+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Пример выбора мощности силового трансформатора

Хочу привести реальный пример выбора мощности силового трансформатора в одном из недавно выпущенных мною проектов. Проект проходил экспертизу и получил замечание по выбору силового трансформатора, вернее нужно было обосновать мощность силового трансформатора.

По техническим условиям было разрешено 180 кВт по третьей категории электроснабжения. На данном этапе я делал лишь одну позицию (склад) с потребляемой мощностью 20 кВт, остальные позиции будут запроектированы позже.

Естественно выбор силового трансформатора я делал исходя из мощности 180 кВт.

Вы, наверное, помните, что у меня же есть статья:

Выбор силового трансформатора по расчетной мощности.

В этой статье я привел ссылки некоторых нормативных документов, поэтому повторяться не буду. Там же я привел и методические указания по выбору силового трансформатора.

На эту тему имеется еще одна статья:

Перегрузочная способность масляных силовых трансформаторов.

Так что обязательно ознакомьтесь, о чем я писал ранее.

В общем, суть такая, что если выбирать трансформатор по методическим указанием, то нам достаточно мощности силового трансформатора 160 кВА. Именно на это и ссылался эксперт. В проекте выбрана трансформаторная подстанция 250 кВА в металлическом корпусе. Самый дешевый вариант.

Я в свою очередь привел ссылку из ТКП 45-4.04-297-2014 п.11.20. Там сказано, что коэффициент загрузки однотрансформаторной подстанции должен быть 0,9-0,95. Там же написано, что выбор трансформатора должен производиться на основании технических характеристик трансформаторов от заводов-изготовителей.

Рассчитаем коэффициент загрузки трансформатора.

Кз=Sр/Sтр

– полная расчетная мощность, кВА;

Sтр – мощность силового трансформатора, кВА.

Sр=Р/cos=180/0,8=225кВА.

Коэффициент мощности я принял 0,8.

Кз(250)=225/250=0,9

Кз(160)=225/160=1,4

А теперь представим,  лето, температура воздуха 30 градусов.

Как вы думаете, металлическая оболочка будет сильно греться на солнце? В таких условия воздух вокруг трансформатора, на мой взгляд, будет тоже не менее 30 градусов, а скорее всего и больше, т.к. КТП будет под прямыми солнечными лучами. Утверждать не буду, это лишь мои догадки.

Следующая таблица показывает нормы максимально допустимых систематических нагрузок при температуре 30 градусов.

Нормы максимально допустимых систематических нагрузок

Проверим трансформатор 160 кВА. Sр=225 кВА – это не значит, что трансформатор постоянно будет загружен на такую мощность. На такую мощность он будет загружен лишь пару часов в день. В остальное время он будет загружен, скажем на 65 % от этой расчетной мощности.

225*0,65=146,25 кВА.

Тогда К1=146,25/160=0,91, примем значение К1=0,9 – начальная загрузка трансформатора.

Согласно приведенной таблице и при температуре окружающей среды 30 градусов, К1=0,9 трансформатор 160 кВА в нормальном режиме с Sр=225 кВА (Кз=К2=1,4)  сможет работать около…0 часов. В таких условиях максимальный коэффициент  загрузки трансформатора 1,27 в течение 0,5 часа.

Конечно, следует еще привести таблицу норм допустимых аварийных перегрузок.

Нормы допустимых аварийных перегрузок

По этой таблице наш трансформатор сможет работать чуть больше 2 часов.

Не смотря на то, что трансформатор способен выдерживать аварийные перегрузки, следует иметь ввиду, что в таких режимах трансформатор очень сильно изнашивается и срок эксплуатации его сокращается.

Разумеется, по графику нагрузки значительно проще выбрать мощность силового трансформатора. В наших условиях проектирования, я считаю всегда должен быть небольшой запас прочности оборудования (резерв мощности), поскольку энергосистема развивается, количество потребляемой электроэнергии увеличивается и все чаше в ТУ пишут одним из требований: проверка существующих трансформаторов, т.е. многие подстанции загружены до предела,  а для небольших предприятий это может оказаться проблемой.

Вывод: трансформатор 160 кВА не сможет нормально работать при наших условиях эксплуатации, поэтому в проекте выбран трансформатор 250 кВА.

Кстати, энергонадзор согласовал КТП без проблем.

Вы согласны со мной либо нужно тупо руководствоваться методическими указаниями?

Советую почитать:

Расчет мощности силовых трансформаторов

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.

Встраиваемая комплектная трансформаторная подстанция

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:

Критерий выбора

Определяемый параметр

Категория электроснабжения
Число трансформаторов
Перегрузочная способностьМощность трансформаторов
Шкала стандартных мощностей
График распределения нагрузок по времени суток и дням недели
Режимов работы их соображений экономии

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.

Киосковая подстанция

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.
Схема питания потребителей III категории

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

Категория электроснабженияВремя возможного перерыва питанияСхема питания
IНевозможноДва независимых источника с АВР и собственный генератор
IIНа время оперативного переключения питанияДва независимых источника
III1 суткиОдин 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.

Схема питания потребителей II категории

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.
Масляный трансформатор

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.

Трансформатор с воздушным охлаждением (сухой)

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
2540601001602504006301000

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:

Категория потребителейКоэффициент загрузки
I0,65-0,7
II0,7-0,8
II0,9-0,95

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:

Величина перегрузки, %30456075100
Длительность, мин12080452010

Для сухих трансформаторов:

Величина перегрузки, %2030405060
Длительность, мин604532185

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

Оцените качество статьи:

Как узнать мощность трансформатора?

Определение мощности силового трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

P=Uн * Iн

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

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

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

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

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

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

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

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см.) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см.). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см2. Далее нам понадобиться следующая формула.

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

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

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см2, которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

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

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

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

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Простой расчет силового трансформатора | hardware

На этой страничке приведен простой метод расчета параметров трансформатора для сетей питания промышленной частоты (для России это 220V 50 Гц). Это может понадобиться для радиолюбительского творчества, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если приведенный метод расчета и некоторые уравнения могли быть обобщены, здесь для упрощения вычислений принимались во внимание только классические сердечники трансформаторов с закрытым магнитным потоком, составленные из стальных пластин.

[Шаг 1. Определение размеров магнитопровода]

Когда разрабатывается трансформатор, первый шаг в разработке состоит в выборе подходящего сердечника, чтобы трансформатор мог передать необходимую мощность. Обычно чем больше мощность, тем больше должны быть размеры трансформатора. В действительности нет теоретических или физических ограничений на то, чтобы трансформатор меньшего размера мог передавать большую мощность. Но по практическим соображениям на сердечнике малого размера недостаточно места для размещения всех обмоток, поэтому можно выбрать только лишь сердечник не меньше определенного размера. Хороший базовый выбор может дать следующая эмпирическая формула (для рабочей частоты трансформатора 50 Гц):

P = η * S2 / 14000

Это выражение связывает (допустимую) мощность P трансформатора с площадью поверхности поперечного сечения S, с учетом эффективности сердечника η (греческая буква «eta»). При измерении поверхности поперечного сечения следует удалить 5%, чтобы учесть толщину лака на ферромагнитных пластинах, составляющих сердечник трансформатора. Площадь поперечного сечения S соответствует минимальному сечению магнитного потока в трансформаторе, и S можно определить по размерам участка магнитопровода, на котором расположены обмотки, как показано на рисунке ниже:

S=a*b

Рисунок выше показывает сердечник с двумя петлями магнитного потока, который применяется чаще всего из-за незначительного магнитного поля рассеивания, небольшого размера и технологичности в изготовлении трансформатора. Это так называемый Ш-образный сердечник. Две петли магнитного потока получаются потому, что обмотки в таком трансформаторе находятся в середине трансформатора, и их магнитное поле разветвляется на 2 половины справа и слева от обмотки. Если в Вашем трансформаторе одна петля магнитного потока (это трансформатор наподобие тороидального), то тогда не имеет значения, в каком месте сердечника определять площадь его поперечного сечения.

Эффективность η зависит от материала сердечника, и если Вы не знаете значение этого параметра, то следующая таблица даст грубую подсказку:

Таблица 1. Значение эффективности η и плотности магнитного потока φ для некоторых типов сердечника.

Материал сердечника η (коэффициент) φ (единицы Wb/m2)
Холоднокатаная текстурированная сталь, легированная кремнием (grain-oriented silicon steel), M5 0. 88 1.3
То же самое, толщина пластин 0.35 мм, M6 0.84 1.2
Обычная сталь, легированная кремнием, толщина пластин 0.5 мм, M7 0.82 1.1
Обычная кремниевая сталь (или сталь для повышенной прочности) 0.80 1.0
Мягкая низкоуглеродистая сталь (mild steel) 0.70 0.8

Чтобы упростить расчет трансформатора, ниже вставлен онлайн-калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтены 5% для уменьшения площади сечения сердечника из-за их лакового покрытия.

[Шаг 2. Определение плотности магнитного потока в сердечнике]

После того, как были определены размеры сердечника, нужно определить плотность магнитного потока φ (греческая буква «phi»). Она тоже зависит от типа материала сердечника, и если Вы не знаете этот параметр, то можно снова воспользоваться таблицей 1. Если предполагается, что трансформатор будет непрерывно работать долгое время, или условия его работы подразумевают плохой теплообмен (плохую вентиляцию), то следует немного снизить плотность магнитного потока (например на 10%). Это снизит потери и трансформатор будет меньше нагреваться, но повысятся затраты на железо сердечника и медь для обмоток, хотя учет подобных затрат может быть важен только для промышленного производства, но не для радиолюбительской практики. Противоположное решение (без снижения плотности магнитного потока) может быть принято если важны затраты на материалы трансформатора, и только если трансформатор не предназначен для работы длительное время на полной мощности.

Как только плотность магнитного потока была определена, по следующей формуле можно вычислить константу трансформатора γ, выражающую количество витков на 1 вольт:

γ = 106 * sqrt(2) / (2 * pi * f * φ * S)

Множитель 106 учитывает, что площадь поперечного сечения сердечника S выражена в мм2. Следует сделать еще несколько замечаний по этой формуле: например, низкие частоты требуют больше витков, и поэтому трансформаторы на 60 Гц обычно получаются меньшего размера, чем трансформаторы на 50 Гц. Таким образом, сниженная плотность магнитного потока (и сниженные потери в сердечнике) потребует больше витков, даже если это кажется парадоксальным. И конечно, чем больше размер сердечника, тем меньше требуется витков: если Вы когда-нибудь видели большие, мощные высоковольтные трансформаторы, используемые энергетическими компаниями для своих высоковольтных линий, то у них имеется всего лишь несколько сотен витков для преобразования многих киловольт, в то время как маленький трансформатор на 230V в Вашем маленьком будильнике содержит тысячи витков.

[Шаг 3. Вычисление числа витков]

Теперь мы знает константу трансформатора γ, и по ней можно очень просто вычислить количество витков N для каждой обмотки трансформатора в зависимости от напряжения обмотки U:

N = γ * U

Обратите внимание, что все напряжения и токи учитываются в СКЗ (эта аббревиатура соответствует английской RMS), в то время как плотность магнитного потока выражена в своем пиковом значении, чтобы избежать насыщения. Этот факт объясняет наличие корня из 2 в формуле вычисления константы трансформатора γ.

Для вторичной обмотки хорошей практикой будет увеличить количество витков примерно на 5%, что скомпенсирует потери энергии в трансформаторе.

Чтобы упростить все расчеты, можно использовать следующий онлайн-калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтена поправка 5% для количества витков вторичной обмотки.

Как уже отмечалось, количество витков в трансформаторе зависит от размеров сердечника и плотности магнитного потока в нем, но не от мощности трансформатора. Таким образом, если Ваш трансформатор требует больше одной вторичной обмотки, просто повторите описанное вычисление количества витков для каждой обмотки. Однако в этом случае может потребоваться выбор сердечника большего размера, чтобы на нем поместились все обмотки, или другими словами, следует выбирать размер сердечника по общей мощности, снимаемой со всех вторичных обмоток. Также используйте площадь сечения сердечника достаточно большую, чтобы трансформатор мог передавать требуемую мощность.

[Шаг 4. Как правильно выбрать провода для обмоток трансформатора]

На последнем шаге следует вычислить диаметр провода для каждой обмотки. Чтобы сделать это, для провода выбирается плотность тока c. Хорошим компромиссом будет выбор 2.5 A/мм2. Если выбрать значение c меньше, то для обмоток понадобится больше меди, но в трансформаторе будет меньше потерь: этот вариант подойдет для мощных трансформаторов. Выбор значения c больше приведет к меньшим затратам на провод и удешевит трансформатор, но он будет больше нагреваться, и это может быть допустимо только когда трансформатор используется недолго на своей полной мощности, или на полной мощности понадобится дополнительное охлаждение. Обычно выбирают значение в диапазоне 2..3 A/мм2. Как только была определена плотность тока в проводе, то диаметр провода может быть вычислен по следующей формуле:

d = 2 * sqrt( I / (pi * c) )

Или для c = 2.5 A/мм2:

d = 0. 72 * sqrt(I)

Чтобы упростить расчет диаметра провода, используйте следующий онлайн-калькулятор:

[Практика в изготовлении трансформатора]

Теперь, когда все вычисления завершены, начинаются сложности: поместятся ли вычисленные витки обмоток на выбранном сердечнике трансформатора? Ответ непростой, и зависит от множества факторов: сечения и вида провода, качества намотки (виток к витку или «внавал»), наличия и толщины изоляции между слоями обмотки и отдельными обмотками, и так далее. Другими словами, тут некоторый опыт окажется полезнее, чем множество уравнений.

Обычно сложно купить пустой сердечник трансформатора, и поэтому домашние проекты часто начинаются с перемотки старого трансформатора. Не все трансформаторы можно разобрать: некоторые сердечники проклеены смолой, которая слишком прочна, чтобы её удалить, не изгибая пластины сердечника. К счастью, многие трансформаторы можно разобрать, если снять с них верхний кожух, который скрепляет пластины. Кожух обычно снимается, если отогнуть или зашлифовать ушки крепления. Иногда сердечники имеют специальные не залитые краской винты, стягивающие сердечник, такой трансформатор разобрать проще всего. Каждая пластина сердечника должна быть аккуратно удалена, чтобы получить доступ к обмоткам трансформатора. Изогнутые или поцарапанные пластины сердечника следует выбросить, потому что они будут производить лишние потери и дополнительный шум в работе трансформатора.

Если получится, то можно использовать готовую первичную обмотку трансформатора, перемотав только вторичные обмотки. Это возможно, когда первичная обмотка намотана первой, и не закрывает собой вторичные обмотки трансформатора. В принятии решения, стоит ли перематывать или снимать конкретную обмотку, или она должна быть сохранена, полезно узнать количество витков этой обмотки, однако это невозможно, не разматывая её, если обмотка намотана в несколько слоев или «внавал». К счастью, есть трюк для определения количества витков обмоток: перед разборкой сердечника нужно намотать временную обмотку из малого количества витков изолированного провода (например, 10 витков), подключить трансформатор к сети, и измерить напряжение на полученной тестовой обмотке. По измеренному напряжению можно просто рассчитать количество витков на 1 вольт, и по нему достаточно точно вычислить количество витков каждой обмотки по её напряжению, без необходимости разматывать обмотки и считать их витки.

После того, как новые обмотки намотаны, время снова собрать трансформатор, поместив пластины сердечника на свое место. Бывает сложно без дополнительных усилий вернуть все пластины обратно на место, однако даже если одна или две пластины не будут вставлены, то все равно трансформатор будет нормально работать. Но по этой причине при выборе сердечника по площади поперечного сечения следует немного повысить требования к его размерам. Когда на трансформатор подано напряжение сети, важно, чтобы все пластины были при этом плотно сжаты или склеены друг с другом, иначе сердечник трансформатора будет вибрировать и издавать неприятный шум.

Многие трансформаторы имеют пластины сердечника в форме букв E и I (в России их называют Ш-образными сердечниками), наподобие таких, как показаны на картинке выше. Когда собираете трансформатор, такие пластины следует вставлять друг в друга с чередованием E-I на одном слое и I-E на следующем, и так далее. Это минимизирует воздушный зазор в магнитном потоке и повышает взаимосвязь обмоток.

Для обмоток всегда используйте эмалированный провод. Использовать провод в изоляции ПВХ (PVC, это обычные электрические провода) очень плохая идея, потому что слой изоляции у них слишком толстый, будет потеряно слишком много пространства под обмотки. Также ПВХ-изоляция очень плохо проводит тепло и может даже оплавиться, что приведет к замыканиям. Ваш трансформатор быстро перегреется и может выйти из строя.

Всегда размещайте слой изоляции между первичной и вторичной обмотками, чтобы снизить риск удара током при касании вторичных электрических цепей. Для изоляции используйте тонкие материалы, желательно негорючие, которые служат хорошим изолятором и проводником тепла. Часто для межвитковой изоляции используют лакоткань, слюду и пропитанную воском бумагу. Я использую ленту Каптона, и иногда обычную матерчатую изоленту.

Изоляция эмалированного провода хорошо выдерживает напряжение до 1000V (пиковое значение. Когда это возможно, обращайтесь к спецификации производителя. Если напряжение обмоток превышает это значение, то лучше поделить обмотку на несколько слоев, проложив изоляцию между ними.

[Общие выводы]

Самостоятельная намотка или перемотка трансформаторов требуется в специальных случаях ремонта, или когда требуется получить напряжения, которых нет в готовом трансформаторе. Но перед тем, как разбирать трансформатор, делать на нем новые обмотки и собирать его обратно, лучше всего провести некоторые расчеты, чтобы получить нужные результаты с первой попытки и не тратить лишнее время.

[Используемые символы]

Символ Описание Единица измерения
S Площадь поперечного сечения мм2
d Диаметр провода мм
f Рабочая частота трансформатора Гц
I СКЗ тока обмотки A
N Количество витков обмотки количество
P Передаваемая трансформатором мощность VA (Вт)
U СКЗ напряжения обмотки V
γ Количество витков на 1 вольт витков/V
η Эффективность сердечника коэффициент
φ Плотность магнитного потока в сердечнике Wb/m2

Примечание: 1 Wb/m2 = 1 T = 10000 Gauss

[Ссылки]

1. Calculating mains frequency power transformers site:giangrandi.ch.
2. Coil and transformer calculator site:dicks-website.eu.
3. РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА site:rcl-radio.ru.

формула для нахождения сечения магнитопровода, как рассчитать обмотки

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

  • Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
  • Количество витков n в индукторе.
  • Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
  • Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

  • Автотрансформатор имеет один магнитопровод, на котором собран индуктор. Часть витков выполняет функции первичной обмотки, а остальные витки действуют как вторичные катушки.
  • Преобразователи напряжения работают в измерительных приборах и в цепях релейной защиты.
  • Преобразователи тока предназначены для гальванической развязки в сетях сигнализации и управления.
  • Импульсные трансформаторы применяются в вычислительной технике, автоматике, системах связи.
  • Силовые устройства работают с напряжением до 750 киловольт.

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

Правильный расчет силового трансформатора

Сразу оговорюсь, что буду рассматривать однофазные трансформаторы для питания наземной стационарной радиоаппаратуры мощностью в десятки — сотни ватт, что имеет самое распространенное применение.

Прежде, чем приступить к расчетам трансформатора, которых может быть великое множество, необходимо договориться о критериях его качества, что непременно отразится на построении расчетных формул.

Я считаю, что главный качественный показатель силовоготрансформатора для радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами, он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иначе говоря, трансформатор должен быть “жестким”).

Другие критерии оптимизации, кроме надежности, как-то: экономия меди, минимальные габариты или вес, высокая удельная мощность, удобство намотки, минимизация стоимости, ограниченный срок службы (чтобы новые покупали чаще, взамен сгоревших) я не считаю приемлемыми в инженерной практике.

Методики “вышивания” из имеющегося типоразмера сердечника наимаксимальнейшей мощности, я тоже считаю неприемлемыми: такие трансформаторы долго не работают и греются как черти. Хотите экономить — покупайте китайскую дешевку или советский ширпотреб. Но помните: “Скупой всегда платит дважды!”.

Трансформатор должен работать и не создавать проблем. Это его главная функция. Исходя из этого, будем его и рассчитывать! Прежде всего, необходимо уяснить для себя некоторую минимальную теорию. Итак: силовой трансформатор. Не идеальный.

Поэтому эти неидеальности нужно понимать и правильно учитывать. Главных неидеальностей у силового трансформатора — две:

  1. Потери на активном сопротивлении провода обмоток (зависят от материала провода и от плотности, протекающего через него тока).
  2. Потери на перемагничивание в сердечнике — на неком “магнитном сопротивлении” (зависят от материала сердечника и от значения магнитной индукции).

Именно эти две неидеальности должны быть разумно-минимальными, чтобы трансформатор удовлетворял требованиям надежности. Активное сопротивление обмоток и, как следствие, их нагрев, определяется заложенной при расчете плотностью тока в проводе. А посему ее значение должно быть оптимальным.

На основании большого практического опыта рекомендую использовать значение плотности тока в медном проводе не более 3,2 ампера на квадратный миллиметр сечения. При использовании серебряного провода, плотность тока можно увеличить до 3,5 ампер на квадратный миллиметр.

А вот для алюминиевого провода она не должна превышать значение 2 ампера на квадратный миллиметр. Указанные значения плотности тока категорически превышать нельзя! И из этих значений мы выведем формулы для определения диаметра провода обмоток, коими будем пользоваться в расчете.

Мотать обмотки более толстым проводом (при меньшем значении плотности тока) — можно. Более тонким — категорически нет! Однако, и более толстым проводом мотать обмотки не стоит, поскольку тогда мы рискуем не уложить нужное число витков в окно сердечника.

А в хорошем трансформаторе должно быть много витков, чтобы свести к минимуму магнитные потери и чтобы не грелся его сердечник. Большинство холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют свою линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла или 13500 Гаусс. Но надо не забывать, что напряжение в розетке электросети может иметь разброс от 198 до 242 вольт, что соответствует нормированному 10-ти процентному отклонению от номинала как в плюс, так и в минус.

То есть, если мы хотим, чтобы во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор работал надежно, надо его рассчитать так, чтобы сердечник не подходил бы к нелинейности при любом допустимом напряжении питающей сети.

В том числе и при 242 вольтах. А посему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна выбираться не более 1,2 Тесла или 12000 Гаусс.

Соблюдение этих двух указанных требований обеспечит высокий КПД трансформатора и высокую стабильность выходных напряжений при изменении тока нагрузки от нуля до максимального значения. Иными словами, мы получим очень “жесткий” трансформатор. Что и нужно!

А вот увеличение расчетного значения индукции более 1,2 Тесла приведет не только к нагреву сердечника, но и к снижению “жесткости” трансформатора. Если расчитывать трансформатор на значение индукции более 1,3 Тесла, то мы получим “мягкий” трансформатор, выходные напряжения которого плавно просаживаются при увеличении тока нагрузки от нуля до его номинального значения.

Не для всех радиоустройств такие трансформаторы пригодны. Впрочем, в транзисторных схемах можно с успехом использовать стабилизатор выпрямленного напряжения. Но это — дополнительная схема, дополнительные габариты, дополнительная рассеиваемая мощность, дополнительные деньги и дополнительная ненадежность.

Не лучше ли сразу сделать хороший трансформатор?

У мягкого питающего трансформатора напряжения на одних вторичных обмотках зависит от потребляемых токов в других — за счет просадки в общих цепях — на активном сопротивлении первичной обмотки и на магнитном сопротивлении.

Например, если мы питаем от мягкого трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение потребления по анодной цепи приведет к дополнительным колебаниям напряжения накала ламп.

И, поскольку, напряжение накала ламп имеет также допустимый разброс в 10% от номинала, мягкий трансформатор внесет в это напряжение дополнительную нестабильность еще в 10, а то и в 15 процентов.

А это неизбежно сначала сократит выходную мощность усилителя на больших громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к более ранней потери эмиссии у ламп. Экономия на силовом трансформаторе аукается более дорогими потерями в радиолампах и в параметрах радиоустройств.

Вот уж воистину: “Экономия — путь к разорению и нищете!”. В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих конфигураций (рис. 1).

Рис. 1. Наиболее распостраненные виды магнитопроводов для изготовления трансформаторов.

Дальнейший расчет трансформатора будем вести по строгим классическим формулам из учебника электротехники:

При соблюдении достигнутых договоренностей КПД трансформатора (при наиболее часто встречающихся мощностях 80…200 Вт) будет не ниже 95 процентов, а то и выше. Поэтому, в формулах будем использовать значение КПД = 0,95.

Коэффициент заполнения окна сердечника медью для тороидальных трансформаторов составляет 0,35. Для обычных каркасных броневых или стержневых — 0,45.

При широких каркасах и большой длине намотки одного слоя (h) значение Кm может доходить и до значения 0,5…0,55, как, например, у магнитопроводов типа Б69 и Б35, параметры которых приведены на рисунке. При бескаркасной промышленной намотке Кm может иметь значения и до 0,6…0,65.

Для справки: теоретический предел значения Кm для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне — 0,87.

Приведенные практические значения Кm достижимы лишь при ровной укладке провода строго виток к витку, тонкой межслойной и межобмоточной изоляции и заделке выводов за пределами окна сердечника (на боковых вылетах обмотки).

При изготовлении каркасных обмоток в любительских условиях, в условиях лабораторного или опытного производства, лучше принимать значение Km = 0,45…0,5.

Разумеется, все это касается обычных силовых трансформаторов для ламповой или транзисторной аппаратуры, с выходными и питающими напряжениями до 1000 В, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.

Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:

где:

  • n = 0,95 — КПД трансформатора;
  • Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
  • f — нижняя рабочая частота трансформатора [Гц];
  • В = 1,2 — магнитная индукция [Т];
  • j — плотность тока в проводе обмоток [А/кв.мм];
  • Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
  • Кс = 0,96 — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

Задавшись напряжениями обмоток, количество необходимых витков можно рассчитать по такой формуле:

где:

  • U1, U2, U3,… — напряжения обмоток в вольтах;
  • n1, n2, n3,… — число витков обмоток.

Если изначальные договоренности нами в точности соблюдены, и мы делаем жесткий трансформатор, то число витков как первичной, так и вторичной обмоток определяется по одной и той же формуле.

Если же мы будем использовать трансформатор при предельном значении мощности для имеющегося типоразмера сердечника, рассчитанное по этой формуле, или мы проектируем маломощные трансформаторы (менее 50 Вт), с большим числом витков и тонким проводом обмоток, то число витков вторичных обмоток следует увели чить в

раз. С учетом нашей договоренности, это составит 1,026 или больше рассчетного на 2,6%.

Что же касается напряжений накальных обмоток, то здесь стоит вспомнить указание самой главной книги по радиолампам: “Руководство по применению приемно-усилительных ламп” [1 ], выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.

Открыв это руководство на 13-й странице, внимательно рассмотрим график (рис. 2) и уясним из него, что оптимальное напряжение накала радиоламп для сохранения их максимальной надежности и, соответственно, долговечности составляет 95% от номинала.

Что для ламп с напряжением накала 6,3 вольта составит ровно 6 вольт. Поэтому не надо увеличивать число витков накальных обмоток на 2,6%. Пусть будет, как есть.

Определяем токи обмоток. Ток первичной обмотки: I1 = P/U1

При использовании двухполупериодного выпрямителя средний ток каждой половины обмотки будет в 1,41 раза (корень из двух) меньше, чем необходимый выпрямленный ток нагрузки.

В случае использования мостового полупроводникового выпрямителя, ток обмотки будет в 1,41 раза больше, чем выпрямленный ток нагрузки.

Поэтому, надо не забыть в формулы для определения диаметров проводов подставлять потребления по постоянному току, в первом случае поделенные, а во втором, умноженные на 1,41. В идеале — это так, но реально — не совсем.

Рис. 2. График.

На холостом ходу напряжение после выпрямителя, на сглаживающем конденсаторе, увеличивается до амплитудного значения, которое у синусоиды в 1,41 раза больше эффективного.

А вот при активно-емкостной нагрузке между полупериодами емкость разряжается током нагрузки и выходное напряжение “просаживается”.

Точный расчет напряжения просадки довольно сложен, однако, для практической точности следует вместо коэффициента 1,41 выбирать эмпирический коэффициент 1,24.

Поэтому напряжения обмоток, которые будут работать на двухполупериодные или мостовые выпрямители, следует брать в 1,24 раза меньше.

Соответственно, и токи обмоток возрастут не в 1,41, а в 1,24 раза относительно потребления по постоянному току. Ну, а в двухполупериодной схеме со средней точкой(при удвоенном числе витков) средний ток обмотки будет равен половине от 1,24, то есть, 0,62 от тока потребления нагрузки.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

Полученные значения округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра провода.

Делаем проверку расчета. Мощность первичной обмотки — произведение питающего напряжения на потребляемый ток, должна быть равна сумме мощностей всех вторичных обмоток. То есть: U1 х I1 = U2 х І2 + U3 х І3 + U4 х І4 + …

Намотав трансформатор, для проведения дальнейших расчетов выпрямителя необходимо замерить некоторые его параметры:

  • активное сопротивление первичной обмотки;
  • активное сопротивление вторичных обмоток;
  • точные значения напряжений вторичных обмоток, разумеется, проверив, чтобы в сети при этом напряжение составляло 220 вольт. Если же оно отличается от номинала (но находится в пределах 198…242), то пропорционально пересчитать измеренные значения;
  • ток холостого хода первичной обмотки (какой ток трансформатор потребляет из сети при отсутствии нагрузки на его вторичных обмотках).

К примеру, тороидальный силовой двухобмоточный трансформатор, мощностью 530 Вт, который я сам, вручную, мотал в 1982 году на сердечнике от сгоревшего бытового переходного 400-ваттного автотрансформатора 127/220 В, называвшегося в торговой сети “Юг-400”, имел следующие параметры:

  • В = 1,2 Тесла;
  • n220 = 1100 вит;
  • d220 = 0,96 мм;
  • n127 = 635 вит;
  • d127 = 1,35 мм;
  • при этом Iхх = 7 (семь!) мА,

что соответствует индуктивности первичной обмотки 100 Генри. Для сравнения. Промышленная обмотка того автотрансформатора содержала 880 витков на 220 вольт.

Не удивительно, что он перегревался, и в конце-концов сгорел. Когда трансформаторы мотают не для себя, а на продажу, то ради денег и в ущерб качеству экономят на всем. Не надо экономить — это, ведь, то же самое, что самому себе гадить. Желаю удачи!

С.Комаров, UA3ALW. г. Москва. РМ-03-17.

онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов

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.

Принцип работы устройства

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. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

  • сердечника;
  • обмотки;
  • каркаса для расположения обмоток;
  • изолятора;
  • дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

  • стержневой;
  • броневой;
  • тороидальный.

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

  • S — площадь сечения сердечника.
  • K — постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

  • напряжение первичной и вторичной обмотки;
  • габаритны сердечника;
  • толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

  1. Рассчитывается ток нагрузки: In=Po/U2, А.
  2. Вычисляется величина тока вторичной обмотки: I2 = 1,5*In, А.
  3. Определяется мощность вторичной обмотки: P2 = U2*I2, Вт.
  4. Находится общая мощность устройства: Pт = 1,25*P2, Вт.
  5. Вычисляется сила тока первичной обмотки: I1 = Pт/U1, А.
  6. Находится необходимое сечение магнитопровода: S = 1,3*√ Pт, см².

Следует отметить, что если конструируется устройство с несколькими выводами во вторичной обмотке, то в четвёртом пункте все мощности суммируются, и их результат подставляется вместо P2.

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

  • U1 — напряжение первичной обмотке, В.
  • S — площадь сердечника, см².
  • K1, K2 — число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

  • d — диаметр провода, мм.
  • I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются аналогично простым трансформаторам, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разницы напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разница напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Такое значение тока соответствует мощности 12,5*240=3000 Вт. Потребление сетевого тока составляет 12,5+250/220=13,64А, что как раз и соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключён к сети. Участок между отводом и выходом мотается проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе мощность значительно больше, чем трансформатор на таком же сердечнике при небольшом коэффициенте передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньший размер, меньший вес и при этом большее КПД. При этом они легко наматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчёта тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» поэкспериментировать с разными вводными данными. В качестве таких данных используются:

  • напряжение входной обмотки, В;
  • напряжение выходной обмотки, В;
  • ток выходной обмотки, А;
  • наружный диаметр тора, мм;
  • внутренний диаметр тора, мм;
  • высота тора, мм.

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

  1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
  2. Габаритная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, берущийся из справочника (0,76−0,96).
  3. Фактическое сечение «железа» в месте размещения катушки: Sch= ((D-d)*h)/2, мм2.
  4. Расчётное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1.2, мм2
  5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
  6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ справочная величина (от 0,85 до 0,94).
  7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J- плотность тока, берущаяся из справочника (от 3 до 5).
  8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное значение, которое зависит от суммарной мощности выходных обмоток.
  9. Остается найти выходную мощность и расчёт тороидального силового трансформатора считается выполненным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проводом, Kct —коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

Рекомендации по сборке и намотке

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10—20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

Калькулятор трансформатора

— Хорошие калькуляторы

Этот калькулятор трансформатора поможет вам быстро и легко рассчитать первичные и вторичные токи полной нагрузки трансформатора. Он также определяет коэффициент трансформации и тип трансформатора.

Инструкции пользователя:

  1. Выберите количество фаз из раскрывающегося меню
  2. Введите номинал трансформатора и выберите соответствующую единицу измерения
  3. Введите первичное и вторичное напряжения трансформатора
  4. Нажмите кнопку «Рассчитать» для получения результатов.

Формулы трансформатора

В калькуляторе трансформатора используются следующие формулы:

Ток полной нагрузки однофазного трансформатора (А) = кВА × 1000 / В

Ток полной нагрузки трехфазного трансформатора (А) = кВА × 1000 / (1,732 × В)

Где:

кВА = мощность трансформатора (киловольт-амперы),

В = напряжение (вольт).

Коэффициент оборотов = N 1 / N 2 = V 1 / V 2 = I 2 / I 1

Где:

N 1 = количество витков на первичной обмотке,

N 2 = количество витков на вторичной обмотке,

В 1 = первичное напряжение,

В 2 = вторичное напряжение,

I 1 = первичный ток,

I 2 = вторичный ток.

Пример: Однофазный трансформатор мощностью 50 кВА имеет первичную обмотку 4000 В и вторичную 400 В. Предполагая идеальный трансформатор, определите (а) первичный и вторичный токи полной нагрузки, (б) коэффициент трансформации трансформатора.

a) В 1 = 4000 В, В 2 = 400 В,

Мощность трансформатора = 50 кВА = В 1 × I 1 = В 2 × I 2

Первичный ток полной нагрузки, I 1 = (50 × 1000/4000) = 12.5 A

Вторичный ток полной нагрузки, I 2 = (50 × 1000/400) = 125 A

b) Передаточное число = N 1 / N 2 = V 1 / V 2 = (4000/400) = 10

Вас также может заинтересовать наш Калькулятор делителя напряжения или Калькулятор FLA двигателя

Как рассчитать / найти номинал трансформатора в кВА

Рассчитать и найти рейтинг одиночного Фазовые и трехфазные трансформаторы в кВА

Мы знаем, что трансформаторы всегда рассчитаны на кВА.Ниже приведены две простые формулы для определения рейтинга однофазного и трехфазного трансформаторов .

Найдите номинал однофазного трансформатора

Номинал однофазного трансформатора:

P = V x I.

Номинал однофазного трансформатора в кВА

кВА = (В x I) / 1000

Рейтинг трехфазного трансформатора

Рейтинг трехфазного трансформатора:

P = √3. V x I

Мощность трехфазного трансформатора в кВА

кВА = (√3.V x I) / 1000

Но подождите, здесь возникает вопрос… Посмотрите на общие паспортные данные трансформатора 100 кВА.

Вы что-то заметили ???? В любом случае, мне все равно, что вы ответите;) но позвольте мне попытаться объяснить.

Вот рейтинг трансформатора — 100 кВА .

Но первичное или высокое напряжение (ВН) составляет 11000 В = 11 кВ.

И первичный ток на стороне высокого напряжения составляет 5,25 ампер.

Также вторичные напряжения или низкие напряжения (L.В) составляет 415 Вольт

А вторичный ток (ток на стороне низкого напряжения) составляет 139,1 Ампера.

Проще говоря,

Мощность трансформатора в кВА = 100 кВА

Первичное напряжение = 11000 = 11 кВ

Первичный ток = 5,25 А

Вторичное напряжение = 415 В

Вторичный ток = 139,1 Ампера.

Теперь рассчитайте номинал трансформатора согласно

P = V x I (первичное напряжение x первичный ток)

P = 11000V x 5.25A = 57750 VA = 57,75kVA

Или P = V x I (вторичное напряжение x вторичный ток)

P = 415V x 139.1A = 57.726 VA = 57.72kVA

Еще раз мы заметили, что номинал трансформатора (на паспортной табличке) — 100 кВА , но согласно расчету… это около 57 кВА

Разница происходит из-за незнания того, что мы использовали однофазную формулу вместо трехфазной.

Теперь попробуйте по этой формуле

P = √3 x V x I

P = √3 Vx I (первичное напряжение x первичный ток)

P = √3 x 11000V x 5.25 A = 1,732 x 11000 В x 5,25 A = 100 025 ВА = 100 кВА

Или P = √3 x V x I (вторичные напряжения x вторичный ток)

P = √3 x 415 В x 139,1 A = 1,732 x 415 В x 139,1 A = 99,985 ВА = 99,98 кВА

Рассмотрим в следующем (следующем) примере.

Напряжение (от линии к линии) = 208 В .

Ток (линейный ток) = 139 A

Текущие характеристики трехфазного трансформатора

P = √3 x V x I

P = √3 x 208 x 139A = 1.732 x 208 x 139

P = 50077 VA = 50kVA

Примечание: этот пост был сделан по запросу нашего поклонника страницы Анила Виджая.

Расчет размеров силовых и распределительных трансформаторов — Часть четвертая ~ Электрические ноу-хау


  • Расчет размеров силовых и распределительных трансформаторов.


  • Подключение трехфазного силового и распределительного трансформатора,

Итак, мы не будем проходить через эти здесь мы сосредоточимся только на следующих двух пунктах:


  • Расчет размеров силовых и распределительных трансформаторов.





Сегодня мы объясним расчетные процедуры для определения размеров силовых и распределительных трансформаторов .

Расчеты Порядок определения размеров силовых и распределительных трансформаторов
.



В энергосистемах есть много устройств, подходящих по размеру имеет решающее значение для проектирования системы доставки энергии.Один из наиболее важных силовой трансформатор.
Есть несколько факторов участвовал в процессе определения размеров трансформатора, который был объяснен в статье «Расчет размеров силовых и распределительных трансформаторов — Часть третья » , эти коэффициенты можно использовать для определить, может ли трансформатор выдерживать требуемую рабочую нагрузку или нет. Трансформаторы неподходящего размера могут сократить срок службы оборудования или вызвать сбои из-за перегрузки. Теперь мы шаг за шагом объясним точный размер. расчеты силовых и распределительных трансформаторов, которые будут включать следующий:
  1. Применимые процедуры расчетов для определения размеров силовых и распределительных трансформаторов,

  2. Применимые процедуры для расчета коэффициентов мощности и распределительного трансформатора,

  3. Применимые процедуры для расчета КПД силового трансформатора,

  4. Применимые процедуры расчета регулирования напряжения силового трансформатора.

1- Применимые процедуры расчетов Для Расчет силовых и распределительных трансформаторов.


Сводка Процедуры выбора / расчета


  1. Выберите силовой или распределительный трансформатор,
  2. Выберите трансформатор с жидкостным или сухим заполнением,
  3. Выберите вторичное напряжение,
  4. Рассчитайте мощность в кВт и кВАр,
  5. Рассчитать кВА скорректированной площадки,
  6. Выберите номинальные значения кВА трансформатора из стандартных размеров,
  7. Выберите класс охлаждения трансформатора, номинальные значения кВА.





Выберите мощность или распределительный трансформатор на основе данной информации, затем выберите жидкого или сухого типа.
  • Силовой трансформатор : используется между генератором и распределительными цепями и обычно рассчитан на 500 кВА и выше. Силовые трансформаторы доступны для повышающего режима, в основном используемые в генераторе и называемые повышающими трансформаторами генератора (GSU), и для понижающего режима, в основном используемые для питания распределительных цепей.См. Рис.1

Рис.1

  • Распределительные трансформаторы: При использовании распределительных трансформаторов первичное напряжение фидера снижается до фактического напряжения использования для бытового / промышленного использования. См. Рис.2
Рис.2
Как выбирать между Трансформаторы с жидкостным или сухим заполнением?
Трансформаторы с жидкостным заполнением
Подходит для Очень высокое напряжение и наружное применение Подходит для В помещении Приложения 600 В и ниже
Окружающая среда Загрязнение окружающей среды и людей
Первая Стоимость с таким же рейтингом
Установка Стоимость с таким же рейтингом
Перегрузка Возможность для того же рейтинга
Жизнь Ожидание для того же рейтинга
без нагрузки Убытки при одинаковом рейтинге
звуковой Уровень звука для того же рейтинга




Выберите номинальное первичное и вторичное напряжение из Таблица-1 и данного Информация.Для трехфазные трансформаторы, предположим, 3Ø, 3-проводные, соединенные треугольником первичные обмотки и 3Ø, 4-х проводный, вторичные обмотки, соединенные звездой. Таблица-1: Стандартные номинальные напряжения




Выберите BIL Номинальное значение для трансформатора из Таблица-2 для жидкостных трансформаторы, или из Таблица-3 для сухих трансформаторов. Таблица-2: Трансформатор BIL Номинальные характеристики для жидкостных трансформаторов Таблица-3 Характеристики BIL для сухих трансформаторов


  • Рассчитайте кВА скорректированной площадки.

A- Рассчитать мощность, кВт для каждой нагрузки или комбинации нагрузок при номинальном использовании Напряжение. Примечание: включить любые прогнозируемые (известные) будущие нагрузки. кВт нагрузка = 3 x кВ x I x п.ф. или B- Рассчитать нагрузка, кВАр для каждой нагрузки или комбинации нагрузок при номинальном использовании Напряжение. Примечание: включить любые прогнозируемые (известные) будущие нагрузки. кВАр нагрузка = 3 x кВ x I x sin (cos- 1 p.f.) или кВАр нагрузка = кВт , нагрузка x tan (cos -1 p.f.) кВА (площадка) = (кВт 2 итого + кВАр 2 всего ) 1/2 D- Рассчитать скорректированный участок кВА после снижения номинальных значений для температуры с Таблица-4 .
Трансформаторы силовые с жидкостным заполнением средняя температура окружающей среды превышает 30 0 C 1.5% за каждые 1 0 C свыше 30 0 С
150 0 C сухого типа трансформаторы средняя температура окружающей среды превышает 30 0 C 0,57% за каждые 1 0 C более 30 0 С
220 0 C сухого типа трансформаторы средняя температура окружающей среды превышает 30 0 C 0.34% за каждые 1 0 C более 30 0 С
Таблица-4: Снижение номинальной температуры окружающей среды Используйте дизайн температура окружающей среды 40 0 С. кВА (скорректированная) = кВА (площадка) / 0,85 для трансформаторов с жидкостным заполнением, кВА (скорректированная) = кВА (объект) / 0,94 для сухих трансформаторов с 150 0 C изоляция, кВА (скорректированная) = кВА (площадка) /0.96 для сухих трансформаторов с 220 0 C изоляция.


Выберите следующий трансформатор типоразмера номиналом кВА из Таблица-5 для трансформаторы с жидкостным заполнением, или из Таблица-6 для сухих трансформаторов. Для Трансформаторы с самоохлаждением (только OA или AA) добавляют 10% для роста.
Однофазный Трансформеры
Таблица-5: Номинальная мощность стандартного трансформатора, кВА (с жидкостным заполнением)
Отдельная фаза Трансформеры
Таблица-6: Номинальная мощность стандартного трансформатора, кВА (сухой)


  • Класс охлаждения, номинальное значение кВА.

Выберите охлаждение класс номинальных кВА следующим образом:
  • Из Таблица-7 для трансформаторов с жидкостным заполнением мощностью 750-12 500 кВА или
  • Из Таблица-8 для трансформаторов с жидкостным заполнением мощностью более 12,5 МВА и
  • Из Таблица-9 для сухих трансформаторов.
Без переключателя нагрузки
Таблица-7: Класс охлаждения, номинальные значения кВА для трансформаторов с жидкостным заполнением (750 — 12 500 КВА) Таблица-8: Класс охлаждения, номинальная мощность в кВА для трансформаторов с жидкостным заполнением выше, чем 12.5 МВА Таблица-9: Класс охлаждения, номинальные значения кВА для сухих трансформаторов


В следующей статье мы объясним следующие процедуры расчетов:
  • Применимые процедуры для расчета коэффициентов мощности и распределительного трансформатора,
  • Применимые процедуры расчета регулирования напряжения силового трансформатора.

Итак, продолжайте следить.

Расчет мощности трансформатора с использованием только тока и сопротивления

Предполагая, что ток намагничивания на первичной стороне пренебрежимо мал, сначала определите:

P p : Питание первичной стороны, подаваемое на трансформатор.
В p : Напряжение на первичной стороне.
I p : Ток на первичной стороне.
P s : Питание вторичной стороны подается на трансформатор.
I с : Ток вторичной обмотки.2) * R для вторичной обмотки скажет ли это эффективную рассеиваемую мощность?

Да. \ $ P_s = V_s I_s \ $ верно.

, если я разделю вторичную мощность на первичную и умножу на 100%, скажет ли это эффективность трансформатора?

Совершенно верно. Это определение эффективности трансформатора.

$$ \ text {Эффективность} \ overset {\ треугольник} {=} \ dfrac {P_s} {P_p} $$

индуктивный импеданс позволяет энергии возвращаться к источнику

Следует учитывать, что трансформаторы работают иначе, чем индукторы.Идеалистический трансформатор с очень высоким индуктивным сопротивлением первичной обмотки вообще не ведет себя как индуктивный. Потому что трансформатор спроектирован таким образом, что индуктор первичной стороны отводит только небольшое количество тока от источника питания с номинальной частотой, когда вторичная сторона разомкнута.

Расчеты трансформатора

и NEC

Трансформатор передает электрическую энергию (мощность) от одной системы к другой посредством индукции без физического соединения между двумя системами (кроме заземляющих и соединительных).Таким образом, Национальный электротехнический кодекс (NEC) называет трансформаторы «отдельно производными системами».

Большинство трансформаторов повышают или понижают напряжение, но изолирующие трансформаторы этого не делают; они просто развязывают первичную обмотку от вторичной обмотки.

Некоторые основы

Обмотка трансформатора, подключенная к источнику напряжения, является «первичной». Обмотка трансформатора, подключенная к нагрузке, является «вторичной».

Напряжение, которое может быть индуцировано во вторичной обмотке из-за первичного магнитного поля, является функцией количества витков (витков) вторичного проводника, перерезанных первичным электромагнитным полем.Напряжение на первичной стороне — это «напряжение первичной линии», а напряжение на вторичной стороне — «напряжение вторичной линии».

Трансформаторы указаны в киловольт-амперах (кВА), где 1кВА = 1000 вольт-ампер (ВА).

Соединение треугольником и звездой

Трансформаторы, соединенные треугольником, имеют три обмотки, соединенные встык. Линейные проводники подключаются к каждой точке, где встречаются две обмотки. Эта система называется «Дельта», потому что в развернутом виде она выглядит как треугольник (греческий символ «Дельта» для буквы D).Для трансформатора треугольник / треугольник как первичная, так и вторичная обмотки соединены треугольником ( Рис. 1 ).

Рис. 1. Трансформаторы, соединенные треугольником, имеют три обмотки, соединенные встык друг с другом.

При работе с дельта-трансформаторами не забывайте о «высокой ножке» (см. Врезку ниже).

Трансформаторы, соединенные звездой, имеют по одному выводу от каждой из трех обмоток, соединенных с общей точкой. Другие выводы каждой обмотки подключаются к линейным проводам.Вторичная обмотка, соединенная звездой, часто представлена ​​Y-образным расположением обмоток ( Рис. 2 )

Рис. 2. Трансформаторы, соединенные звездой, имеют по одному выводу от каждой из трех обмоток, соединенных с общей точкой.
Линейные токи

Вы можете рассчитать линейный ток трансформатора, используя соответствующую формулу для однофазных или трехфазных систем:

Однофазный: I = VA ÷ E

Трехфазный : I = VA ÷ (E × 1.732)

Защита от перегрузки по току

Для защиты обмоток трансформатора от перегрузки по току используйте проценты, указанные в Таблице 450.3 (B) и соответствующие примечания.

Раздел 450.3 (B) касается защиты обмоток трансформатора, а не проводов, питающих трансформатор или выходящих из него.

Для токов 9А и более, гл. 450.3 (B), применяется примечание 1. Если 125% первичного тока не соответствует стандартному предохранителю или нерегулируемому автоматическому выключателю, вы можете использовать устройство защиты от перегрузки по току (OCPD) следующего более высокого номинала, как указано в гл. 240,6 (А).

Первичная максимальная токовая защита, менее 9 А, пример

Вопрос: Каков максимальный номинальный диапазон первичного OCPD для однофазного трансформатора 240 В с постоянной нагрузкой 2 кВА?

Первичный ток = (Номинальная мощность трансформатора) ÷ (Первичное напряжение)

Первичный ток = 2,000 ВА ÷ 240 В

Первичный ток = 8.33A

Первичная защита = (Первичный ток) × (Таблица 450.3 (B) Процент)

Первичная защита = 8,33A × 167%

Первичная защита = 13,92A

Первичная максимальная токовая защита более 9A Пример

Вопрос : Каков максимальный номинал первичной OCPD для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480 В мощностью 45 кВА ( Рис. 3 )?

Рис. 3. Вот как рассчитать номинал OCPD для трансформатора, когда первичный ток меньше 9А.

Первичный ток = номинальная мощность трансформатора, ВА ÷ (первичное напряжение × 1,732)

Первичный ток = 45000ВА ÷ (480В × 1,732)

Первичный ток = 54A

Первичная защита = (первичный ток) × (Таблица 450.3 (B ) Процент)

Первичная защита = 54A × 125%

Первичная защита = 68A

Таким образом, в этой ситуации используйте OCPD на 70A. [Разд. 240,6 (A) и таблица 450.3 (B), примечание 1]

Размер первичного проводника

Размер первичных проводов должен составлять не менее 125% длительных нагрузок плюс 100% прерывистых нагрузок, исходя из номинальной температуры клемм. силы тока, как указано в Таблице 310.15 (B) (16), перед любой регулировкой допустимой нагрузки [разд. 210.19 (А) (1)].

Защитите проводники от перегрузки по току в соответствии с их допустимой токовой нагрузкой после регулировки допустимой нагрузки, как указано в гл. 310,15 [240,4]. Вы можете использовать следующий более высокий стандартный рейтинг OCPD (выше допустимой токовой нагрузки защищаемых проводников), если рейтинг OCPD не превышает 800A [сек. 240,4 (В)].

Пример сечения первичного проводника

Вопрос: Первичный провод какого размера можно использовать для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480 В мощностью 45 кВА, если номинал первичного OCPD составляет 70 А?

Шаг 1 : Подобрать первичный проводник на 125% номинального тока первичной обмотки.

I = 45000 ВА ÷ (480 В × 1,732) = 54 А

54 А × 1,25 = 68 А

Провод 4 AWG рассчитан на 70 А при 60 ° C [Сек. 110.14 (C) (1) (a) (1) и Таблица 310.15 (B) (16)].

Шаг 2 : Убедитесь, что проводники защищены в соответствии с их силой тока [разд. 240,4].

Провод 4 AWG с номиналом 70 А при 60 ° C может быть защищен первичным OCPD на 70 А.

Размер вторичного проводника

Допустимая нагрузка вторичного проводника должна, по крайней мере, равняться номинальному значению устройства, питаемого вторичными проводниками или OCPD на окончании вторичных проводов [разд.240.21 (C) (2)]. Предположим, что вторичные проводники будут постоянно нести полную мощность трансформатора.

Шаг 1 : Определите номинальные характеристики устройства, питаемые вторичными проводниками, при 125% от вторичного номинала [разд. 215.2 (А) (1) (а)].

Шаг 2 : Подобрать вторичные проводники таким образом, чтобы их допустимая нагрузка по току была не ниже номинала устройства, обеспечиваемого вторичными проводниками [разд. 240,21 (С)].

Пример определения размеров вторичного проводника Вопрос: Вторичный провод какого размера можно использовать для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480–120 / 208 В на 45 кВА?

Шаг 1 : Определите номинальный вторичный ток.

Вторичный ток = ВА трансформатора ÷ (вторичное напряжение × 1,732)

I = 45000ВА ÷ (208В × 1,732)

I = 125A

Шаг 2 : Определите размер вторичного OCPD для непрерывной нагрузки (125% от вторичный номинальный ток) [разд. 215,3].

125A × 1,25 = 156A

Таким образом, в этой ситуации используйте OCPD на 175A [разд. 240,6 (А)].

Шаг 3 : Подобрать вторичный проводник таким образом, чтобы он имел допустимую нагрузку не менее 175A вторичного OCPD (этап 2) [разд.240.21 (C) (2)].

Используйте 2/0 AWG номиналом 175 А при 75 ° C [разд. 110.14 (C) (1) (b) и Таблица 310.15 (B) (16)]

Заземление и соединение

Перемычка для соединения системы, размер в сек. 250.102 (C) в зависимости от площади вторичных проводов [разд. 250.30 (A) (1) и п. 250.28 (D) (1)], должен быть установлен в том же месте, где провод заземляющего электрода заканчивается к нейтральной точке трансформатора [разд. 250.102 (C)].

Провод заземляющего электрода должен соединять нейтральную точку отдельно выделенной системы с заземляющим электродом типа, указанного в гл.250,30 (А) (4). Подбирайте провод заземляющего электрода по размеру сек. 250.66, исходя из площади незаземленного вторичного проводника [разд. 250.30 (А) (5)].

Как избежать ошибок

Ошибка расчета может иметь трагические результаты. Так как же снизить вероятность ошибки в расчетах трансформатора?

Математика не представляет особой сложности, но если вы выберете неправильную формулу, ваши результаты будут неверными, даже если ваша математика верна. Эти четыре простых шага помогут выбрать правильную формулу для конкретного приложения:

1.Еще раз проверьте номинал VA.

2. Определите первичное и вторичное напряжения, однофазное или трехфазное.

3. Еще раз проверьте характеристики нагрузки и расчеты.

4. Убедитесь, что вы использовали правильные формулы. Вот совет, который поможет вам сделать это без остекления глаз: используйте неправильные формулы. Например, вы работаете в однофазной системе. Посмотрите на формулу трехфазного. Это то, что вы использовали? Если нет — отлично. Перейдите к следующему пункту и выполните аналогичный процесс.

Эти материалы предоставлены нам компанией Mike Holt Enterprises в Лисбурге, штат Флорида. Чтобы просмотреть учебные материалы по Кодексу, предлагаемые этой компанией, посетите сайт www.mikeholt.com/code.


Как рассчитать реактивную мощность трансформатора? — нарушение напряжения

Потребляемая реактивная мощность трансформатора

Силовые трансформаторы «потребляют» индуктивные ВАР во время работы. Это связано с потребностью в реактивной мощности двух отдельных ветвей трансформатора, а именно:

  1. Шунтирующее намагничивающее сопротивление
  2. Серия Реактивное сопротивление утечки

Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, может достигать 5% от номинальной мощности трансформатора при подаче тока полной нагрузки.Коэффициент мощности на первичной обмотке трансформатора обычно ниже, чем тот, который измеряется на вторичной обмотке, из-за этой потребности трансформатора в реактивной мощности. Если измерение производится при среднем напряжении, то также будет измеряться дополнительная реактивная мощность, потребляемая трансформатором. В подобных случаях важно знать, сколько реактивной мощности потребляет трансформатор, чтобы ее можно было вычесть из требуемой реактивной мощности нагрузки. Обычно это происходит, когда счетчик электроэнергии находится на первичной обмотке, а трансформатор также принадлежит коммунальному предприятию.Нет смысла выставлять счет за реактивную мощность, потребляемую трансформатором, принадлежащим коммунальному предприятию, поскольку они могли бы очень хорошо установить счетчик на стороне низкого напряжения, и клиенту не придется платить за это, если это так. Когда заказчик владеет трансформатором, то реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, будет измеряться коммунальным предприятием.

Калькулятор ниже можно использовать для расчета потребляемой реактивной мощности трансформатора при полной нагрузке и номинальном напряжении .Чтобы рассчитать реактивную мощность, обусловленную только сопротивлением намагничивания шунта, используйте% нагрузки как «без нагрузки».

Конденсаторные батареи обычно меньше рассчитанного значения, поскольку существует риск перекомпенсации в условиях малой нагрузки. Может быть установлен автоматический ступенчатый конденсатор коэффициента мощности, который будет переключать только необходимые ступени конденсатора, чтобы довести коэффициент мощности до желаемого уровня. Однако для этого необходимо будет проводить измерение коэффициента мощности на первичной обмотке трансформатора, что может быть нецелесообразно постоянно.Чаще всего реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составляет лишь небольшой процент от потребляемой объектами реактивной мощности, и точная компенсация может не потребоваться.

1. Реактивное намагничивание шунта

Реактивное сопротивление намагничивания шунта отвечает за создание магнитного потока в сердечнике трансформатора. Ток, необходимый для создания этого потока в сердечнике, называется током возбуждения и относительно не зависит от тока нагрузки трансформатора. Возбуждающий ток обычно около 0.25-2% от тока полной нагрузки трансформатора. Фактическое значение тока возбуждения можно получить из протокола заводских испытаний или измерить в полевых условиях.

Для расчета потребляемой реактивной мощности сначала рассчитайте приблизительное намагничивающее сопротивление шунта на основе заданного тока возбуждения. Ток возбуждения обычно указывается в процентах от тока полной нагрузки трансформатора.

2. Реактивное сопротивление утечки серии

Импеданс утечки серии

косвенно относится к величине магнитного потока, который не связан между первичной и вторичной обмотками.Последовательное реактивное сопротивление утечки (также известное как% импеданса) является важным параметром трансформатора, который определяет вклад короткого замыкания, регулирование напряжения и т. Д.

Требуемая реактивная мощность из-за последовательного реактивного сопротивления утечки изменяется пропорционально квадрату тока нагрузки. Общая индуктивная потребляемая мощность силового трансформатора — это арифметическая сумма требований, предъявляемых обеими вышеупомянутыми ветвями. Калькулятор в этой статье рассчитает это за вас.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, может быть компенсирована добавлением параллельно подключенных конденсаторных батарей.Как можно увидеть из вычислителя, когда трансформатор нагружен, полная реактивная мощность Qt состоит из двух компонентов: реактивной мощности Q0 во время работы в разомкнутой цепи вторичной обмотки (состояние без нагрузки) и реактивной мощности, вызванной реактивным сопротивлением утечки. Полная реактивная мощность, потребляемая трансформатором, описывается следующим уравнением:

Где,

Q т = Общая реактивная мощность, потребляемая трансформатором

Q 0 = Реактивная мощность, потребляемая шунтирующим реактивным сопротивлением намагничивания трансформатора (без нагрузки)

% z = сопротивление короткого замыкания трансформатора в процентах

кВА T = номинальная мощность трансформатора

кВА

кВА L = Нагрузка кВА

Если для компенсации потребляемой трансформатором реактивной мощности требуется емкостная компенсация, следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерной компенсации в условиях малой нагрузки.В условиях малой нагрузки или отсутствия нагрузки реактивное сопротивление утечки не будет потреблять никакой реактивной мощности, и реактивная мощность будет потребляться только импедансом намагничивания шунта. При чрезмерной компенсации это может вызвать повышение напряжения на клеммах вторичной обмотки. Многие коммунальные предприятия предоставляют документы, в которых перечислены максимальные емкостные компенсации, которые могут быть установлены на вторичной обмотке служебного трансформатора. Если вам нужна эта информация, обратитесь в местную электрическую сеть.

Чаще всего реактивная мощность, потребляемая трансформатором, очень мала по сравнению с полной реактивной мощностью, потребляемой нагрузкой объекта.В этих случаях предприятие может принять решение об установке конденсаторной батареи большей емкости на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае необходимо обратить внимание на возможность гармонического резонанса между реактивным сопротивлением трансформатора и конденсатором.

Как измерить реактивную мощность?

Калькулятор коэффициента мощности

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Введение

На этой странице простая методика расчета частоты сети с закрытым сердечником. силовые трансформаторы.Он предназначен для домашнего пивоварения, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если этот метод и некоторые уравнения могут быть обобщенно, в расчет принимаются только классические сердечники, составленные из стальных пластин. учетная запись.


Размер ядра

При проектировании трансформатора питания с замкнутым сердечником первым шагом является чтобы выбрать подходящий сердечник по мощности, устройство должно ручка. Обычно для большой мощности требуются большие жилы.На самом деле нет никаких теоретических или физических причин, препятствующих маленькому ядру. от обработки большой мощности, но по практическим соображениям на малом ядре, не хватает места для всех обмоток: большой сердечник — единственный выбор. Чтобы с самого начала выбрать довольно хорошее ядро, следующие эмпирическая формула (для рабочей частоты 50 Гц) может помочь:

Это уравнение связывает (кажущуюся) мощность P с поперечным сечением жилы. поверхность А с учетом КПД активной зоны η (греч. «эта»).При измерении поперечного сечения жилы следует удалить около 5%, чтобы учесть толщину лака на ферромагнитных пластинах составляя ядро. Сечение A — это минимальное сечение магнитного цепь, обычно измеряемая там, где расположены обмотки, как показано на рисунок ниже:

На приведенной выше диаграмме показан сердечник с двойной петлей, который на сегодняшний день является наиболее распространенным. тип сердечника из-за его низкого потока утечки и небольших размеров.Это называется «двойной петлей», потому что магнитное поле, создаваемое катушки в середине сердечника петляют половину на левой части сердечника и половина в правой части. В этом случае важно измерить поперечное сечение жилы внутри обмотки (как показано), где поток не делится пополам. Если ваш трансформатор имеет одну магнитную петлю, например тороидальный трансформатор, чем поперечное сечение одинаковое по всему сердечнику и не имеет значения, где вы это измеряете.

Эффективность зависит от материала, из которого изготовлен сердечник; если неизвестно, таблица ниже даст общее представление:

Материал опорной плиты Плотность магнитного потока φ
[Вт / м 2 ]
КПД сердечника η
[1/1]
Текстурированная кремнистая сталь (C-образная), M5 1.3 0,88
Текстурированная кремнистая сталь (пластины 0,35 мм), M6 1,2 0,84
Кремнистая сталь без ориентированной зернистости (пластины 0,5 мм), M7 1,1 0,82
Стандартная кремниевая сталь без ориентированной зернистости (или для тяжелых условий эксплуатации) 1,0 0,80
Низкоуглеродистая сталь 0,8 0,70

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтено уменьшение ядра на 5%. поперечное сечение.


Плотность потока в активной зоне

Затем необходимо определить плотность потока сердечника φ (греч. «фи»). Опять же, это зависит от материала, и, если он не известен, та же таблица будет помощь. Если трансформатор должен работать непрерывно или в плохо вентилируемом помещении. окружающей среде, небольшое уменьшение плотности потока (например, на 10%) приведет к уменьшите потери и сохраните трансформатор в холодном состоянии за счет большего количества железа и больше меди. Обратное может быть рассмотрено для снижения стоимости материалов в трансформаторах. используется только в течение коротких периодов времени или не предназначен для работы на полной мощности непрерывно.

После определения плотности потока можно рассчитать трансформатор постоянная γ , выражающая количество витков на вольт всех обмотки по следующей формуле:

Фактор 10 6 учитывает, что поперечное сечение жилы равно выражено в мм 2 . По поводу этой формулы следует отметить еще несколько моментов: например, низкий частоты требуют больше витков, и вы могли заметить, что 60 Гц трансформаторы, которые обычно немного меньше, чем эквивалентные 50 Гц единицы.Более того, низкая магнитная индукция также требует большего количества витков, а это означает, что для уменьшения потока в сердечнике (и уменьшения потерь) приходится наматывать больше витков, даже если это кажется нелогичным. Последнее замечание: для больших сердечников требуется несколько оборотов: если вы когда-нибудь смотрели внутри огромных высоковольтных трансформаторов, используемых энергетическими компаниями для своих высоковольтные линии электропередач, у них всего несколько сотен витков для многих киловольт, в то время как небольшой трансформатор 230 В внутри вашего будильника имеет тысячи поворотов.


Расчет обмоток

Теперь, когда мы знаем постоянную трансформатора γ , легко рассчитать количество витков N для каждой обмотки по формуле:

Обратите внимание, что все напряжения и токи являются среднеквадратичными значениями, а плотность потока выражается его пиковым значением, чтобы избежать насыщения: это объясняет член √2 в уравнении постоянной трансформатора.

Для вторичных обмоток рекомендуется немного увеличить количество витков, скажем, на 5% или около того, чтобы компенсировать потери в трансформаторе.

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает фактор 5% для вторичного повороты.

Вы могли заметить, что количество витков зависит от размера сердечника и магнитного потока. плотность, но не по мощности. Итак, если вашему трансформатору требуется более одной вторичной обмотки, просто повторите расчет обмоток для каждой вторичной обмотки.Но в этом случае выбирайте сердечник достаточно большой, чтобы вместить все обмотки или, в Другими словами, выберите размер сердечника в соответствии с общей мощностью всех вторичные обмотки. Также используйте первичный провод с поперечным сечением, достаточно большим, чтобы выдержать общую мощность.


Выбор правильного провода

Последний шаг — рассчитать диаметр провода для каждой обмотки. Для этого необходимо выбрать плотность тока проводника c . Хороший компромисс — 2,5 А / мм 2 .Более низкое значение потребует больше меди, но приведет к меньшим потерям: это подходит для тяжелых трансформаторов. Более высокое значение потребует меньше меди и сделает трансформатор более дешевым, но из-за повышенного нагрева это будет приемлемо только при кратковременном использовании. время работы на полной мощности или может потребоваться охлаждение. Стандартные значения составляют от 2 до 3 А / мм 2 . После определения плотности тока можно рассчитать диаметр проволоки. используя следующее уравнение:

Или для c = 2.5 А / мм 2 :

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:


Практически

Теперь, когда вычисления завершены, начинается самое сложное: будет ли рассчитанные обмотки подходят на выбранный сердечник? Что ж, ответ непростой и зависит от большого количества факторов: сечение и форма провода, радиус изгиба провода, качество намотки, наличие изолирующей фольги между слоями обмотки и т. д.С другой стороны, некоторый опыт будет полезнее, чем много уравнения.

Купить пустой сердечник трансформатора сложно, и обычно начинаются домашние проекты. от старого трансформатора, чтобы раскрутить и восстановить. Не все трансформаторы можно разобрать: некоторые склеены смола, которая слишком сильна, чтобы удалить ее без изгиба основных пластин. К счастью, многие трансформаторы можно разобрать, сняв крышку. который скрепляет все пластины вместе или шлифованием двух сварных швов поперек все тарелки.Затем каждую пластину необходимо осторожно снять, чтобы получить доступ к обмотки. Гнутые или поцарапанные пластины следует выбросить.

Если повезет, можно повторно использовать первичную обмотку и восстановить только вторичный, если первичный не наматывается на вторичный или не имеет неподходящее количество оборотов. Решая, следует ли оставить обмотку как есть или нет, полезно определить его количество витков, но подсчитать их без разматывая катушку.К счастью, есть способ определить количество витков: до разбирая сердечник, просто намотайте несколько витков (скажем, 5 или около того) изолированного провода вокруг обмоток и измерьте напряжение, наведенное в этом самодельном вторичный при нормальном питании трансформатора. По этой величине легко рассчитать количество витков на вольт трансформатора. и подсчитайте количество витков каждой обмотки без фактического подсчета их.

После того, как новые обмотки намотаны, самое время восстановить сердечник, ставим все пластины на место.Без силового пресса их все вернуть будет сложно, но если на в конце остается одна-две пластины, трансформатор все равно будет работать нормально. Но по этой причине при выполнении работ следует немного завышать размер трансформатора. расчеты, выбрав меньшее поперечное сечение жилы. Когда трансформатор запитан, сила на пластинах сердечника значительна. и важно их крепко держать или склеивать; в противном случае ядро будет вибрировать и будет очень шумно.

Многие трансформаторы имеют пластины сердечника E-I, как показано на рисунке выше.При восстановлении сердечника пластины должны быть скрещены: E-I для одной слой и I-E для следующего, и так далее. Это минимизирует воздушный зазор и помогает поддерживать высокий коэффициент связи.

Всегда используйте эмалированный медный провод для всех обмоток. Изолированный провод из ПВХ (обычный электрический провод) — очень плохая идея, потому что слой изоляции очень толстый, занимает много места в сердечнике и является очень плохой проводник тепла: ваш трансформатор очень быстро перегреется.

Всегда кладите слой изолирующей фольги между первичной и вторичной обмотками. если они расположены близко друг к другу, чтобы предотвратить опасность поражения электрическим током в случае нарушение изоляции провода.Используйте что-нибудь тонкое, не горит, и это хороший изолятор. Я использую каптоновую ленту, но может подойти и обычная изолента.

Изоляция эмалированного медного провода обычно составляет до 1000 В (пиковое напряжение). значение). Если возможно, ознакомьтесь со спецификациями проводов, предоставленными его производитель. Если напряжение на крыле превышает это значение, лучше разделить намотка на два или более слоев, разделенных изолирующей фольгой между ними.


Заключение

Представлен простой метод расчета сетевых силовых трансформаторов. и я надеюсь, что это поможет домашним пивоварам в разработке собственных трансформаторов. в соответствии с их конкретными потребностями.Намотка собственных трансформаторов часто является единственным доступным выбором, когда требуются необычные напряжения. Но разобрав трансформатор, сделайте новые обмотки и верните обратно вместе — это много работы, поэтому лучше провести некоторые расчеты, прежде чем получится сразу с первой попытки.


Используемые символы

Обозначение Описание Блок
A Сечение жилы мм 2
д Диаметр проволоки мм
f Рабочая частота Гц
I Среднеквадратичный ток обмотки А
N Количество витков 1/1
п. Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *