Магнитопроводы трансформаторов расчет: Расчет магнитопровода трансформатора онлайн

Содержание

Расчет магнитопровода трансформатора онлайн

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно. Прошивки бесплатно.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: расчёт магнитной проницаемости сердечника

Как правильно провести расчет трансформаторов разных видов, формулы и примеры


Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50 72х Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50 72х18 показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна.

Программный он-лайн расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже. Описание вводимых и расчётных полей программы: поле светло-голубого цвета — исходные данные для расчёта, поле жёлтого цвета — данные выбранные автоматически из таблиц, в случае установки флажка для корректировки этих значений, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, поле зелёного цвета — рассчитанное значение.

Фактическое сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;. Расчётное сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;. Расчёт сечения провода для каждой из обмоток для I1 и I2 ;. В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами.

Формула для расчёта максимальной мощности которую может отдать магнитопровод;. Величины электромагнитных нагрузок Вмах и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц.

О нас Обратная связь Карта сайта. YouTube Instagram Instagram. Расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом. Юра Гость. Нужно сделать расчёт для каждой из обмоток. Потом сложить рассчитанные мощности. Далее сравниваем сложенную мощность с габаритной мощностью сердечника. Если габаритная мощность больше, то всё нормально. Если нет, то трансформатор с нагрузкой не справится. Юрий Гость. Большое спасибо за ваш ответ но не совсем понимаю. Мои данные. В сумме все обмотки 76 Вольт.

Если не трудно По моим данным покажите правильность расчёта. Олег Николаевич Гость. Мы делаем на службе электронный стабилизатор на семисторах на 4кВт и столкнулись с тем что нам нужен тороидальный трансформатор на соответствующюю мощность Как бы нам получить правильные расчётные данные у вас по намотке такого трансформатора?

У нас есть старый тороидальный трансформатор. По паспорту к изделию на котором он работал его мощность составляет 4,5кВт Однообмоточные трансформаторы такого типа это ЛАТРы автотрансформаторы , мы ещё пока на практике такие не делали.

Тема интересная может как нибудь попробуем. Но к сожалению пока ни чем помочь не можем. Sintetik Гость. Pc max — это максимальная мощность магнитопровода, которую сердечник может передать от первичной обмотки к вторичным? Jurij Гость. У меня что-то не получается. Вторички 64 В 6А, 13 В 3А. Тор D d Мне надо сложить P2 обоих вторичек и Pгаб обоих вторичек, и сравнить?

У меня получилось общая PВт, Pгаб общая,1Вт. Транс не подойдёт? Как рассчитать какой тор мне нужен? Я пробовал в Вашем калькуляторе в полях D,d,h менять размеры, но цифры в полях P2 и Pг не меняются. Помогите пожалуйста, что я не так делал?

Заранее благодарен. Владимир Гость. Добрый день! К сожалению данная программа не имеет оболочки для обычного запуска на компьютере. Если найдёте какие недочёты пишите, исправим.

В принципе-то норм, но как же частота? Такой важный параметр, а его нет От частоты многое зависит, поэтому считаю калькулятор не удобным. Мы создавали данный калькулятор для намотки сетевого трансформатора вольт 50 герц по этому частота фиксированная.

На будущее учтём, может и доработаем или создадим новую версию. Вячеслав Гость. Мне нужно знать какой провод нужен для намотки первичной намотки диаметр и сколько грамм не витков для намотки первичной обмотки на В?

С уважением Вячеслав Вячеслав, где вы нашли такое железо. Может быть размеры у вас все же в милл иметрах? У меня нашлось еще одно тороидальное железо,которое нужно намотать. Мне нужно знать какого диаметра провод нужен для намотки первичной обмотки и сколько грамм будет весить общее количество витков первичной обмотки? Весовые характеристики в данной версии калькулятора не расчитываются. Анатоль Гость.

А этот метод подойдёт для расчёта сварочного трансформатора? Михаил Гость. А в чем считать? Еденицы не подписаны. Например, диаметр трансформатора, диаметр проволоки? В чем будет выражена расчетная площадь магнитопровода? Иван Гость. Запомнить меня. Подписаться на рассылку о публикациях новых статей.


Калькулятор расчета трансформатора

Ни для кого не секрет, что радиолюбители частенько самостоятельно мотают трансформаторы под свои нужды. Ведь не всегда найдётся, например, готовый сетевой трансформатор. Более актуальным этот вопрос становится, когда нужен анодно-накальный трансформатор для усилителя или выходной. Здесь остаётся лишь запастись проволокой и подобрать хорошие сердечники. Достать нужный магнитопровод порой оказывается непросто и приходится выбирать из того, что есть. Для быстрого расчёта габаритной мощности был написан приведённый здесь онлайн калькулятор. По размерам сердечника можно быстро провести все необходимые расчёты, которые выполняются по приведённой ниже формуле, для двух типов: ПЛ и ШЛ.

Sok — площадь окна в магнитопроводе, -??-. Максимальная выходная мощность Pmax, -??-. Резюме: Если Pmax > P2, то трансформатор подходит (1), -?.

Расчет трансформатора, онлайн калькулятор

В самой простой классификации они бывают однофазные и трехфазные. Рассмотрим , для начала, принцип работы стандартного однофазного преобразователя переменного напряжения. Благодаря магнитному потоку, который создается первичной обмоткой, вторичная его улавливает и преобразует в переменное напряжение с такой же частотой, но сдругим номиналом. Почему же напряжения на вторичной обмотке отличается? А потому, что зависит от количества витков, которые намотаны на обоих обмотках. И подчиняются следующей формуле. Теоретический курс раздела из цикла общая электротехника. В данных уроках вы познакомитесь с общим устройством, со схемой замещения при холостом ходе.

Расчёт трансформатора на калькуляторе в домашних условиях

Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50 72х Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50 72х18 показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна.

Программный онлайн расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку.

Уважаемый Пользователь!

Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой. После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:. После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией. Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Ваш IP:

Как узнать мощность трансформатора

Такая методика расчета трансформаторов конечно очень приблизительная но для радиолюбительской практики вполне подходит. Кроме этого все нижеперечисленные расчеты актуальны только лишь для трансформаторов с Ш-образным сердечником и для работы с током промышленной частоты 50 Гц. Задача: нужен трансформатор с выходным напряжением 12V и током на вторичной обмотке не менее 1A. Где S- площадь сердечника, P1- мощность первичной обмотки. Это необходимая минимальная площадь сердечника.

Онлайн расчет силового импульсного трансформатора. Гц] / [Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [Максимально приемлемая индукция, Тл].

Калькулятор расчёта трансформатора

В радиолюбительской практике иногда возникает необходимость в изготовлении трансформатора с нестандартными значениями напряжения и тока. Хорошо, если удается подобрать готовый трансформатор с нужными обмотками, в противном случае трансформатор приходится изготавливать самостоятельно. Эта страничка посвящена изготовлению силового трансформатора своими силами. В промышленных условиях расчет трансформатора — весьма трудоемкая работа, но для радиолюбителей созданы упрощенные методики расчета.

Одним из часто применяемых устройств в областях энергетики, электроники и радиотехники является трансформатор. Часто от его параметров зависит надёжность работы приборы в целом. Случается так, что при выходе трансформатора из строя или при самостоятельном изготовлении радиоприборов не получается найти устройство с нужными параметрами серийного производства. Поэтому приходится выполнять расчёт трансформатора и его изготовление самостоятельно. Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки.

Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом. А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.

Блог new. Технические обзоры. Опубликовано: , Версия для печати. Устройство импульсных блоков питания, APFC. Некоторое время назад мне задавали вопрос по поводу корректора коэффициента мощности импульсных

По всему сайту В разделе Везде кроме раздела Search. Войти через: vk. Файлы Академическая и специальная литература Радиоэлектроника Силовая электроника Программное обеспечение. Программа для расчета трансформаторов простая в пользовании, русскоязычная, позволяет быстро рассчитывать автотрансформаторы, 1 и 3- фазные силовые трансформаторы с воздушным или масляным охлаждением, с броневым, стержневым или тороидальным магнитопроводом.


Формула расчета полной мощности трансформатора. Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор»>

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

  • броневые;
  • стержневые;
  • кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Jpg?x15027″ alt=»Виды магнитопроводов»>

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

  • как рассчитать мощность трансформатора;
  • как выбрать сердечник;
  • как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
  • как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

  • до 50 Вт – КПД 0.6;
  • от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
  • от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
  • выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-1.jpg?x15027″ alt=»»>

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-2.jpg?x15027″ alt=»»>

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-3.jpg?x15027″ alt=»»>где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-4.jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-5.jpg?x15027″ alt=»»>

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-6.jpg?x15027″ alt=»»>

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Jpg?.jpg 489w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/4-toroidalnyj-transformator.jpg 600w»>

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Jpg?x15027″ alt=»Сборный каркас обмотки»>

Сборный каркас обмотки

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-plastikovyj-karkas-600×427.jpg?x15027″ alt=»Пластиковый каркас»>

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-ftoroplastovaja-lenta-1-150×150.jpg 150w»>

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

  1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
  2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
  3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
  4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
  5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/7-izmerenie-holostogo-toka-210×140.jpg 210w»>

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Расчет ш-образного трансформатора

  1. Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
  2. Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
  3. Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
  4. Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
  5. Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
  6. Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

  1. Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
  2. Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
  3. Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас. Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Как рассчитать трансформатор тока

Основной характеризующей чертой трансформатора является коэффициент трансформации, который указывает, насколько изменятся основные параметры тока, вследствие его прохождения через это устройство.

Если коэффициент трансформации превышает 1, значит, трансформатор является понижающим, а если меньше этого показателя, то повышающим.

  1. Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
  2. Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
  3. Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

Трансформатор – элемент, использующийся для преобразования напряжений. Он входит в состав трансформаторной подстанции. Ее задача – передача электроэнергии от питающей линии (воздушной или кабельной) потребителям в объеме, достаточном для обеспечения всех режимов работы их электрооборудования.

В роли потребителей выступают жилые многоэтажные здания, поселки или деревни, заводы или отдельные их цеха. Подстанции, в зависимости от условий окружающей среды и экономических факторов, имеют различные конструкции: комплектные (в том числе киосковые, столбовые), встраиваемые, расположенные на открытом воздухе или в помещениях. Они могут располагаться в специально предназначенном для них здании или занимать отдельное помещение здания.

Выбор трансформаторов подразумевает определение его мощности и количества трансформаторов. От результатов зависят габариты и тип трансформаторных подстанций. При выборе учитываются факторы :

Выбор числа трансформаторов

Для трансформаторных подстанций используют схемы с одним или двумя трансформаторами. Распределительные устройства, в состав которых входит более 2 трансформаторов, встречаются только на предприятиях или электрических станциях, где применение небольшого их числа не соответствует условиям бесперебойности электроснабжения, условиям эксплуатации. Там экономически целесообразнее установить несколько трансформаторов сравнительно небольшой мощности, чем один или два мощных. Так проще проводить ремонт, дешевле обходится замена неисправного аппарата.

Устанавливают однотрансформаторные подстанции в случаях :

  • электроснабжения потребителей III категории надежности;
  • электроснабжения потребителей любых категорий, имеющих другие независимые линии питания и собственную автоматику резервирования, переключающую их на эти источники.

Но к однотрансформаторным подстанциям есть дополнительное требование. Потребители III категории по надежности электроснабжения, хоть и допускают питание от одного источника, но перерыв его ограничен временем в одни сутки . Это обязывает иметь эксплуатирующую организацию складской резерв трансформаторов для замены в случае аварийной ситуации. Расположение и конструкция подстанции не должны затруднять эту замену. При обслуживании группы однотрансформаторных подстанций мощности их трансформаторов, по возможности, выбираются одинаковыми, либо максимально сокращается количество вариантов мощностей. Это минимизирует количество оборудования, находящегося в резерве.


К потребителям третьей категории относятся:

  • деревни и села;
  • гаражные кооперативы;
  • небольшие предприятия, остановка которых не приведет к массовому браку выпускаемой продукции, травмам, экологическому и экономическому ущербу, связанному с остановкой технологического процесса.

Для потребителей, перерывы электроснабжения которых не допускаются или ограничиваются, применяют двухтрансформаторные подстанции .

Категория электроснабжения Время возможного перерыва питания Схема питания
I Невозможно Два независимых источника с АВР и собственный генератор
II На время оперативного переключения питания Два независимых источника
III 1 сутки Один источник питания

Отличие в питании категорий I и II – в способе переключения питания. В первом случае оно происходит автоматически (схемой автоматического ввода резерва – АВР) и дополнительно имеется собственный независимый источник питания. Во втором – переключение осуществляется вручную. Но минимальное количество трансформаторов для питания таких объектов – не менее двух.


В нормальном режиме работы каждый из двух трансформаторов питается по своей линии и снабжает электроэнергией половину потребителей подстанции. Эти потребители подключаются к шинам секции, питаемой трансформатором. Второй трансформатор питает вторую секцию шин, соединенную с первой секционным автоматом или рубильником.

В аварийном режиме трансформатор должен взять на себя нагрузку всей подстанции . Для этого включается секционный автоматический выключатель. Для потребителей первой категории его включает АВР, для второй включение производится вручную, для чего вместо автомата устанавливают рубильник

Поэтому мощность трансформаторов выбирается с учетом питания всей подстанции, а в нормальном режиме они недогружены . Экономически это нецелесообразно, поэтому, по возможности, усложняют схему электропитания. Имеющиеся потребители III категории в аварийном режиме отключают , что приводит к снижению требуемой мощности.

Выбор конструкции трансформатора

По способу охлаждения и изоляции обмоток трансформаторы выпускают:

  • масляными;
  • с синтетическими жидкостями;
  • воздушными.

Наиболее распространенные – масляные трансформаторы . Их обмотки размещены в баках, заполненных маслом с повышенными изоляционными характеристиками (трансформаторное масло). Оно выполняет роль дополнительной изоляции между витками обмоток, обмотками разных фаз, разных напряжений и баком трансформатора. Циркулируя внутри бака, оно отводит тепло обмоток, выделяемое при работе. Для лучшего теплоотвода к корпусу трансформатора привариваются трубы дугообразной формы, позволяющие маслу циркулировать вне бака и охлаждаться за счет окружающего воздуха. Мощные масляные трансформаторы комплектуются вентиляторами, обдувающими элементы, в которых происходит охлаждение.

Недостаток масляных трансформаторов – риск возникновения пожара при внутренних повреждениях . Поэтому их можно устанавливать только в подстанциях, расположенных отдельно от зданий и сооружений.

При необходимости установить распределительное устройство с трансформатором поближе к нагрузке или во взрыво- или пожароопасных цехах, используются трансформаторы с воздушным охлаждением . Их обмотки изолированы материалами, облегчающими передачу тепла. Охлаждение происходит либо за счет естественной циркуляции воздуха, либо с помощью вентиляторов. Но охлаждение сухих трансформаторов все равно происходит хуже масляных.

Решить проблему пожарной безопасности позволяют трансформаторы с синтетическим диэлектриком . Их устройство похоже на конструкцию масляного трансформатора, но вместо масла в баке находится синтетическая жидкость, которая не так склонна к возгоранию, как трансформаторное масло.

Группы и схемы соединений

Критериями выбора группы электрических соединений разных фаз обмоток между собой являются:

  1. Минимизация в сетях уровней высших гармоник. Это актуально при увеличении доли нелинейных нагрузок потребителей.
  2. При несимметричной загрузке фаз трансформатора токи первичных обмоток должны выравниваться. Это стабилизирует режим работы сетей питания.
  3. При питании четырехпроводных (пятипроводных) сетей трансформатор должен иметь минимальное сопротивление нулевой последовательности для токов короткого замыкания. Это облегчает защиту от замыканий на землю.

Для соблюдения условий №1 и №2 одна обмотка трансформатора соединяется в звезду, при соединении другой – в треугольник. При питании четырехпроводных сетей наилучшим вариантом считается схема Δ/Yo. Обмотки низшего напряжения соединяются в звезду с выведенным наружу нулевым ее выводом, используемым в качестве PEN-проводника (нулевого проводника).


Еще лучшими характеристиками обладает схема Y/Zo, у которой вторичные обмотки соединяются по схеме «зигзаг» с нулевым выводом.

Схема Y/Yo имеет больше недостатков, чем достоинств, и применяется редко.

Выбор мощности трансформатора

Типовые мощности трансформаторов стандартизированы.

Стандартные мощности трансформаторов
25 40 60 100 160 250 400 630 1000

Для расчета присоединенной к трансформатору мощности собираются и анализируются данные о подключенных к нему мощностях потребителей. Однозначно цифры сложить не получится, нужны данные о распределении нагрузок по времени. Потребление электроэнергии многоквартирным домом варьируется не только в течение суток, но и по временам года: зимой в квартирах работают электрообогреватели, летом – вентиляторы и кондиционеры. Типовые графики нагрузок и величины потребляемых мощностей для многоквартирных домов определяются из справочников.

Для расчета мощностей на промышленных предприятиях требуется знание принципов работы их технологического оборудования, порядок его включения в работу. Определяется режим максимальной загрузки, когда в работу включено наибольшее число потребителей (Sмакс). Но все потребители одновременно включиться не могут никогда. Но при расчетах требуется учитывать и возможное расширение производственных мощностей, а также – вероятность в дальнейшем подключения дополнительных потребителей к трансформатору.

Учитывая число трансформаторов на подстанции (N) мощность каждого рассчитывают по формуле, затем выбирают из таблицы ближайшее большее значение:


В этой формуле Кз – коэффициент загрузки трансформатора . Это отношение потребляемой мощности в максимальном режиме к номинальной мощности аппарата. Работа с необоснованно пониженным коэффициентом загрузки экономически не выгодна. Для потребителей, в зависимости от категории бесперебойности электроснабжения, рекомендуются коэффициенты:

Из таблицы видно, что коэффициент загрузки учитывает взятия одним трансформатором дополнительной нагрузки, переходящей к нему при выходе из строя другого трансформатора или его питающей линии. Но он ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя по мощности некоторый запас.

Систематические перегрузки трансформаторов возможны, но их время и величина ограничиваются требованиями заводов-изготовителей этих устройств. По правилам ПТЭЭП длительная перегрузка трансформаторов с масляным или синтетическим диэлектриком ограничивается до 5%.

Отдельно ПТЭЭП определяется длительность аварийных перегрузок в зависимости от их величины.

Для масляных трансформаторов:

Для сухих трансформаторов:

Из таблиц видно, что сухие трансформаторы к перегрузкам более критичны.

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 нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов НЧ — 25÷50 В. Для анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для 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, для 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 ламповых обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для транзисторных чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. на какой-либо каскад или узел 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, взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100-200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w» на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w» на 20-30 %.

и т.д.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2-3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

Таблица 1

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15 Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Методика расчета сетевого трансформатора

МЕТОДИКА РАСЧЕТА СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Целью расчета является получение заданных выходных параметров трансформатора (для сети с частотой 50 Гц) при его минимальных габаритах и массе.
Расчет трансформатора целесообразно начать с выбора магнитопровода , т. е , определения его конфигурации и геометрических размеров.Наиболее широко распространены три вида конструкции магнитопроводов, приведенные на рис. 7.17.

Рис. 7.17. Конструкции магнитопроводов трансформаторов:

а) броневого пластинчатого; б) броневого ленточного; в) кольцевого ленточного

Для малых мощностей, от единиц до десятков Вт, наиболее удобны броневые трансформаторы. Они имеют один каркас с обмотками и просты в изготовлении.
Трансформатор с кольцевым сердечником ( торроидальный ) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, торроидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

       напряжение первичной обмотки U1:
       напряжение вторичной обмотки U2;
       ток вторичной обмотки I2;
       мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых).

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

Размеры магнитолровода выбранной конструкции, необходимые для получения от трансформаторов заданной мощности, могут быть найдены на основании выражения

[1]

где:

Scт — сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;
Sок — площадь окна в магнитопроводе;
Вмах — магнитная индукция, см. табл. 7.5;
J — плотность тока, см. табл. 7.6;
Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл. 7.7;
Кcт — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл. 7.8;

Величины электромагнитных нагрузок Вмах и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц 7.5 и 7.6.

Таблица 7.5

Конструкция магнитопроводаМагнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]
5—1515—5050—150150—300300—1000
Броневая (пластинчатая)1,1—1,31,31,3—1,351,351,35—1,2
Броневая(ленточная)1,551,651,651,651,65
Кольцевая1,71,71,71,651,6

Таблица 7.6

Конструкция магнитопроводаПлотность тока J, [a/мм кв.] при Рвых, [Вт]
5—1515—5050—150150—300300—1000
Броневая [пластинчатая)3,9—3,03,0—2,42,4—2,02,0—1,71,7—1,4
Броневая(ленточная)3,8—3,53,5—2,72,7—2,42,4—2,32,3—1,8
Кольцевая5—4,54,5—3,53,53,0

Коэффициент заполнения окна Кок приведен в таблице 7.7 для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией.Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью Кет зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода (пластинчатая, ленточная) и способа изоляции пластин или лент друг от друга. Величина коэффициента Кет для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 7.8

Таблица 7.7

Конструкция магнитопроводаРабочее напряж. [В]Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]
5-1515-5050-150150-300300-1000
Броневая (пластинчатая)до 1000,22-0,290,29-0,300,30-0,320,32-0,340,34-0,38
100-10000,19-0,250,25-0,260,26-0,270,27-0,300,30-0,33
5роневая

(ленточная)

до 1000,15-0,270,27-0,290,29-0,320,32-0,340,34-0,38
100-10000,13-0,230,23-0,260,26-0,270,27-0,300,30-0,33
Кольцевая  0,18-0,200,20-0,260,26-0,270,27-0,28

Таблица 7.8

Конструкция магнитопроводаКоэффициент заполнения Кст пбри толщине стали, мм
0,080,10,150,20,35
Броневая (пластинчатая)0,7 (0,75)0,85 (0,89)0,9 (0,95)
Броневая (ленточная)0,870,900,910,93
Кольцевая0,850,88

ПРИМЕЧАНИЕ:

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

2. Коэффициент заполнения для ленточных магнитопроводов указаны при изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.

Определив величину Sст*Sок, можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.

Величину номинального тока первичной обмотки находим по формуле:

,

где величина h и cos j трансформатора, входящие в выражение, зависят от мощности трансформатора и могут быть ориентировочно определены по таблице 7.9.

Таблица 7.9

ВеличинаСуммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]
2—1515—5050—150150—300300—1000
h броневой

ленточный

0,5—0,60,6—0,80,8—0,90,90—0,930,93—0,95
0,76—8,880,88—0,920,92—0,950,95—0,96
cos j0,85—0,900,90—0,930,93—0,950,95—0,930,93—0,94

Токи вторичных обмоток обычно заданы. Теперь можно определить диаметр проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции. Сечение провода в обмотке: Sпp = I/J, диаметр:

 

Определяем число витков в обмотках трансформатора:

,

где n — номер обмотки;

D U — падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения, см. таблицы 7.10 и 7.11. Следует отметить, что данные для —U, приведенные в таблице 7.10, для многообмоточных трансформаторов требуют уточнения. Рекомендуется принимать значения N U для обмоток, расположенных непосредственно на первичной обмотке на 10…20% меньше, а для наружных обмоток на 10…20% больше указанных в таблице.

В торроидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами. Это следует учитывать при определении числа витков обмоток — значения N U берутся из таблицы 7.11.

Таблица 7.10

Конструкция броневая, величина N U

Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, Вт

5—1515—5050—150150—300300—1000
N U120—1313—66—0.54,5—33—1
N U225—1818—1010—88—66—2

  Таблица 7,11

Конструкция кольцевая, величина N UСуммарная мощность вторичных обмоток Рвых, Вт
8—2525—6060—125125—250250—600
N U,7653,52,5
N U27653,52,5

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА СЕТЕВОГО ТОРРОИДАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Исходные данные: Входное напряжение U1 = 220 В Выходное напряжение U2= 22 В Максимальный ток нагрузки:
I2 = 10 А
Мощность вторичной цепи определяем из формулы:

P2 = U2 * I2 =220 Вт

Имеется кольцевой ленточный магнитопровод с размерами: в = 4 см, с = 7,5 см, а = 2 см (рис. 7.17в).

Sок = p R2 =3,14*3,752 =44,1 кв. см ; Scт =а*в==2*4 =8 кв. см

Воспользовавшись формулой [1] и таблицами, определяем, какую максимальную мощность можно снять с данного магнитопровода:

Вт

Расчетная величина превышает необходимую по исходным данным (P2 = 220 Вт), что позволяет применить данный магнитопровод для намотки нужного трансформатора, но если требуются минимальные габариты трансформатора, то железо магнитопровода можно взять меньших размеров (или снять часть ленты), в соответствии с расчетом [1].

Номинальный ток первичной обмотки:

А

Сечение провода в обмотках:

кв.мм:

кв. мм:

Диаметр провода в обмотках:

мм мм

Выбираем ближайшие диаметры провода из ряда стандартных размеров, выпускаемых промышленностью, — 0,64 и 2 мм, типа ПЭВ или ПЭЛ.

Число витков в обмотках трансформатора:

виток

витка.

Выходной трансформатор — почти просто, но не дешево

Введение

Вокруг выходных трансформаторов для ламповых усилителей в последние годы создан некий ореол мистики и таинственности, знания, доступного лишь избранным. Отчасти так и есть, однако… Методики инженерного расчета трансформаторов были разработаны более полувека назад и за эти годы претерпели несущественные изменения лишь в части использования новых магнитных материалов более высокого качества [1]. Основные же принципы и расчетные соотношения остались прежними. Законы физики не изменяются за полста лет…

Расчёт параметров выходного трансформатора

Исходные данные для расчета трансформатора определяются в процессе расчета оконечного каскада усилителя. Ими являются — выходная мощность, приведенное сопротивление нагрузки в цепи анода, индуктивность первичной обмотки и индуктивность рассеяния трансформатора [2].

Определение необходимых размеров магнитопровода

Первоначально надо определить требуемый габарит магнитопровода. Пригодность имеющегося железа можно ориентировочно оценить по условию:

где Vc — активный объем стали;

L1 — расчетная индуктивность первичной обмотки, Гн;

UA — амплитуда напряжения на зажимах первичной обмотки, В;

FH — нижняя граничная частота, Гц;

Bmax — максимальная амплитуда магнитной индукции, Гс.

S — площадь сечения магнитопровода, см2;

lC — средняя длина магнитной силовой линии, см.

Для броневого магнитопровода средняя длина магнитной силовой линии рассчитывается, как:

А для стержневого:

где обозначения соответствуют принятым на Рис. 1.

Рис. 1 Основные размеры магнитопроводов

При оценке габаритов магнитопровода величину Вmax следует ориентировочно принять равной 7000 — 8000 Гс для пластинчатых и 10000 Гc для витых разрезных наборов железа.

Экспериментальное определени индукции трансформатора

Для дальнейших расчетов максимальное значение индукции Вmax желательно определить экспериментально на выбранном железе. С этой целью на каркас трансформатора наматывается пробная обмотка в 100 витков и включается в схему по Рис. 2. Магнитопровод при этом должен быть собран без зазора. Плавно увеличивая напряжение на обмотке с помощью ЛАТРа, наблюдают форму тока через нее. В момент появления заметных на глаз искажений формы синусоиды фиксируют напряжение на обмотке (показания прибора V1).

Рис. 2 Схема для измерения максимальной индукции в магнитопроводе

Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

где U1 — показания прибора, В;

S — площадь сечения магнитопровода, см2 (чистого железа).

Определение коэффициента трансформации

Расчет конструктивных данных начинают с определения коэффициента трансформации, который, при заданной величине сопротивления нагрузки усилителя, обеспечит расчетную величину анодной нагрузки выходной лампы.

где n — коэффициент трансформации;

N1 — число витков первичной обмотки;

N2 — число витков вторичной обмотки;

RA — расчетная величина сопротивления анодной нагрузки лампы, Ом;

RH — сопротивление нагрузки усилителя, Ом;

К — КПД трансформатора.

Величина КПД однотактных трансформаторов на мощности 5 — 30 Вт обычно лежит в пределах 0,8 — 0,9. За значение сопротивления нагрузки усилителя желательно принять величину, равную:

где Rном — номинальное сопротивление акустической системы;

Rmin — минимальное сопротивление акустической системы в рабочем диапазоне частот.

Такая величина является компромиссной с точки зрения обеспечения как расчетного сопротивления анодной нагрузки лампы в номинальных условиях с одной стороны, так и коэффициента демпфирования с другой.

Расчёт числа витков первичной обмотки

Число витков первичной обмотки вычисляется из условия непревышения максимально допустимого значения индукции в магнитопроводе:

где U1M — максимальная амплитуда напряжения на зажимах первичной обмотки, В;

ВМП — максимально допустимая амплитуда переменной составляющей индукции, Гс.

где ВM — изморенное ранее значение максимальной индукции, Гс.

Опыт расчета и изготовления значительного количества разнообразных трансформаторов (как выходных, так и межкаскадных) позволяет сделать вывод, что значение ВМП не должно превышать 3500 — 4000 Гс для пластинчатых магнитопроводов (шихтованных) и 5000 Гс для витых разрезных (ленточных). Следует отметить, что витые сердечники, несмотря на более высокие качественные параметры в силовых трансформаторах, несколько уступают пластинчатым для применения в выходных. Искажения сигнала, вносимые трансформатором из-за нелинейности характеристики В/Н при использовании витых магнитопроводов проявляются при меньших значениях индукции, хотя, после появления, нарастают медленнее.

Это явление объясняется тем, что магнитный поток концентрируется во внутренних витках магнитопровода, где длина силовой линии короче. В результате сердечник постепенно насыщается, начиная от внутренних слоев и заканчивая внешними. Внутренние слои оказываются насыщенными гораздо раньше внешних, что проявляется в виде небольшого искривления характеристики намагничивания железа даже при средней индукции 4000 — 6000 Гс. Более высокое качество железа витых сердечников несколько смягчает этот эффект, но полностью устранить не может.

Количество витков первичной обмотки можно определить и по другой формуле, исходя из условия обеспечения расчетной индуктивности:

где L1 требуемая индуктивность обмотки, Гн;

m — магнитная проницаемость материала сердечника при заданных ампер-витках постоянного подмагничивания.

Однако, практика показывает, что расчет по формуле (10) приводит к заниженному числу витков по сравнению с (8), а это недопустимо из-за резкого роста искажений на низких частотах вследствие насыщения магнитопровода.

Только при высокой нижней граничной частоте (более 100 — 150 Гц) формула (10) дает большее значение числа витков. Кроме того, она неудобна тем, что в расчет входит величина m , зависящая от ампер-витков постоянного подмагничивания, определить которую до экспериментального изготовления трансформатора можно лишь приблизительно по графикам соответствующих зависимостей [1], [3], [4].

Расчёт числа витков вторичной обмотки

Число витков вторичной обмотки рассчитывается как:

Расчёт диаметра провода

Диаметр провода (чистой меди) первичной обмотки:



Формула (13a) справедлива для расчета средней длины витка на броневом сердечнике (Рис. 1а), а формула (13b) — на стрежневом (Рис. Ч в), величина dk (см) — толщина материала каркаса.

Диаметр провода вторичной обмотки:

Если вторичная обмотка состоит из нескольких параллельно соединенных секций, то диаметр провода секции рассчитывают как:

Размещение обмоток трансформатора

После расчета обмотки необходимо проверить их размещение в окне магнитопровода. Наилучшим считается такое размещение, когда и первичная и вторичная обмотки укладываются в целое число слоев и полностью заполняют окно магнитопровода. Для достижения такого результата допустимо варьировать число витков и диаметр провода обмоток в небольших пределах (до _* 10%).

Заполнение окна магнитопроводаможно проверить по формулам:

где A1 , А2, Aиз — толщины первичной обмотки , вторичной обмотки и межобмоточной изоляции;

р1, р2 — число слоев первичной и вторичной обмоток;

d`1, d`2 -диаметры проводов с изоляцией первичной и вторичной обмоток;

dиз — толщина межслойной изоляции.

Индуктивность рассеяния трансформатора достаточной точностью определяется по формуле;

где l0 — средняя длина витка, см;

h’ — высота намотки слоя, см;

к — количество секций.

Для получения расчетной величины индуктивности рассеяния, обмотки трансформатора в большинстве случаев необходимо секционировать. Наиболее просто и эффективно выполнить послойное

Рис. 3 Пример размещения обмоток в окне магнитопровода (цилиндрическое секционирование)

(цилиндрическое) секционирование, когда обмотки наматываются на каркас частями, а в конце соединяются последовательно или параллельно. Чаще всего применяют последовательное включение секций первичной обмотки и параллельное — вторичной. Суммарное число секций первичной и вторичной k должно быть таким, чтобы индуктивность рассеяния LS, вычисленная по (17), не превышала найденную при электрическом расчете оконечного каскада. Один из вариантов размещения секций на каркасе приведен на Рис. 3. Необходимо помнить, что общее число секций первичной и вторичной обмотки должно быть нечетным, а крайние секции (т.е. непосредственно лежащая на каркасе и внешняя) должны принадлежать одной обмотке и иметь половинное число витков по отношению к внутренним секциям той же обмотки. Только в этом случае выполняется условие компенсации полей рассеяния соседних секций и индуктивность рассеяния будет соответствовать расчетной.

Если обмотка распределена на двух катушках (стержневые трансформаторы), то секции ее должны чередоваться от одной катушки к другой.

Это условие относится и к двухтактным трансформаторам, где обмотки каждого плеча обязательно должны иметь одинаковое число секций на одном и на другом стержнях магнитопровода.

Определение величины немагнитного зазора

Неотъемлемой конструктивной особенностью трансформатора выходного однотактного каскада является немагнитный зазор между частями магнитопровода. При его отсутствии постоянная составляющая анодного тока выходной лампы, протекающая через первичную обмотку, вызывает насыщение железа и, как следствие, происходит катастрофическое падение магнитной проницаемости и возрастание искажений, вносимых трансформатором. Зазор не позволяет магнитопроводу войти в насыщение от постоянного подмагничивания (поскольку он эквивалентен многократному увеличению длины магнитной силовой линии для постоянной составляющей магнитного потока) и, в то же время, не влечет за собой драматического снижения величины m . Оптимальным является такой немагнитный зазор, при котором индукция, соответствующая постоянной составляющей магнитного потока, находилась бы примерно на середине линейной части характеристики намагничивания. Для наиболее распространенных типов электротехнической стали величина зазора может быть ориентировочно определена по формуле:

I0 — ток постоянного подмагничивания, А;

lC — длина силовой линии, см.

Более точно величину зазора подгоняют экспериментально при номинальном токе подмагничивания, исходя из условий получения наибольшей выходной мощности на нижней граничной частоте и минимальных искажении при половине номинальной выходной мощности на той же частоте сигнала.

Поскольку теоретический расчет оптимального зазора достаточно сложен и требует значительного количества экспериментальных данных о качестве применяемого железа, то представляется более целесообразным использовать практический подбор зазора в готовом трансформаторе.

Паразитные ёмкости и методы борьбы с ними

В заключение следует обратить внимание на такие неприятные и неизбежные явления, как межобмоточная и распределенная емкости трансформатора. Совместно с индуктивностями обмоток (или их частями) и индуктивностями рассеяния, они образуют паразитные колебательные контуры, резонирующие в области верхних звуковых и ультразвуковых частот. Эти резонансы искажают частотную и фазовую характеристики трансформатора (набег фазы из-за распределенной емкости плохо сконструированного трансформатора на высших частотах может достигать 400° — 7000° и, кроме того, быть немонотонным). Радикального средства борьбы с этими явлениями нет, но уменьшить их можно следующими способами:

  1. Равномерной плотной укладкой (виток к витку) обмоток трансформатора.
  2. Использованием межслойной изоляции внутри секций каждой обмотки (бумага 0,05 — 0,1 мм).
  3. Увеличение толщины межобмоточной изоляции (что несколько уменьшает коэффициент заполнения окна, зато существенно снижает междуобмоточную емкость).
  4. Использование магнитопровода расчетного размера. (Увеличение габаритов трансформатора против необходимого введет к росту указанных емкостей, а увеличение длины витка — к росту Ls).
  5. Укладка расчетного числа секций (непомерное увлечение секционированием резко увеличивает междуобмоточную емкость).

Пропитка катушки трансформатора различными компаундами имеет как достоинства, так и недостатки. К первым относится увеличение механической прочности и снижение резонансов конструкции. Ко вторым — увеличение паразитных емкостей и снижение частот паразитных электрических резонансов вплоть до звукового диапазона. Решение о пропитке трансформатора должно приниматься только после тщательного анализа всех «за» и «против».

Заключение

И, наконец, хотелось бы напомнить, что выходной трансформатор — это клубок компромиссов. Не следует гнаться за идеальными параметрами и огромной массой: в 99% случаев улучшение одного параметра ведет к ухудшению нескольких других. Излишнее количество секций увеличивает межобмоточную емкость; излишнее число витков — индуктивность рассеяния и активное сопротивление. Таких примеров множество. При расчете задавайтесь разумными исходными параметрами и не делайте из трансформатора противовес для башенного крана. Не требуйте от трансформатора невозможного, но разумно используйте то, что он может предоставить.

Литература

  1. Цыкни Г.С. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1955.
  2. Андронников Д.В. «Три электрода в один такт». «Вестник А.Р.А.» No. 3, 1998 г.
  3. Войшвилло Г.В. Усилители низкой частоты на электронных лампах. Изд. 2.
  4. Белопольский И.И. Электропитание радиоаппаратуры. М., Энергия, 1965.
  5. Лукачер. Расчет выходных трансформаторов, ж. Радиофронт No. 22 1935.

Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов

В 1931 г. на Московском электрозаводе был построен первый советский трансформатор на ПО кв, а в 1933 г.

— на 220 кв. В 1955 г. на ЗТЗ был построен однофазный трансформатор мощностью 90 Мва и в 1956 г.—

мощностью 123,5 Мва на напряжение 400 кв, предназначенные для линии электропередачи Куйбышевская

ГЭС им. Ленина — Москва, в 1959 г.— мощностью 135 Мва на 500 кв и трехфазный трансформатор

мощностью 240 Мва на 220 кв, в 1967 г. — трехфазный трансформатор мощностью 630 Мва на 220 кв и

однофазный автотрансформатор мощностью 417 Мва на 750 кв для опытной линии электропередачи

Конаково — Москва, в 1968 г.— однофазный трансформатор мощностью 417 Мва на 500 кв и в 1969 г.—

трехфазный трансформатор мощностью 400 Мва на 500 кв. Кроме того, в 1967 г. для Асуанской ГЭС

поставлены однофазные трансформаторы мощностью 167 Мва на 500 кв и трехфазные трансформаторы

мощностью 206 Мва на 500 кв в экспортном тропическом исполнении.

Силовые трансформаторы большой мощности, а в ряде случаев и средних мощностей должны иметь

возможность регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Это является необходимым, чтобы не

прерывать подачу электроэнергии при переключении ступеней напряжения. Трансформаторы для этой цели

имеют встроенную специальную аппаратуру.

Развитие высоковольтных сетей вызвало необходимость защиты трансформаторов от атмосферных и

коммутационных перенапряжений. В связи с этим была разработана конструкция емкостной защиты,

которой снабжаются все выпускаемые трансформаторы от ПО кв и выше, называемые благодаря такой

защите грозоупорными.

Кроме силовых трансформаторов, изготовляется целый ряд трансформаторов специального назначения:

электропечные, тяговые, для питания ртутных выпрямителей, измерительные, испытательные и др.

В связи с увеличивающимся с каждым годом выпуском трансформаторов входят в строй новые

трансформаторные заводы.

Одновременно с постройкой трансформаторных заводов построены новые или расширено производство

существующих заводов, поставляющих полуфабрикаты, как-то: легированную электротехническую сталь,

обмоточные провода, электроизоляционный картон, фарфоровые вводы, трансформаторное масло и др.

§ 3. ОСНОВНАЯ РОЛЬ ТРАНСФОРМАТОРА В РАСПРЕДЕЛЕНИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов

производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного

тока частотой 50 гц (в США — 60 гц).

Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения

6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721—62). Для передачи электроэнергии на большие

расстояния это напряжение необходимо повышать до ПО, 220, 330 или 500 кв в зависимости от расстояния и

передаваемой мощности.

__________________

• Г — дольная единица, равная 10°.

Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кв (в городах и

промышленных объектах) или до 35 кв (в сельских местностях и при большой протяженности

распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей

должно быть понижено до 380, 220 или 127 в. В некоторых случаях, например, для освещения котельных

или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни

величины — 12, 24 или 36 в.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы.

Примерная схема передачи и распределения электрической энергии изображена на рис. В. 1.

Шихтованные магнитопроводы для трансформатора в Санкт-Петербурге

Шихтованный магнитопровод

При производстве трансформаторов и дросселей магнитопровод является основой для установки и крепления обмотки, отводов и других деталей активной части. Кроме того, магнитопровод является одной из частей технических схем электронной и радио-аппаратуры. Тип магнитопровода определяется в зависимости от конструктивных особенностей  трансформатора. А качество его изготовления напрямую зависит от класса точности оборудования, профессионализма и опыта исполнителя – нарушение технологий сборки приводит к увеличению потерь на холостом ходу и снижению магнитной индукции. Именно поэтому при выборе поставщика услуг для выполнения необходимого заказа важно выбрать надежного партнера, имеющего квалифицированный персонал, многолетний опыт успешной реализации проектов и современное высокотехнологичное производство.

Шихтованный магнитопровод изготавливается (собирается) из плоских стальных пластин, формы и размеры которых зависят от технических требований заказчика к трансформатору. В случае необходимости специалисты производственного предприятия «Прибой» помогут не только изготовить, но и разработать шихтованный магнитопровод трансформатора. Наша задача – найти оптимальное решение, которое по всем параметрам удовлетворит требования заказчика и позволит произвести качественный расчет магнитопроводов с их последующим производством. Мы гарантируем:

  • высокое качество услуг
  • индивидуальный подход
  • соответствие продукции ГОСТам и международным стандартам
  • при необходимости – глубокий анализ конструкции с рекомендациями по улучшению технических характеристик изделия

Шихтованный магнитопровод трансформатора: изготовление на современном высокотехнологичном предприятии «Прибой»

На производственном предприятии «Прибой» выполняется производство магнитопроводов со стабильными характеристиками в широком диапазоне температур, достаточной магнитной проницаемостью, устойчивостью к механическим воздействиям и минимальными потерями на рассеивание.  Применение шихтованных магнитопроводов позволяет создавать трансформаторы и дроссели большой мощности (соответственно больших габаритов), что затруднительно при изготовлении витых магнитопроводов.

Все изделия изготавливаются на современном оборудовании из высококачественных материалов, проходят контроль качества и строго соответствуют чертежам. На предприятии вы можете заказать как полностью готовую магнитную цепь трансформатора, так и отдельные ее части для последующей сборки комплектов.

Для получения подробной информации, пожалуйста, обращайтесь по телефону +7 (812) 328-44-20 или заполните форму обратной записи на нашем сайте.

Расчеты магнитной цепи | Поток утечки | Окантовка

Расчеты магнитной цепи:

Обычно расчеты магнитной цепи включают два типа задач. В задачах первого типа требуется определить возбуждение (mmf), необходимое для установления желаемого потока или плотности потока в данной точке магнитной цепи. Это обычный случай при проектировании электромеханических устройств и прямая проблема.

Во второй категории поток (или плотность потока) неизвестен и должен быть определен для a.заданной геометрии магнитопровода и заданной МДС. Такого рода задача возникает в магнитных усилителях, где этот результирующий поток требуется определять за счет заданного возбуждения на одной или нескольких обмотках управления. Немного подумав, вы обнаружите, что прямого аналитического решения этой проблемы не существует из-за нелинейной характеристики B-H магнитного материала. Для решения этой задачи необходимо использовать графические/численные методы.

Флюс утечки:

Во всех практических расчетах магнитной цепи большая часть потока ограничивается предполагаемым путем с помощью магнитных сердечников, но небольшое количество потока всегда просачивается через окружающий воздух.Этот поток рассеяния, как уже говорилось, называется потоком рассеяния . Утечка характерна для всех магнитных цепей и никогда не может быть полностью устранена. Расчеты, касающиеся основной магнитной цепи. Расчеты обычно выполняются с учетом влияния потока рассеяния либо без учета, либо с эмпирическим учетом. Для машин и трансформаторов переменного тока необходимо провести специальные исследования утечки, так как она влияет на их работу.

Окантовка:

В воздушном зазоре в магнитном сердечнике поток расходится по соседним воздушным путям, как показано на рис.2.5. Это сопротивление, сравнимое с разрывом. Результатом является неравномерная плотность потока в воздушном зазоре (уменьшающаяся наружу), увеличение эффективной площади воздушного зазора и уменьшение средней плотности потока в зазоре. Эффект интерференции также нарушает картину потока ядра на некоторой глубине вблизи щели. Эффект окантовки увеличивается с увеличением длины воздушного зазора. Поправки на окантовку в коротких зазорах (используемых в машинах) вносятся эмпирически путем добавления одной длины зазора к каждому из двух

измерений, составляющих его площадь.Для примера сердечника с ранее представленным воздушным зазором сопротивление зазора теперь будет равно

.

, что будет меньше предыдущего значения, так как A g > A.

Теоретически можно показать, что магнитный поток покидает и входит в поверхность бесконечно проницаемого материала нормально. Это будет почти так в ферромагнитных материалах, которые имеют высокую магнитную проницаемость. В электрических машинах можно пренебречь небольшим количеством тангенциальной составляющей потока, присутствующей на железных поверхностях.

Коэффициент стекирования:

Магнитопроводы состоят из тонких, слегка изолированных (покрытие лаком) пластин для уменьшения потерь мощности в сердечниках из-за явления вихревых токов. В результате чистая площадь поперечного сечения сердечника, занятая магнитным материалом, меньше, чем его полное поперечное сечение; их отношение (меньше единицы) известно как коэффициент суммирования. В зависимости от толщины ламинатов коэффициент укладки может варьироваться от 0,5 до 0,95, приближаясь к единице по мере увеличения толщины ламинатов.

%PDF-1.4 % 81 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 81 95 0000000016 00000 н 0000002780 00000 н 0000002874 00000 н 0000002916 00000 н 0000003110 00000 н 0000003630 00000 н 0000003771 00000 н 0000004488 00000 н 0000005227 00000 н 0000005871 00000 н 0000006290 00000 н 0000006427 00000 н 0000006924 00000 н 0000007063 00000 н 0000007165 00000 н 0000007426 00000 н 0000007675 00000 н 0000007956 00000 н 0000008222 00000 н 0000008491 00000 н 0000008747 00000 н 0000009092 00000 н 0000011069 00000 н 0000011213 00000 н 0000011346 00000 н 0000011658 00000 н 0000013358 00000 н 0000013754 00000 н 0000014037 00000 н 0000015969 00000 н 0000017937 00000 н 0000018071 00000 н 0000018439 00000 н 0000020269 00000 н 0000021414 00000 н 0000022755 00000 н 0000023974 00000 н 0000030231 00000 н 0000030478 00000 н 0000030801 00000 н 0000030903 00000 н 0000064387 00000 н 0000076475 00000 н 0000076571 00000 н 0000088468 00000 н 0000088752 00000 н 0000088969 00000 н 0000089233 00000 н 0000089464 00000 н 0000111861 00000 н 0000134980 00000 н 0000152297 00000 н 0000152410 00000 н 0000177634 00000 н 0000177911 00000 н 0000178197 00000 н 0000178272 00000 н 0000196447 00000 н 0000208273 00000 н 0000208363 00000 н 0000219955 00000 н 0000220225 00000 н 0000220437 00000 н 0000220722 00000 н 0000220822 00000 н 0000231794 00000 н 0000232076 00000 н 0000232302 00000 н 0000232597 00000 н 0000232660 00000 н 0000232709 00000 н 0000232937 00000 н 0000233063 00000 н 0000233324 00000 н 0000233619 00000 н 0000233882 00000 н 0000234260 00000 н 0000234651 00000 н 0000235036 00000 н 0000235472 00000 н 0000235834 00000 н 0000236186 00000 н 0000236539 00000 н 0000236927 00000 н 0000237323 00000 н 0000237588 00000 н 0000237783 00000 н 0000238146 00000 н 0000238507 00000 н 0000238860 00000 н 0000239270 00000 н 0000239660 00000 н 0000239945 00000 н 0000240241 00000 н 0000002196 00000 н трейлер ]/предыдущая 721834>> startxref 0 %%EOF 175 0 объект >поток hb«`f` S ̀

Магнитная цепь трансформатора


Магнитная цепь или сердечник трансформатора предназначены для обеспечения пути для магнитного поля, необходимого для индукции напряжений между обмотками.Для этой цели используется путь низкого магнитного сопротивления (т. е. сопротивления магнитным силовым линиям), состоящий из тонких слоев кремния и листовой стали. В дополнение к обеспечению пути с низким магнитным сопротивлением для магнитного поля сердечник предназначен для предотвращения циркуляции электрических токов внутри самой стали. Циркуляционные токи, называемые вихревыми токами, вызывают нагрев и потерю энергии. Они обусловлены напряжениями, наведенными в стали сердечника, на который постоянно воздействуют переменные магнитные поля.Сталь сама по себе является проводником, и изменяющиеся линии магнитного потока также индуцируют в этом проводнике напряжение и ток. Благодаря использованию очень тонких стальных листов с изоляционным материалом между листами вихревые токи (потери) значительно уменьшаются. Два общих расположения магнитного пути и обмоток показаны на , рис. 1 и , рис. 2 . В трансформаторе с сердечником (форма сердечника) обмотки окружают сердечник.
Секция первичной и вторичной обмоток наматывается на каждую ветвь сердечника, обмотка низкого напряжения наматывается рядом с сердечником, а обмотка высокого напряжения наматывается поверх низкого напряжения.
Рисунок 1: Магнитные цепи

 


Рисунок 2: Трансформаторные блоки с трехфазным сердечником и трехфазным корпусным трансформатором

В оболочковом трансформаторе стальная магнитная цепь (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки. В сердечнике обмотки находятся снаружи; в виде оболочки обмотки находятся внутри. В силовых трансформаторах электрические обмотки расположены так, что практически все магнитные силовые линии проходят как через первичную, так и через вторичную обмотки.Небольшой процент магнитных силовых линий выходит за пределы сердечника, и это называется потоком рассеяния. Трансформаторы большего размера, такие как трансформаторы Reclamation GSU, почти всегда являются корпусными.
Обратите внимание, что в трансформаторах корпусной формы (см. Рисунок 2 ) магнитный поток, внешний по отношению к катушкам как с левой, так и с правой стороны, имеет полные магнитные пути для потока рассеяния и нулевой последовательности, возвращающихся к катушкам. В форме ядра из рисунка легко видно, что как на левом, так и на правом экстремумах нет обратных путей.Это означает, что флюс должен использовать внешние стенки резервуара и изолирующую среду для обратных путей. Это увеличивает потери в сердечнике и снижает общий КПД и показывает, почему большинство крупных трансформаторов имеют корпусную форму.

Потери в сердечнике


Поскольку магнитные силовые линии в трансформаторе постоянно меняются по величине и направлению, выделяется тепло из-за гистерезиса магнитного материала (трения молекул). Это тепло должно быть удалено. Следовательно, это представляет потери энергии трансформатора.Высокие температуры в трансформаторе резко сокращают срок службы изоляционных материалов, используемых в обмотках и конструкциях. При повышении температуры на каждые 8 ​​градусов Цельсия (°C) срок службы трансформатора сокращается вдвое. Поэтому обслуживание систем охлаждения имеет решающее значение. Потери энергии, проявляющиеся в виде тепла из-за гистерезиса и вихревых токов на магнитном пути, известны как потери в сердечнике.2).

Расчет магнитных цепей без воздушных зазоров

Магнитные цепи изготавливаются различных форм. В оборудовании переменного тока и в устройствах, в которых требуется быстрое срабатывание, магнитопровод обычно состоит из пластин, покрытых поверхностями для обеспечения межслоевого сопротивления. Если бы магнитная структура в а—с-магнетиках была сплошной, то в железе индуцировались бы большие неприятные токи, приводящие к чрезмерным потерям и нагреву.В таких магнитах постоянного тока, где требуется быстрая реакция, токи, индуцируемые в магнитных сердечниках, в соответствии с законом Ленца противодействовали бы изменениям магнитного потока и, таким образом, замедляли бы его нарастание. Несколько типичных форм пластин, используемых в двигателях, генераторах, реле и трансформаторах, показаны на рис. 3-14. Некоторые из этих форм несколько сложны, а связанные с ними магнитные расчеты далеко не просты, поскольку плотность потока неоднородна по всей структуре. Таким образом, некоторые части структуры могут быть сильно насыщены, в то время как другие имеют лишь умеренную плотность потока.Кроме того, наблюдается окантовка потока по бокам воздушных зазоров, а также утечка потока через воздушные зазоры. На рис. 3-15 показаны небольшие магнитные сердечники, изготовленные компанией Arnold Engineering. Несколько тысяч самых маленьких из них могут использоваться в одном компьютере или машине для обработки данных. Такие сердечники также применимы для высокочастотных магнитных усилителей, где необходим высокий коэффициент усиления.

Пример 3-1 :

Рассмотрим простое ядро, показанное на рис.3-16, состоящий из U.S.S. Трансформатор 72, 29 (0,0140″) Калибровочная сталь. Определите ток, необходимый для создания магнитного потока в 25 000 максвеллов (линий) в сердечнике.

 

Решение :

Рисунок 3-15. Сбор магнитных сердечников. (Предоставлено компанией Arnold Engineering Co.)
Рисунок 3-16.Многослойный электромагнит

Из рис. 3-12

H = 124 ампер-витка на дюйм, напряженность магнитного поля
F = NI = HI = 124 x 9,0 = 1116 ампер-витков, ммс

Форма сердечника, показанная на рис. 3-17, соответствует форме трансформатора с сердечником. Он также используется в некоторых типах реакторов или дросселей. в

Рисунок 3-17.Трехветвевой сердечник и обмотка

трансформатор оболочкового типа, а в некоторых реакторах форма сердечника такая, как показано на рис. 3-17. Реакторы применяются в цепях как токоограничивающие устройства и для сглаживания пульсаций постоянного тока.

Пример 3-2 : На рис. 3-17 показано трехветвевое ядро, состоящее из U.S.S. Трансформатор 72, 29 калибровочная сталь. Обмотка имеет 100 витков и пропускает ток 0,64 ампера. Определите поток в центральном плече и в каждом внешнем плече.Примите коэффициент укладки 0,95 для ядра.

 

Решение : Средняя длина пути магнитного потока, как показано пунктирными линиями на рис. 3-17, составляет 16 дюймов, а намагничивающая сила или напряженность магнитного поля составляет

Из рис. 3-12 плотность потока, соответствующая намагничивающей силе 4,0 ампер-витка на дюйм, составляет 60 000 линий на кв. дюйм. Следовательно, B = 60 000 Общая площадь центральной ветви сердечника = 1.5 х 2 = 3,00 кв. дюйма.

Тогда, если коэффициент суммирования равен 0,95

Чистая площадь центральной ножки сердечника = 3,00 x 0,95 = 2,85 кв. Дюйма. Поскольку внешние ножки в два раза шире центральной ножки.

Чистая площадь каждой внешней ноги = 1,50 x 0,95 = 1,425 кв. дюйма.

Поток в центральной части = BA

= 60 000 x 2,85 = 171 000 строк

Поток в каждой внешней ветви = 60 000 x 1.425 = 85 500 строк

Причина насыщения сердечника трансформатора

Что такое насыщение сердечника трансформатора?

Прежде чем узнать о насыщении сердечника трансформатора, вы должны знать о сопротивлении, магнитном потоке, плотности потока и МДС (ампер-виток). Просто мы можем сравнить с аналоговой электрической величиной. В электрической цепи сопротивление, ток и напряжение (ЭДС). Одни и те же величины в магнитных цепях находятся в том же порядке магнитного сопротивления, магнитного потока и ампер-витка (ммс).Давайте посмотрим

Сопротивление => противостоять протеканию электрического тока

Сопротивление => сопротивление потоку магнитного потока

Ток => поток электронов

Магнитный поток => электрическая энергия переходит в магнитное поле. Сила поля называется магнитным потоком.

ЭДС => электродвижущая сила обычно напряжение

MMF => Движущая сила магнето. Обычно ампер получается

Простое понимание магнитного насыщения:

я.e в аналоговой цепи медный или алюминиевый проводник несет ток, он имеет собственное внутреннее сопротивление… это сопротивление противодействует протеканию тока и приводит к потерям в линии и нагреванию кабеля. Далее Если вы увеличите протекание тока в том же проводнике, проводник может быть поврежден. Тот же принцип используется в магнитных цепях. В магнитной цепи проводник как сердечник, сопротивление как магнитное сопротивление, ток как плотность потока. В нормальном состоянии мы прикладываем напряжение, создаваемый поток, поток проходит через сердечник и достигает вторичной или первичной обмотки и создает встречное индуцированное напряжение во вторичной или первичной обмотке.Здесь сопротивление ядра обычно меньше. Если приложенное напряжение превышает напряжение в точке перегиба, плотность потока увеличивается, но сердечник не позволяет потоку достичь вторичной или первичной обмотки. Это связано со свойствами ферромагнитных материалов. Вместо того, чтобы создавать противоЭДС на вторичной или первичной обмотке, сердечник нагревается. Это называется магнитным насыщением.

Кривая насыщения
[wp_ad_camp_1]
Для железного сердечника, если мы увеличим плотность потока более чем на 1.5 тесла, железный сердечник насыщается.

Сформулированное объяснение насыщения активной зоны:

Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или порошкового материала и т. д. Сердечник имеет собственное сопротивление (практически очень низкое). В обычном трансформаторе, когда мы подаем напряжение на вторичную обмотку, создается поток, и напряжение индуцируется в первичной обмотке. Здесь поток Φ равен

Здесь приложенное напряжение прямо пропорционально наведенному магнитному потоку. Теперь у вас может возникнуть сомнение, если мы увеличим напряжение во вторичной обмотке, увеличится ли поток? Нет, потому что трансформатор получает насыщение от повышения первичного напряжения.Увеличение первичного напряжения приводит к увеличению напряженности магнитного поля и магнитной индукции вплоть до «напряжения точки перегиба» на кривой намагничивания. За пределами «напряжения в точке перегиба», если мы увеличиваем приложенное напряжение, то плотность потока также увеличивается, но магнитная индукция остается почти такой же, как и до увеличения напряжения (достигает установившегося состояния), или увеличивается немного (намного меньше, чем в линейной области). ). Пожалуйста, обратитесь к кривой насыщения между плотностью потока и напряжением. Эта область кривой намагничивания называется областью насыщения.Зона насыщения является очень опасной зоной для работы трансформатора, так как в этой зоне повышается температура ферромагнитного сердечника и это может повредить сердечник.

Определение магнитного насыщения

Единица измерения, за пределами которой плотность магнитного потока в магнитной области не увеличивается резко с увеличением ммс.

Из уравнения 1 сердечник трансформатора может насыщаться высоким напряжением с низкой частотой или высоким напряжением или низкой частотой. Для защиты трансформатора от насыщения сердечника используется реле перенасыщения или перенапряжения (ANSI 24).Обычно реле настроено на соотношение V/f. Нормальное значение отношения v/f трансформатора 110 кВ составляет 2,2 (110/50), здесь 110 вольт является потенциальным выходом трансформатора, значение аварийного сигнала равно 2,35, а значение отключения равно 2,5. Генераторы или трансформаторы также рассчитаны на способность выдерживать условия перенапряжения, а именно 110% — непрерывный режим; 125% — на 60 секунд; 140% — на 5 секунд.
[wp_ad_camp_1]
Другой причиной насыщения сердечника является наличие постоянной составляющей в напряжении возбуждения трансформатора.Компоненты постоянного тока могут возникать из-за высокого напряжения естественной точки. Естественное напряжение может увеличиваться из-за взаимодействия солнечных вспышек, магнитов земли и плохого качества естественного заземления. У железнодорожных трансформаторов иногда возникают проблемы с этим, поскольку они устанавливаются рядом с железными дорогами, которые, если они не заземлены должным образом, могут вызвать повышенное напряжение нейтрали.

Ключевая точка для насыщения сердечника трансформатора:

  • Сердечник может перейти в режим насыщения при увеличении приложенного напряжения или снижении входной частоты или изменении обоих соотношений
  • Постоянная составляющая в напряжении возбуждения.

См. также:

Hambley Ch25 Магнитные цепи и трансформаторы — Магнитные цепи и трансформаторы Изучение этого

Магнитные

Цепи

и

Трансформаторы

Изучение

из

Эта глава позволит вам

взаимодействия

с движущимися зарядами.

• Используйте правило правой руки для определения направления

из

магнитного поля вокруг проводника с током

или

катушки.

• Рассчитайте силы

на движущиеся заряды

и проводники с током-

из-за магнитных полей.

• Рассчитайте напряжение, индуцированное в катушке изменяющимся

магнитным потоком

или

в проводнике, пересекающем

магнитное поле.

• Используйте закон Ленца для определения полярности

индуцированных напряжений.

Введение

в

эта глава:

При описании взаимодействия

материи мы часто

используем понятия поля.Например, массы

притягиваются гравитацией.

у нас

предусматривает гравитационные

полей, выпущенные массами и объяснение сил

на

Другие

МСЫ С точки зрения их взаимодействия с

726

• Нанесите концепции магнитно-схемы

до

Определите

магнитные поля в практических устройствах.

• Определить индуктивность и взаимную индуктивность

катушек, зная их физические параметры.

• Понимание гистерезиса, насыщения, потерь в сердечнике и

вихревых токов в

магнитных материалах, таких как железо.

• Понимать идеальные трансформаторы и решать схемы

, включающие трансформаторы.

• Используйте эквивалентные схемы

реальных трансформаторов, чтобы определить их

КПД по мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.