотка, вторичная обмотка и вспомогательная обмотка или третичная обмотка, электрическая изоляция, сердечник, вводы , изоляция, клеммная коробка и т. д. ... Расчет потерь в железе или сердечнике. Калькулятор размеров трансформатора. Где, N = количество витков, d = диаметр катушки индуктора, l = длина катушки индуктора. (1) Проектирование начинается с выбора подходящего значения ЭДС за ход на основе опыта.V 1 = 4000 В, V 2 = 400 В, номинал трансформатора = 50 кВА = V 1 × I 1 = V 2 × I 2. Формула для тока трехфазной нагрузки поясняется данными паспортной таблички асинхронного двигателя с напряжением трехфазной нагрузки. Удачи! Мы не предоставляем продукты или услуги для расчета размера сердечника трансформатора, пожалуйста, свяжитесь с ними напрямую и внимательно проверьте информацию их компаний. Показан только профиль "W" и "U" сердечника EI. Такое расположение делает трансформатор экономичным. Расчет необходимых поворотов на самом деле довольно прост, я поясню это здесь.Типичные киловольт-амперы стандартного размера для трехфазного трансформатора на основе ANSI C57.12.00 обычно находятся в диапазоне от 15 до 100 000 кВА, в зависимости от выходной мощности трансформатора. Площадь пересечения ядра EI составляет 50 на 48 миллиметров. Коэффициент трансформации равен N1 / N2 = V1 / V2 = (2000/200) = 10. Обратите внимание, что мы также можем рассчитать это с токами полной нагрузки I1 и I2 через V2 / V1 = 10. Конечно, по крайней мере, 1 кВт CCS. К сожалению, должен быть включен JavaScript. Измените параметры браузера и повторите попытку.V1, первичное напряжение. Воспользуйтесь нашим калькулятором зазора сердечника, чтобы рассчитать необходимый вам ферритовый зазор. Формулы преобразователя. Поскольку разность потенциалов между заземленным сердечником и обмоткой ВН максимальна, стоимость изоляции между ними также максимальна. из 3-х жильного небронированного кабеля. Часть 1. Согласно Jefferson Electric, используйте формулу «Вольт x Ампер / 1000» для однофазных трансформаторов. Для трехфазных трансформаторов используйте «Вольт x Ампер x 1,732 / 1000». Базовый трансформатор состоит из двух отдельных обмоток изолированных проводов, намотанных на общий железный сердечник.Допустимая мощность сердечника трансформатора также может быть определена с помощью его продукта WaAc, где Wa - доступная площадь окна сердечника, а Ac - эффективная площадь поперечного сечения сердечника. Когда требуется трансформатор или генератор, важно выбрать тот, который подходит по размеру для вашего оборудования, иначе вы можете столкнуться с некоторыми проблемами. Существует две основные причины повышения температуры трансформатора: потери мощности в сердечнике и потери мощности в обмотке. Я видел этот же расчет для трансформатора с ферритовым сердечником ETD39 в более чем трех блогах.Для быстрого отклика и точного вывода поддерживайте низкое сопротивление обмотки, в то же время увеличивая индуктивность вторичной обмотки. Ниже приводится только упрощенный способ узнать основные размеры сердечника Ac и Aw. расчет размера сердечника трансформатора. Для описания поработаю с иллюстрацией и займусь процессом расчета. Если напряжение на первичной стороне ниже напряжения на вторичной стороне, то это повышающий трансформатор. т. Толщина листа. Потери вихревых токов.Мы взяли ближайшую доступную для наших расчетов площадь активной зоны. • материал сердечника: его свойства, толщина ламинации, масса сердечника. K = коэффициент укладки (SF) (см. Таблицы с основной информацией) Сопротивление и размер провода. Расчетные формулы: Здесь мы берем ссылку на данные обмотки в таблице эмалированных медных проводов и размеры таблицы штамповок трансформатора, чтобы выбрать входные и выходные обмотки SWG и сердечник трансформатора для заданных спецификаций. Выходное напряжение два раза по 27 Вольт 8 ампер, симметричное для усилителя.Введите адрес электронной почты ниже, чтобы получать БЕСПЛАТНЫЕ информационные статьи по электротехнике и электронике, системе SCADA: Что это такое? Коэффициент трансформации равен N 1 / N 2 = V 1 / V 2 = (2000/200) =… Мощность трансформатора рассчитывается от квадрата его сердечника ЭУ. Рассчитайте. Вот несколько важных правил NEC, которые вам нужно знать при работе с высокими ногами: Кэ. Трансформатор используется для повышения или понижения переменного напряжения за счет использования принципа магнитной индукции между многопроволочными обмотками трансформатора.Напряжение верхнего плеча - это векторная сумма напряжений трансформаторов A и C1 или трансформаторов B и C2, которые равны 120 В × 1,732 = 208 В для вторичной обмотки 120/240 В. WaAc = Произведение площади окна и площади сердечника (см4) Po = Выходная мощность (Вт) Dcma = Плотность тока (ок. Мощность трансформатора рассчитывается по квадрату его сердечника EI. Таблица размеров сердечника трансформатора Pdf - Таблица размеров сердечника трансформатора Трансформатор Ei Таблица размеров сердечника Расчет витков вторичной обмотки ферритового трансформатора В этой статье вы узнаете, как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора с ферритовым сердечником для высокочастотных инверторов импульсного источника питания.Рассчитайте падение напряжения. Используя приведенное ниже уравнение, рассчитайте продукт WaAc, а затем используйте диаграмму распределения продукта по площади (WaAc), чтобы выбрать соответствующее ядро. Для защиты обмоток трансформатора от перегрузки по току используйте проценты, указанные в Таблице 450.3 (B) и соответствующих примечаниях. Считая трансформатор идеальным, определите: первичный и вторичный токи полной нагрузки; Коэффициент трансформации трансформатора. Теперь получите свою таблицу данных, например, таблицу данных куба феррокс. Однофазный трансформатор на 50 кВА имеет первичную сторону 4000 В и вторичную сторону 400 В.Конструкция и калькулятор обратного трансформатора. Когда переключающий транзистор включен в обратном преобразователе, первичная обмотка трансформатора находится под напряжением, и энергия не передается на вторичные обмотки. Размер трансформатора можно определить вручную, исходя из напряжения нагрузки, тока нагрузки и линейного напряжения. N1 V1 N2 V2. Примеры расчета трансформаторов. Для трехфазных трансформаторов используйте «Вольт x Ампер x 1,732 / 1000». Меня интересует расчет размера сердечника для трансформатора на 20 Гц. Мы являемся участником партнерской программы Amazon Services LLC Associates Program, разработанной для того, чтобы мы могли получать вознаграждение за счет ссылок на Amazon.com и дочерние сайты. Воздушный зазор с ферритовым сердечником. Потери на вихревые токи - это потери, вызванные токами, индуцированными в железном сердечнике трансформатора. Следовательно, перестановка для I 1 и I 2: Первичный ток полной нагрузки, I 1 = (50 × (1000/2000)) = 25 А. (Диспетчерское управление и сбор данных), Программируемые логические контроллеры (ПЛК): основы, типы и Применения, Диод: определение, символ и типы диодов, Термистор: определение, использование и принцип работы, Принципиальная электрическая схема и принцип работы полуволнового выпрямителя, Закон электромагнитной индукции Ленца: определение и формула, Первичный и вторичный токи полной нагрузки .... Воспользуйтесь нашим калькулятором размера / мощности, чтобы проверить, какие места для установки доступны в соответствии с вашими электрическими требованиями. Это может начаться с размера сердечника. Необходимо определить ток первичной обмотки и размер провода. Поскольку большинство трансформаторов постоянно находятся под напряжением (под напряжением), что приводит к постоянному возникновению потерь холостого хода, эти потери имеют высокую оценку затрат. Если его нет, выберите ядро ​​большего размера и произведите перерасчет. (2) Теперь ЭДС на оборот = (4,44 × частота × поток) Итак, мы получаем поток в сердечнике.Допустимая мощность сердечника трансформатора также может быть определена с помощью его продукта WaAc, где Wa - доступная площадь окна сердечника, а Ac - эффективная площадь поперечного сечения сердечника. Расчет размера сердечника стальных пластин или штамповок. Мы взяли катушку 2,25 дюйма3 (1,5 дюйма x 1,5 дюйма)… Что такое кабельный ввод 6 типов электрических кабельных вводов 2z. Вот некоторые расчеты, которые я сделал и из чего строю трансформаторы. Коэффициент трансформации = N 1 / N 2 = V 1 / V 2 = I 2 / I 1. Трансформаторы с воздушным сердечником; Трансформаторы с железным сердечником; Трансформаторы тороидальные; В этой статье я просто расскажу о том, как рассчитать обмотку трансформатора и какой размер медного провода нам нужно выбрать при намотке трансформатора.Трансформаторы работают по принципу взаимной индукции. Размер трансформатора можно определить вручную, исходя из напряжения нагрузки, тока нагрузки и линейного напряжения. В реальном трансформаторе из-за потерь мощность на вторичной обмотке всегда будет меньше, чем мощность на первичной обмотке. Все оптовые торговцы расчетом размера сердечника трансформатора и производители расчета размера сердечника трансформатора поступают от участников.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *