Простой расчет трансформатора: Формулы для расчета трансформаторов

Содержание

формулы, фото и видео как рассчитать потери трансформатора

Автор Aluarius На чтение 6 мин. Просмотров 2k. Опубликовано

В основе сборки лежит расчет трансформатора, он же блок питания. Поэтому стоит поговорить именно о проводимых расчетах, то есть, разобраться с формулами и указать на нюансы.

Но проще и дешевле собрать его своими руками. К тому же сам процесс сборки достаточно интересный. Но как показывает практика, в основе сборки лежит расчет трансформатора, он же блок питания. Поэтому стоит поговорить именно о проводимых расчетах, то есть, разобраться с формулами и указать на нюансы.

Конструкция трансформатора.

Конструкция трансформатора

Если посмотреть на трансформатор с внешней стороны, то это Ш-образное устройство, состоящее из металлического сердечника, картонного или пластикового каркаса и обмотки из медной проволоки. Обмоток две.

Сердечник – это несколько стальных пластин, которые обработаны специальным лаком и соединены между собой. Лак наносится специально, чтобы между пластинами не проходило напряжение. Таким способом борются с так называемыми вихревыми токами (токами Фуко). Все дело в том, что токи Фуко просто будут нагревать сам сердечник. А это потери.

Именно с потерями связан и состав пластин сердечника. Трансформаторное железо (так чаще всего называют сталь для сердечника специалисты), если посмотреть ее в разрезе, состоит из больших кристаллов, которые, в свою очередь, изолированы друг от друга окисной пленкой.

Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

  1. Это снижение напряжения до необходимых параметров.
  2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены.

Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Трансформатор позволяет понизить напряжение до необходимых параметров.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

U1/U2=n1/n2, где:

  • U1 – напряжение на первичной обмотке,
  • U2 – на вторичной,
  • n1 – количество витков на первичной обмотке,
  • n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт.

То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.


Внимание! Если в собираемом вами трансформаторе не одна вторичная обмотка, то мощность первичной состоит из суммы мощностей вторичных.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

S=1,15 * √P

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Обратите внимание! Все полученные расчетным путем параметры имеют неокругленную цифру, поэтому округлять надо обязательно и всегда только в большую сторону. К примеру, расчетная мощность получилась 35,8 Вт, значит, округляем до 40 Вт.

Разновидности сердечников для трансформатора.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче. Здесь важно, чтобы количество обмоток уместилось.

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» – сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока. Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц.

Обозначение трансформатора на схеме.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Заключение по теме

В этой статье мы постарались ответить на вопрос, как рассчитать трансформатор сетевого типа? Данный принцип подбора является упрощенным. Но для практических целей он даже очень достаточный. Так что новичкам лучше использовать именно его, и не лезть в дебри математических выкладок с большим количеством составляющих. Конечно, в нем не учитываются все потери, но округления показателей компенсируют их.

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА | Техника и Программы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Параметры и характеристики трансформатора

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

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

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

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

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

Электрический расчет трансформатора

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

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

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт

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

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

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

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

где Рг – габаритная мощность трансформатора

η – КПД трансформатора

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

Таблица 61 Определение КПД трансформатора

Суммарная мощность, Вт

10-20

20-40

40-100

100-300

кпд

трансформатора

0,8

0,85

0,88

0,92

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

U, = 6,3 В I, = 1,5 А

U, = 12 В I, = 0,3 А

U3 = 120 ΒΊ3 = 59 мА

Находим суммарную мощность, потребляемую от вторичных обмоток:

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

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

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

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

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

Рис 62 Формы сердечника трансформатора

Рис 63 Расположение катушек на сердечнике

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и опреде

Расчёт трансформатора | Электрик в доме

Автор: admin, 11 Авг 2013

 

Очень часто для питания радиолюбительских конструкций или для питания готовых устройств требуется понижающий трансформатор. Точный расчёт силового трансформатора очень сложен, но для приблизительного расчёта можно воспользоваться упрощёнными формулами. В этой статье рассмотрим как рассчитать трансформатор, собранный на наиболее часто встречающемся магнитопроводе из Ш-образных пластин.

Для расчёта трансформатора нам нужно знать: желаемое напряжение на вторичной обмотке и ток нагрузки. Ели ток нагрузки не известен, но известна его мощность, то вычислить ток не составит труда — нужно мощность поделить на напряжение на вторичной обмотке.

1. Расчёт тока вторичной обмотки

I2 = 1,5*Iн, где

  • I2 — ток во вторичной обмотке, А,
  • Iн — ток нагрузки, А.
2. Определение мощности, потребляемой от вторичной обмотки

P2 = U2*I2, где

  • P2 — мощность вторичной обмотки, Вт,
  • U2 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • I2 — ток вторичной обмотки, А.

Если необходимо несколько вторичных обмоток, то считаем мощность каждой обмотки, а затем складываем мощности всех вторичных обмоток и подставляем в следующую формулу.

3. Определение мощности трансформатора

Pт = 1,25*P2, где

  • Рт — общая мощность трансформатора, Вт,
  • Р2 — мощность вторичной обмотки, Вт.
4. Расчёт тока первичной обмотки

I1 = Pт/U1, где

  • I1 — ток в первичной обмотке трансформатора, А,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В.
5. Определение необходимого сечения сердечника магнитопровода

S = 1,3*, где

  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см²,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Следует заметить, что магнитопровод нужно подбирать так, чтобы отношение ширины сердечника (центральной пластины) магнитопровода к толщине набора было в пределах 1 ÷ 2.

 

 6. Расчёт числа витков в первичной обмотке

W1 = 50*U1/S, где

  • W1 — число витков первичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².
7. Расчёт числа витков во вторичной обмотке

W2 = 55* U2/S, где

  • W2 — число витков вторичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².
8. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

d = 0,632* I, где

  • d — диаметр провода, мм,
  • I — ток обмотки, А (соответственно подставляем I1 и I2 для первичной и вторичной обмоток).

Расчёт приведён для медного провода.

9. Проверка заполняемости окон магнитопровода

После подбора пластин магнитопровода следует проверить влезет ли провод на каркас трансформатора.

Sо = 50*Pт, где

  • Sо — площадь, занимаемая намотанными проводами, в одном окне магнитопровода, мм2,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Если площадь окна подобранного магнитопровода больше или равна вычисленной, то провод влезет.

Рекомендации по сборке и намотке трансформатора

Пластины магнитопровода нужно собирать вперекрышку, как это показано на рисунке вверху.

Магнитопровод следует стянуть обоймой или шпильками с гайками, шпильки необходимо обернуть бумагой или другим изоляционным материалом, чтобы шпильки не замыкали пластины. Если магнитопровод плохо стянут, то он будет гудеть.

Провода следует наматывать равномерно и плотно(иначе могут не влезть). Между каждым рядом надо прокладыват

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.

Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов — Статьи по электротехнике — Каталог статей


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

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

 

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

 

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

 

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

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

 

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

Теперь можно рассчитать число витков обмоток и т.д.

 

 

 

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

Ток первичной обмотки

 

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

 

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

 

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

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

Таблица 1

 

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

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

 

Мощность первичной цепи

 

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

 

Число витков на один вольт

 

Ток первичной обмотки

 

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

• для первичной обмотки

 

 

 

• для повышающей обмотки

 

 

 

• для обмотки накала ламп

 

 

 

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

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

• для первичной обмотки

 

• для повышающей обмотки

 

• для обмотки накала ламп

 

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

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

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

Эта мощность определяется по формулам:

 

— для повышающего автотрансформатора

 

— для понижающего автотрансформатора, причем

 

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

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

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

Источник информации: «Школа для электрика: электротехника и электроника. Статьи, советы, полезная информация.

Как рассчитать трансформатор? (Расчёт и перемотка трансформатора #3) |


Серия видеороликов состоит из следующих частей:
0. Как спаять обмоточный провод в трансформаторе.
1. Проверка трансформатора. (Расчёт и перемотка трансформатора #1)
2. Как разобрать трансформатор? (Расчёт и перемотка трансформатора #2)
3. Как рассчитать трансформатор? (Расчёт и перемотка трансформатора #3)
4-1. Как намотать трансформатор? Первичная обмотка (Расчёт и перемотка трансформатора #4.1)
4-2. Как намотать трансформатор? Вторичная обмотка 12В, 0,5А. (Расчёт и перемотка трансформатора #4.2)
4-3. Как намотать трансформатор? Вторичная обмотка 75В, 12А. (Расчёт и перемотка трансформатора #4.3)
5. Сборка перемотанного трансформатора. (Расчёт и перемотка трансформатора #5)
6. Проверка перемотанного трансформатора. (Расчёт и перемотка трансформатора #6)

Продолжаем работу над нашим трансформатором. Напомню, что мы его разобрали и теперь нужно рассчитать кол-во витков необходимое для намотки.
Мне нужно намотать трансформатор со следующими обмотками и параметрами:

Нужна первичная обмотка на 220В, две вторичные по 12В, способные отдать в нагрузку 0,5А, и одна вторичная обмотка намотанная шиной, и содержащая большое кол-во отводов. На её расчёте я останавливаться не буду, чтобы не тратить ваше время, так как всё делается аналогично обмотке 12В, которые я и рассчитаю.
Напряжение не обмотке зависит от кол-ва витков, а сила тока зависит от диаметра/сечения провода.
Начнём разбираться с первичной обмоткой.
Для начала разберёмся с кол-вом витков. Если с нуля мотать трансформатор, то первым делом необходимо рассчитать такой параметр как кол-во витков необходимых для одного вольта. Этот параметр зависит от характеристик сердечника таких как сечение и магнитная индукция, и от частоты питающей сети, которая в наших сетях составляет 50 Гц. Эти расчёты по железу сейчас нет смысла делать, так как их уже сделали при изготовлении данного трансформатора. Ими и воспользуемся. В первой части, мы при проверке трансформатора подавали на 110В обмотку номинальные 110В, и при этом на обмотке 24В, мы получили напряжение 24.8. Разматывая обмотку для 24В, я посчитал витки, и у меня их получилось 18. Этих данных достаточно для определения кол-ва витков на вольт. Получается что 18 витков выдают 24.8В, следовательно для одного вольта необходимо 18/24.8=0.73 витка. Зная это значение, я могу определить число витков в любой обмотке.
Например, можно узнать число витков в первичной обмотке рассчитанной на 380В. При измерениях я получил на ней напряжение 377В, следовательно, она содержит 377*0,73=275.21, округляем до большего и получаем 276 витков.
Для напряжения 220В первичная обмотка должна содержать 220*0.73=160, 6 округляем до большего и получаем 161 виток.
Таким же образом рассчитываем кол-во витков для вторичной обмотки. Мне нужно 12В, это составляет 12*0,73=8.76 округляем и получаем 9 витков. С витками разобрались, но следует сказать, что это очень упрощенный расчёт. На выходе мы получим напряжение которое может примерно на 5% отличаться от расчётного. Я часто пользуюсь этим методом, и результаты меня всегда устраивали.
Подобной техникой можно пользоваться, если например, на имеющийся трансформатор с неизвестными параметрами нужно намотать дополнительную обмотку. Для этого временно наматываем несколько десятков витков любого изолированного провода, можно даже в ПВХ изоляции. Подаём на первичную обмотку номинальное напряжение. Измеряем выходное напряжение на только что намотанной временной обмотке. Затем рассчитываем кол-во витков на 1 вольт для данного трансформатора и пересчитываем сколько нужно витков для вашей обмотки. Сматываем временную обмотку и мотаем свою на необходимое напряжение.

С витками мы разобрались, теперь необходимо определиться с диаметром провода, он в свою очередь зависит от силы тока, которую должна обеспечить обмотка. Для примера возьмём нашу вторичную обмотку на 12В которая должна обеспечить пол ампера. Для данных расчётов необходимо понимать такую величину, которая называется плотность тока. Это величина, показывающая какой ток течёт через каждый квадратный миллиметр сечения провода.
При прокладке проводки медным проводом, допускается использовать в расчётах плотность тока от 6 до 10А на мм квадратный. Если использовать алюминиевый провод, то плотность тока для него меньше уже от 4 до 6 А на мм квадратный. Это связанно с тем, что алюминий хуже проводит ток, то есть имеет большее удельное сопротивление и при протекании тока 10 А на каждый миллиметр квадратный, провод будет выделять больше тепловой энергии чем успеет рассеять, при этом он будет нагреваться.
Если для медной проводки которая хорошо охлаждается можно использовать плотность тока до 10А на мм квадратный, то при расчётах трансформаторов данное значение недопустимо, так как обмотки находятся внутри катушки, и очень плохо отводят от себя тепло, особенно обмотки в середине катушки. В разных справочниках рекомендации по выбору плотности тока для обмоток трансформаторов разнятся. Для мощности 1 кВт рекомендуется использовать плотность тока для медного провода от 1.5 до 2.5-3 А на мм квадратный. Чем большую плотность тока принимаем в расчёт, тем меньше потребуется меди, но сильнее будет греться трансформатор, и следовательно уменьшится его КПД. Маленькая плотность тока потребует использовать толстые провода, и можно столкнуться с тем, что обмотка не влезает в предназначенное для неё окно, но трансформатор будет холодным. К примеру, при использовании трансформатора в вентилируемом корпусе, можно взять большую плотность тока, а при применении трансформатора в глухом корпусе который будет эксплуатироваться под прямыми солнечными лучами, и следовательно сильно греться, плотность нужно брать меньшую.
Мой трансформатор будет эксплуатироваться в ангельских условиях, он будет работать в корпусе с принудительной вентиляцией. С трансформатора необходимо кратковременно получать мощность 800-900Вт, в остальное время он будет эксплуатироваться при мощности не более 500-600Вт. Поэтому можно смело брать плотность тока 2.5А на миллиметр квадратный.
Получается что для тока 0.5А протекающем по обмотке, необходимо сечение провода 0.5/2.5=0.2мм квадратных.
Сечение это не диаметр, не путайте. Сечение можно найти по формуле S=PiR2. Отсюда можно найти радиус провода, который равен R=sqrt(S/Pi). Радиус получается 0.25. Так как диаметр это два радиуса, то получается что нужно использовать провод диаметр которого по меди больше или равно 0. 5 мм.

Подобным образом рассчитываем диаметры проводов всех остальных обмоток.
Трансформаторы ОСМ предназначены для работы на производстве, и рассчитаны для обеспечения номинальной мощности продолжительное время. Они изготовлены с очень большим запасом. Поэтому, скорее всего диаметр провода первичной обмотки заложен с запасом. Давайте посчитаем, какую плотность тока взяли при расчёте этого трансформатора.
Так как первичная обмотка рассчитана на 380В а мощность трансформатора 1000Вт, то ток который течёт в обмотке при максимальной мощности равен 1000/380=2.63A. Теперь посчитаем сечение провода. Для этого измерим микрометром диаметр провода. Он получился 1.47мм. Это провод вместе с лаковой изоляцией. Изоляция в проводах такого диаметра составляет около 0.07мм. Получается, что медь имеет диаметр 1.4мм. Сечение получается 1.54 мм квадратных. У нас получилось что по 1.54 квадратных миллиметров течёт ток 2.63А, следовательно плотность тока получается 1.70А на мм квадратный, как видите до приятых для нашего расчёта 2. 5А на мм очень далеко.
Я планирую оставить этот провод в качестве своей первичной обмотки. Давайте посчитаем какую мощность мы сможем получить на данном проводе при напряжении 220В и принятой нами плотности тока 2.5А на мм квадратный. Сечение провода у нас получалось 1.54 мм, следовательно при плотности тока 2.5 мм мы получим ток 1.54*2.5А на мм2 = 3.85А. При номинальном напряжении 220В, максимальная мощность получается 3.85*220=847Вт, Это мощность, которую можно получить при плотности тока 2.5 А на мм2в проводе который уже есть в первичной обмотке этого трансформатора. Мощности 840 Вт достаточно для моей задачи. Даже если предположить что по каким-то причинам потребляемая от трансформатора мощность станет 1000Вт, то в данном случае плотность тока будет составлять 1000/220=4.54А, при сечении провода 1.54 плотность тока получается 2.95А, что не выходит за максимально рекомендованные 3А/мм2, следовательно трансформатор будет работать долго и счастливо.
Сейчас в первичной обмотке 276 витков и она рассчитана на 380В,но для номинального напряжения 220В, как мы рассчитали ранее первичная обмотка должна содержать 161 виток, следовательно нам нужно смотать 276-161=115 витков.
Смотку лишних витков и намотку вторичной обмотки я покажу в следующем ролике. А пока можно перепроверить расчёты, иначе если вы ошиблись, вам придётся всё смотать, и намотать заново. Так что лучше потратьте сейчас несколько минут для проверки, чем в случае ошибки потратить несколько часов всё переделывая…

Рубрики: Перемотка рабочего трансформатора, Радиолюбительская технология | Тэги: Как рассчитать трансформатор?, Радиолюбительская технология, Трансформатор, Устройства своими руками | Ссылка

Общее использование — простые преобразователи

В этом разделе содержится общая информация об использовании и советы, применимые к большинству задач в библиотеке.

Модели для конкретных задач

Модели

Simple Transformer построены с учетом конкретной задачи обработки естественного языка (NLP). Каждая такая модель оснащена функциями и функциями, которые наилучшим образом соответствуют той задаче, для которой они предназначены. Высокоуровневый процесс использования моделей Simple Transformers следует той же схеме.

  1. Инициализация модели для конкретной задачи
  2. Обучите модель с помощью train_model ()
  3. Оцените модель с помощью eval_model ()
  4. Делайте прогнозы для (немаркированных) данных с помощью pred ()

Однако между разными моделями есть необходимые различия, чтобы гарантировать, что они хорошо подходят для выполнения поставленной задачи. Ключевыми отличиями обычно являются различия в форматах входных / выходных данных и любых специфических функциях / параметрах конфигурации задачи.Все это можно найти в разделе документации по каждой задаче.

Реализуемые в настоящее время модели Simple Transformer для конкретных задач вместе с их задачами приведены ниже.

Модель
Задача Модель
Двоичная и мультиклассовая классификация текста Классификация Модель
Разговорный AI (обучение чат-ботов) ConvAIModel
Генерация языка Язык Генерация Модель
Обучение языковой модели / настройка ЯзыкМоделирование Модель
Классификация текста с несколькими ярлыками MultiLabelClassificationModel
Мультимодальная классификация (объединение текстовых и графических данных) Мультимодальная Классификация Модель
Признание зарегистрированного лица NERM Модель
Вопрос-ответ Ответ на вопрос Модель
Регрессия Классификация Модель
Классификация пар предложений Классификация Модель
Генерация текстового представления Представление Модель

Создание модели для конкретной задачи

Чтобы создать модель Simple Transformers для конкретной задачи, вы обычно указываете model_type и model_name . Любые отклонения от этого будут отмечены в соответствующей документации модели.

Классификационные модели — простые трансформаторы

Пропустить ссылки

  • Перейти к основной навигации
  • Перейти к содержанию
  • В нижний колонтитул
Простые трансформаторы
  • Документация
  • Учебники
  • Около
Переключить поиск Переключить меню
    Переключить меню
    • Начиная
      • Установка
      • Обновление
      • Обычное использование
      • Советы и хитрости
    • Текстовая классификация
      • Особенности классификации
      • Классификация моделей
      • Форматы данных
      • Двоичная классификация
      • Мультиклассификация
      • Регрессия
      • Классификация пар предложений
      • Классификация нескольких этикеток
    • Признание именованных сущностей
      • Особенности NER
      • NER Модель
      • Форматы данных NER
      • NER Минимальный старт
    • Ответ на вопрос
      • Особенности ответа на вопрос
      • Вопрос-ответ Модель
      • Форматы данных для ответов на вопросы
      • Вопрос Ответ Минимальный старт
    • Языковое моделирование
      • Особенности моделирования языков
      • Модель моделирования языка
      • Форматы данных моделирования языков
      • Минимальный запуск языкового моделирования
    • Модель T5
      • T5 Особенности
      • T5 Модель
      • Форматы данных T5
      • T5 Минимальный запуск
    • Seq2Seq
      • Особенности Seq2Seq
      • Seq2Seq Модель
      • Форматы данных Seq2Seq
      • Seq2Seq Минимальный запуск
    • Разговорный AI
      • Особенности разговорного ИИ
      • Разговорный AI Модель
      • Разговорные форматы данных AI
      • Разговорный AI Минимальное начало
    • Генерация текстового представления
      • Примеры текстового представления
      • Модель текстового представления
    • Мета
      • История
      • Содействие
      • Старая документация
      • Лицензия
      • Конфиденциальность
    На этой странице
    • ClassificationModel
      • Класс Классификация Модель
      • Указание количества классов / этикеток
        • Двоичная классификация
        • Классификация нескольких классов
        • Регрессия
      • Установка весов классов
      • Настройка модели классификации
    • MultiLabelClassificationModel
      • Класс MultiLabelClassificationModel
      • Указание количества этикеток
      • Установка весов классов

    Как построить понижающие трансформаторы с помощью расчетов

    Понижающий трансформатор — это устройство, которое понижает более высокий потенциал переменного тока до более низкого потенциала переменного тока в соответствии с его коэффициентом намотки и спецификациями.

    В этой статье мы собираемся обсудить, как спроектировать и сконструировать базовый понижающий трансформатор, который обычно применяется в источниках питания от сети.

    Введение

    Это, вероятно, поможет любителям электроники разработать и построить свои собственные трансформаторы, основанные на их конкретных требованиях. На следующих страницах представлен упрощенный метод компоновки для получения удовлетворительно разработанных трансформаторов. С другой стороны, процесс проектирования может стать предметом некоторых экспериментов.

    Таблицы, представленные в этой статье, сокращают расчеты обрезки, которые помогают проектировщику найти подходящий размер проволоки или даже сердечника для ламинирования. Здесь представлены исключительно относящиеся к делу данные и расчеты, чтобы дизайнер не был сбит с толку ненужными деталями.

    Здесь мы конкретно обсудим трансформаторы, которые имеют 2 или более обмоток изолированного медного провода вокруг стального сердечника. Это одна первичная обмотка и одна или несколько вторичных обмоток.

    Каждая обмотка электрически изолирована друг от друга, однако магнитно соединена с помощью многослойного железного сердечника. Небольшие трансформаторы имеют корпусную структуру, т. Е. Обмотки окружены сердечником, как показано на рис. 1. Мощность, подаваемая вторичной обмоткой, фактически передается от первичной, хотя на уровне напряжения, зависящем от коэффициента намотки пара обмоток.

    Видеоинтерпретация

    Базовая конструкция трансформатора

    В качестве начального этапа проектирования трансформатора необходимо четко выразить оценки первичного и вторичного напряжения и номинальный ток вторичной обмотки.

    После этого определите содержание сердечника, которое будет использоваться: штамповка из обычной стали или холоднокатаная штамповка с ориентированным зерном (CRGO). CRGO отличается большей допустимой плотностью потока и меньшими потерями.

    Наилучшее возможное поперечное сечение жилы приблизительно определяется по:

    Площадь сердечника: 1,152 x √ (выходное напряжение x выходной ток) кв. См.

    Что касается трансформаторов, имеющих несколько вторичных обмоток, необходимо учитывать сумму выходного напряжения на ампер каждой обмотки.

    Количество витков на первичной и вторичной обмотках определяется по формуле для отношения витков на вольт как:

    витков на вольт = 1 / (4,44 x 10 -4 частота x площадь сердечника x плотность потока)

    Здесь частота обычно составляет 50 Гц для домашней электросети в Индии. Плотность потока можно считать приблизительно 1,0 Вебер / кв. М. предназначена для штамповки обычной стали и примерно 1,3 Вебера / кв.м. для штамповки CRGO.

    Расчет первичной обмотки

    Ток в первичной обмотке представлен по формуле:

    Первичный ток = Сумма вольт и ампер, деленных на первичные вольт x КПД

    КПД малого трансформаторы могут отклоняться от 0. От 8 до 0. §6. Значение 0,87 очень хорошо подходит для обычных трансформаторов.

    Для обмотки необходимо определить подходящий размер провода. Диаметр провода зависит от номинального тока обмотки, а также от допустимой плотности тока провода.

    Плотность тока может достигать 233 ампер / кв. См. в небольших трансформаторах и минимум 155 ампер / кв. см. в больших.

    Данные обмотки

    Обычно значение 200 ампер / кв. См. можно считать, согласно которому создается Таблица №1.Количество витков в первичной обмотке выражается формулой:

    Первичная Оборотов = Число витков на вольт x Первичное напряжение

    Площадь, потребляемая обмоткой, определяется плотностью изоляции, техникой намотки и проводом. диаметр.

    В таблице № 1 приведены расчетные значения витков на квадратный см. через которое мы можем рассчитать площадь окна, потребляемую первичной обмоткой.

    Площадь первичной обмотки = Число витков первичной обмотки / Число витков на кв. см из таблицы № 1

    Расчет вторичной обмотки

    Учитывая, что у нас есть предполагаемый номинальный вторичный ток, мы можем определить размер провода для вторичной обмотки, просто просматривая Таблицу № 1 напрямую.

    Количество витков на вторичной обмотке рассчитывается идентичным методом, когда дело касается первичной обмотки, но необходимо включить около 3% лишних витков, чтобы компенсировать внутреннее падение напряжения вторичной обмотки трансформатора при нагрузке.Следовательно,

    Число витков вторичной обмотки = 1,03 (витков на вольт x вторичное вольт)

    Площадь окна, необходимая для вторичной обмотки, определена в таблице 2 как

    Площадь вторичного окна = Число витков вторичной обмотки / число витков на кв. См. (из Таблицы № 2 ниже)

    Расчет размера сердечника

    Основным критерием выбора сердечника может быть общая площадь окна доступного пространства обмотки.

    Общая площадь окна = Площадь основного окна + сумма площадей второстепенных окон + пространство для бывшего окна и изоляция.

    Необходимо немного больше места для поддержки первого и изоляции между обмотками. Конкретное количество дополнительной площади может отличаться, даже если для начала можно было бы рассмотреть 30%, хотя это может потребоваться настроить позже.

    Таблица размеров штамповки трансформатора

    Идеальные размеры сердечников, обладающих более значительным оконным пространством, обычно определяются из Таблицы # 2 с учетом зазора между слоями при их укладке (элемент укладки сердечника может быть принят равным 0.9), теперь у нас есть

    Общая площадь ядра = Площадь ядра / 0,9 см2. Как правило, предпочтительна квадратная центральная конечность.

    Для этого ширина язычка ламинирования составляет

    Ширина язычка = √ Общая площадь сердечника (кв. См)

    Теперь еще раз обратитесь к Таблице № 2 и в качестве последнего пункта найдите подходящий размер сердечника , имеющей достаточную площадь окна и близкое значение ширины язычка согласно расчету. При необходимости измените высоту штабеля, чтобы получить желаемую секцию сердечника.

    Высота штабеля = общая площадь сердечника / фактическая ширина язычка

    Стопка не должна быть намного ниже ширины язычка, а должна быть больше. Однако он не должен превышать ширину языка более чем в 11/2 раза.

    Схема сборки сердечника

    Как собрать трансформатор

    Обмотка выполняется поверх изолирующего каркаса или бобины, которая устанавливается на среднюю стойку ламинированного сердечника. Обычно сначала наматывается первичная обмотка, а затем вторичная, сохраняя изоляцию между двумя слоями обмотки.

    Последний изолирующий слой наносится поверх обмотки, чтобы защитить их от механических повреждений и вибрации. Когда используются тонкие провода, их отдельные концы необходимо припаять к более тяжелым проводам, чтобы вывести клеммы за пределы первого.

    Ламинирование, как правило, накладывается на основу альтернативным ламинированием в обратном порядке. Ламинирование должно быть плотно связано с помощью подходящей зажимной рамы или с помощью гаек и болтов (в случае, если в ламинирующем узле имеются сквозные отверстия).

    Как применять экранирование

    Это может быть разумной идеей использовать электростатический экран между первичной и вторичной обмотками, чтобы избежать электрических помех, передаваемых через вторичную обмотку от первичной.

    Экран понижающих трансформаторов может быть изготовлен из медной фольги, которую можно намотать между двумя обмотками на несколько большее расстояние. Изоляция должна быть нанесена по всей фольге, и должны быть приняты соответствующие меры, чтобы два конца фольги никогда не соприкасались друг с другом.Кроме того, с этим экранирующим полем можно припаять провод и соединить его с линией заземления схемы или с пластиной трансформатора, которая может быть зажата с линией заземления схемы.

    О Swagatam

    Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
    Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

    Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником

    Расчет ферритового трансформатора — это процесс, в ходе которого инженеры оценивают различные характеристики обмотки и размер сердечника трансформатора, используя феррит в качестве материала сердечника.Это помогает им создать идеально оптимизированный трансформатор для конкретного приложения.

    В сообщении представлено подробное объяснение того, как рассчитать и разработать индивидуальные трансформаторы с ферритовым сердечником. Содержание легко понять и может быть очень удобно для инженеров, работающих в области силовой электроники и производящих инверторы SMPS.

    Почему ферритовый сердечник используется в высокочастотных преобразователях

    Вы, возможно, часто задавались вопросом о причине использования ферритовых сердечников во всех современных импульсных источниках питания или преобразователях SMPS. Верно, он предназначен для достижения большей эффективности и компактности по сравнению с источниками питания со стальным сердечником, но было бы интересно узнать, как ферритовые сердечники позволяют нам достичь такой высокой степени эффективности и компактности?

    Это потому, что в трансформаторах с железным сердечником железный материал имеет гораздо более низкую магнитную проницаемость, чем ферритовый материал. Напротив, ферритовые сердечники обладают очень высокой магнитной проницаемостью.

    Это означает, что под воздействием магнитного поля ферритовый материал может достигать очень высокой степени намагничивания, лучше, чем все другие формы магнитных материалов.

    Более высокая магнитная проницаемость означает меньшее количество вихревых токов и меньшие коммутационные потери. Магнитный материал обычно имеет тенденцию генерировать вихревой ток в ответ на повышение магнитной частоты.

    По мере увеличения частоты вихревой ток также увеличивается, вызывая нагрев материала и увеличение импеданса катушки, что приводит к дополнительным коммутационным потерям.

    Ферритовые сердечники, благодаря своей высокой магнитной проницаемости, могут более эффективно работать на более высоких частотах благодаря меньшим вихревым токам и меньшим коммутационным потерям.

    Теперь вы можете подумать, почему бы не использовать более низкую частоту, так как это, наоборот, поможет уменьшить вихревые токи? Это кажется верным, однако более низкая частота также означала бы увеличение количества витков для того же трансформатора.

    Поскольку более высокие частоты допускают пропорционально меньшее количество витков, трансформатор становится меньше, легче и дешевле. Вот почему SMPS использует высокую частоту.

    Топология инвертора

    В инверторах с импульсным режимом обычно используются два типа топологии: двухтактная и полный мост.Двухтактный использует центральный отвод для первичной обмотки, в то время как полный мост состоит из одной обмотки как для первичной, так и для вторичной обмотки.

    На самом деле обе топологии имеют двухтактный характер. В обеих формах на обмотку подается непрерывно переключающийся обратный и прямой переменный ток от полевых МОП-транзисторов, колеблющийся с заданной высокой частотой, имитируя двухтактное действие.

    Единственное принципиальное различие между ними заключается в том, что первичная сторона трансформатора с центральным ответвлением имеет в 2 раза больше витков, чем у полномостового трансформатора.

    Как рассчитать инверторный трансформатор с ферритовым сердечником

    Расчет трансформатора с ферритовым сердечником на самом деле довольно прост, если у вас есть все указанные параметры.

    Для простоты мы попробуем решить формулу на примере настройки, скажем, для трансформатора на 250 Вт.

    Источником питания будет аккумулятор на 12 В. Частота переключения трансформатора будет 50 кГц, что является типичным значением для большинства инверторов SMPS. Предположим, что на выходе будет 310 В, что обычно является пиковым значением 220 В RMS.

    Здесь 310 В будет после выпрямления через мостовой выпрямитель с быстрым восстановлением и LC-фильтры. Выбираем ядро ​​как ETD39.

    Как мы все знаем, когда используется батарея 12 В, ее напряжение никогда не бывает постоянным. При полной зарядке значение составляет около 13 В, которое продолжает снижаться по мере того, как нагрузка инвертора потребляет энергию, пока, наконец, батарея не разрядится до минимального предела, который обычно составляет 10,5 В. Поэтому для наших расчетов мы будем рассматривать 10,5 В как значение питания для В дюйм (мин) .

    Первичные витки

    Стандартная формула для расчета числа витков первичной обмотки приведена ниже:

    N (первичный) = В дюйм (ном.) x 10 8 /4 x f x B max x A c

    Здесь N (первичный) относится к номерам первичных витков. Поскольку в нашем примере мы выбрали двухтактную топологию с центральным ответвлением, полученный результат будет составлять половину от общего количества необходимых витков.

    • Vin (ном.) = Среднее входное напряжение. Поскольку наше среднее напряжение батареи составляет 12 В, возьмем Vin (ном.) = 12.
    • f = 50 кГц или 50 000 Гц. Это предпочтительная частота переключения, выбранная нами.
    • B max = максимальная плотность потока в гауссах. В этом примере мы предположим, что B max находится в диапазоне от 1300 до 2000 ГБ. Это стандартное значение для сердечников трансформаторов на основе феррита.В этом примере давайте установим 1500G. Итак, у нас B max = 1500. Более высокие значения B max не рекомендуются, так как это может привести к достижению трансформатором точки насыщения. И наоборот, более низкие значения B max могут привести к недоиспользованию ядра.
    • A c = Эффективная площадь поперечного сечения в см 2 . Эту информацию можно получить из паспортов ферритовых сердечников. Вы также можете найти A c , представленный как A e .Для выбранного сердечника с номером ETD39 эффективная площадь поперечного сечения, указанная в листе технических данных, составляет 125 мм 2 . Это равно 1,25 см 2 . Следовательно, A c = 1,25 для ETD39.

    На приведенных выше рисунках приведены значения всех параметров, необходимых для расчета витков первичной обмотки нашего инверторного трансформатора SMPS. Следовательно, подставляя соответствующие значения в приведенную выше формулу, получаем:

    N (первичный) = V дюйм (номинальный) x 10 8 /4 x f x B макс x A c

    N (первичный) = 12 x 10 8 /4 x 50000 x 1500 x 1.2

    N (первичный) = 3,2

    Поскольку 3,2 — это дробное значение, которое может быть трудно реализовать на практике, мы округлим его до 3 витков. Однако, прежде чем окончательно определить это значение, мы должны выяснить, является ли значение B max все еще совместимым и находится ли оно в допустимом диапазоне для этого нового округленного значения 3.

    Потому что уменьшение количества витков вызовет пропорциональное увеличение B max , поэтому становится обязательным проверить, находится ли увеличенное значение B max в пределах допустимого диапазона для наших 3 витков первичной обмотки.

    Проверка счетчика B max путем подстановки следующих существующих значений получаем:
    Vin (nom) = 12, f = 50000, N pri = 3, A c = 1,25

    B макс. = V дюйм (номинал) x 10 8 /4 x f x N (первичный) x A

    c

    B макс. = 12 x 10 8 /4 x 50000 x 3 x 1.25

    B max = 1600

    Как видно, новое значение B max для N (pri) = 3 витка выглядит нормально и находится в пределах допустимого диапазона. Это также означает, что, если вы в любой момент захотите изменить количество витков N (первичный) , вы должны убедиться, что оно соответствует новому значению B max .

    Напротив, можно сначала определить B max для желаемого числа витков первичной обмотки, а затем отрегулировать число витков до этого значения, соответствующим образом изменив другие переменные в формуле.

    Обороты вторичной обмотки

    Теперь мы знаем, как рассчитать первичную обмотку ферритового инверторного трансформатора SMPS, пора взглянуть на другую сторону, то есть на вторичную обмотку трансформатора.

    Поскольку пиковое значение для вторичной обмотки должно составлять 310 В, мы хотели бы, чтобы это значение сохранялось во всем диапазоне напряжения батареи, начиная с 13 В до 10,5 В.

    Без сомнения, нам придется использовать систему обратной связи для поддержания постоянный уровень выходного напряжения для противодействия низкому напряжению батареи или возрастающим колебаниям тока нагрузки.

    Но для этого должен быть некоторый верхний запас или запас для облегчения этого автоматического управления. Запас +20 В выглядит достаточно хорошо, поэтому мы выбираем максимальное пиковое выходное напряжение как 310 + 20 = 330 В.

    Это также означает, что трансформатор должен быть рассчитан на выдачу 310 В при минимальном напряжении батареи 10,5.

    Для управления с обратной связью мы обычно используем саморегулирующуюся схему ШИМ, которая увеличивает ширину импульса при низком заряде батареи или высокой нагрузке и пропорционально сужает ее при отсутствии нагрузки или при оптимальных условиях батареи.

    Это означает, что при низком заряде батареи ШИМ должен автоматически настраиваться на максимальный рабочий цикл для поддержания предусмотренного выхода 310 В. Можно предположить, что этот максимальный ШИМ составляет 98% от общего рабочего цикла.

    Зазор 2% оставлен на мертвое время. Мертвое время — это нулевой интервал напряжения между каждой частотой полупериода, в течение которого полевые МОП-транзисторы или определенные силовые устройства остаются полностью отключенными. Это гарантирует гарантированную безопасность и предотвращает сквозное прохождение через полевые МОП-транзисторы в переходные периоды двухтактных циклов.

    Следовательно, входное питание будет минимальным, когда напряжение батареи достигнет минимального уровня, то есть, когда В дюйм = В дюйм (мин) = 10,5 В. Это приведет к тому, что рабочий цикл будет максимум 98%.

    Приведенные выше данные могут быть использованы для расчета среднего напряжения (среднеквадратичное значение постоянного тока), необходимого для того, чтобы первичная сторона трансформатора генерировала 310 В на вторичной, при минимальном уровне заряда батареи 10,5 В. Для этого мы умножаем 98% на 10,5. , как показано ниже:

    0.98 x 10,5 В = 10,29 В, это номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора.

    Теперь мы знаем максимальное вторичное напряжение, которое составляет 330 В, и мы также знаем первичное напряжение, которое составляет 10,29 В. Это позволяет нам получить соотношение двух сторон как: 330: 10,29 = 32,1.

    Поскольку коэффициент номинального напряжения равен 32,1, коэффициент передачи также должен быть в том же формате.

    Значение, x: 3 = 32,1, где x = вторичные витки, 3 = первичные витки.

    Решив это, мы можем быстро получить вторичное количество витков

    Следовательно, вторичные витки = 96.3.

    Рисунок 96.3 — это количество витков вторичной обмотки, которое нам нужно для предлагаемого ферритового инверторного трансформатора, который мы проектируем. Как указывалось ранее, поскольку дробные значения сложно реализовать на практике, мы округляем его до 96 оборотов.

    На этом наши расчеты завершены, и я надеюсь, что все читатели, должно быть, поняли, как просто рассчитать ферритовый трансформатор для конкретной схемы инвертора SMPS.

    Расчет вспомогательной обмотки

    Вспомогательная обмотка — это дополнительная обмотка, которая может потребоваться пользователю для некоторой внешней реализации.

    Допустим, помимо 330 В на вторичной обмотке вам понадобится еще одна обмотка для получения 33 В для светодиодной лампы. Сначала мы вычисляем соотношение вторичной: вспомогательной обмотки относительно номинала вторичной обмотки 310 В. Формула:

    N A = V сек / (V aux + V d )

    N A = вторичный: вспомогательный коэффициент, В сек = вторичное регулируемое выпрямленное напряжение, В aux = вспомогательное напряжение, В d = значение прямого падения диода для выпрямительного диода.Поскольку здесь нам нужен высокоскоростной диод, мы будем использовать выпрямитель Шоттки с V d = 0,5 В

    Решение дает нам:

    N A = 310 / (33 + 0,5) = 9,25, округлим его. off на 9.

    Теперь давайте вычислим количество витков, необходимых для вспомогательной обмотки, мы получим это, применив формулу:

    N aux = N sec / N A

    Где N aux = вспомогательные витки, N сек = вторичные витки, N A = вспомогательное передаточное число.

    Из наших предыдущих результатов мы имеем N сек = 96 и N A = 9, подставив их в приведенную выше формулу, мы получим:

    N aux = 96/9 = 10,66, округление дает нам 11 ходов. Таким образом, для получения 33 В нам потребуется 11 витков на вторичной стороне.

    Таким образом, вы можете выбрать размер вспомогательной обмотки по своему усмотрению.

    Заключение

    В этом посте мы узнали, как рассчитать и спроектировать инверторные трансформаторы на основе ферритового сердечника, выполнив следующие шаги:

    • Расчет первичных витков
    • Расчет вторичных витков
    • Определить и подтвердить B max
    • Определите максимальное вторичное напряжение для ШИМ-управления с обратной связью
    • Найдите передаточное отношение первичной вторичной обмотки
    • Вычислите количество витков вторичной обмотки
    • Рассчитайте количество витков вспомогательной обмотки

    Используя вышеупомянутые формулы и расчеты, заинтересованный пользователь может легко спроектировать индивидуальный Инвертор на основе ферритового сердечника для применения в SMPS.

    Для вопросов и сомнений, пожалуйста, не стесняйтесь использовать поле для комментариев ниже, я постараюсь решить как можно скорее

    О Swagatam

    Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель . Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
    Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

    Как рассчитать трансформатор SMPS

    Трансформатор SMPS становится очевидным на выходе всех преобразователей прямого режима.Преобразователи, использующие прямую, двухтактную, полумостовую и полумостовую топологии, обычно являются преобразователями прямого режима. Следовательно, при вычислении выходной индуктивности используются эквивалентные методы для любых 4 таких широко используемых топологий. Фактическая цель выходной катушки индуктивности всегда состоит в том, чтобы сохранять мощность для нагрузки почти в течение каждого цикла переключения, когда выключены силовые устройства (BJT, MOSFET или IGBT). Электрическая работа трансформатора SMPS всегда заключается в объединении прямоугольных импульсов переключения (сигналов с широтно-импульсной модуляцией с изменяющимся рабочим циклом) в постоянный ток.Конденсатор, расположенный после катушки индуктивности, сглаживает постоянный ток в постоянный ток без пульсаций.

    Расчет трансформатора SMPS довольно прост. Чаще всего можно использовать самозамкнутый тороидный сердечник. Ферритовые сердечники с зазором (типы, используемые для ферритовых трансформаторов, например, ETD39), возможно, можно будет использовать без проблем.

    Формула для определения выходной индуктивности:

    L (min) = [Vin (max) — V (out) x T (ON) / 1,4 x Iout (min)

    Vin (max) = Максимальное напряжение рядом с выходным выпрямителем в пределах этого конкретного выхода.
    Vout = выходное напряжение.
    Toff (est) = ожидаемое время включения силового устройства при максимальном входном напряжении.
    Iout (min) = наименьший ожидаемый ток нагрузки для достижения этого выхода.

    По приведенной выше формуле определяется L (мин), которая представляет собой минимальную рекомендуемую индуктивность, ниже которой сердечник будет лишен магнитного потока при наименьшем номинальном токе нагрузки для этого конкретного выхода.

    Убедитесь, что вы спланировали схему, которая позволяет работать без какой-либо нагрузки. Несомненно, вы не можете заменить ноль на Iout (min), потому что это может способствовать получению L (min) числа бесконечности.И конечно, это на самом деле невозможно представить, не так ли?

    Это означает, что вам необходимо выбрать минимально допустимый ток.

    Работайте с резисторной нагрузкой на выходе источника питания, чтобы в случае отсутствия нагрузки эта резисторная нагрузка обеспечивала минимальную нагрузку.

    Iout (min) должен быть достаточно значительным, чтобы L (min) определенно не было чрезмерно большим; Кроме того, он не должен быть чрезмерно массивным, что может вызвать чрезмерный дефицит мощности и, следовательно, отрицательный КПД из-за рассеяния мощности в выходном резисторе. 2

    L будет индуктивностью, а N будет количеством витков.Использование M в качестве аргумента:

    L = √ L / AL

    Таким образом, вот формула, которая может быть использована для вычисления количества витков, когда мы определяем предпочтительную индуктивность.

    Иногда вы, вероятно, не знакомы с оценкой AL. Вы, возможно, не узнаете спецификацию компонента ядра, которым вы владеете, поэтому не сможете идентифицировать таблицу.

    Независимо от объяснения, можно экспериментально определить оценку AL.

    Сделайте несколько оборотов и определите индуктивность с помощью L-метра. После этого измерьте индуктивность для наборов с разным числом витков.

    Сделайте это снова для всех выбранных чисел оборотов. Следовательно, определите индуктивность, например, для 5, 10, 20, 40 витков, после чего для каждого и каждого определите значение AL. Получите среднее значение AL.

    Одна из вещей, которую можно сделать, — это нарисовать график зависимости L от N2. Градиент наиболее эффективной линии совпадения может быть значением AL.Вы также можете математически определить градиент «линии регрессии». Выполняйте любой курс, который вы понимаете, самый быстрый.

    В этот момент давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы решить то, что вы понимали до этого момента.

    Оговоримся, что наш преобразователь является полумостовым преобразователем.

    Входное напряжение преобразователя будет отличаться от 150 В переменного тока (212 В постоянного тока) до 250 В переменного тока (354 В постоянного тока). Выходное напряжение преобразователя может составлять 14 В постоянного тока. Частота поворота 50 кГц.

    Первичная обмотка трансформатора: 26 витков
    Вторичная обмотка трансформатора: 4 + 4 витка

    Формула для вычисления минимальной существенной индуктивности:

    L (мин) = [Vin (макс.) — V (выход) x T (ВКЛ.) / 1,4 x Iout (мин.)

    Нам нужно будет оценить выходное напряжение с вторичной обмоткой трансформатора на входе 354 В постоянного тока, что может быть нашим оптимальным входным напряжением.

    Считаем, что падение напряжения на выпрямительном диоде составляет 1В. Следовательно, типичное выходное напряжение во вторичной обмотке трансформатора составляет 15 В.Соотношение витков трансформатора (первичная: вторичная) = 26: 4 = 6,5

    Таким образом, в любое время типичное вторичное напряжение равно 15 В, типичное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 6,5 * 15 В = 97,5 В. В случае, если рабочий цикл составлял 100%, напряжение на первичной обмотке трансформатора могло быть 177 В (50% напряжения шины постоянного тока — с учетом полумостовой топологии). Следовательно, рабочий цикл равен (97,5 / 177) * 100% = 55%.

    Среднее выходное напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет 15 В, при рабочем цикле 55%. Следовательно, максимальное выходное напряжение составляет 15 В / 0.55 = 27,3 В, тогда предполагается уменьшение диода на 1 В. Следовательно, Vin (макс.) Составляет 26,3 В.

    При оптимальном входном напряжении рабочий цикл, вероятно, будет наименьшим. Это может быть любое время, когда перерыв будет самым большим.

    Теперь мы определили значение рабочего цикла 55% — это фактически минимальное значение рабочего цикла. Поскольку частота переключения составляет 50 кГц, период времени составляет 20 мкс. Период выключения составляет 0,45 * 20 мкс = 9 мкс. Это наш Toff (est).

    Предположим, что конкретная минимальная нагрузка потребляет ток 500 мА.При использовании выхода 14 В и тока 500 мА рассеиваемое на выходном резисторе электричество, вероятно, будет:

    P = VI = 14 x 0,5 Вт = 7 Вт

    Это определенно большая мощность! Если это приемлемо, обязательно используйте минимальную нагрузку 500 мА. Если вы решите довести минимальную нагрузку до 250 мА, вы уменьшите рассеиваемую мощность (см. Выше) до 3,5 Вт.

    Итак, теперь мы выяснили все существенные переменные. Давайте объединим их в формулу.-6 / 1,4 x 0,25

    = 316uH

    Это часто является минимальным ожидаемым значением индуктивности. Не стесняйтесь использовать индуктивность выше установленного минимального числа, учитывая, что вы точно определили минимальную существенную индуктивность.

    Предположим, мы будем использовать индуктивность 450 мкГн. Предположим, мы выбрали тороидный сердечник с оценкой AL 64 нГн на квадратный оборот.

    Начнем с того, что ожидаемая индуктивность составляет 316 мкГн, что может быть эквивалентно 316000 нГн.

    Следовательно, предпочтительный диапазон оборотов:

    Это может быть 70 или 71 виток. Часто это для 316 мкГн.

    Относительно 450 мкГн:

    Сделаем примерно 84 витка.

    Итак … теперь вы знаете, как рассчитать количество оборотов трансформатора SMPS в домашних условиях, и вы можете применить это простое решение, чтобы определить необходимую выходную индуктивность для любого преобразователя, в котором используются прямой, двухтактный, полумостовой или полномостовая топология. Это легко, а также. Будем надеяться, что у меня лично была возможность дать вам возможность понять без сомнения.Я хочу быть благодарен за ваши отзывы и мнения!

    Калькулятор катушек и трансформаторов

    Калькулятор катушек и трансформаторов

    Вернуться к оглавлению.

    Калькулятор катушек и трансформаторов.

    С помощью этого калькулятора катушек вы можете спроектировать и рассчитать свойства катушки. или трансформатор.
    Введите параметры в поля желтого цвета и затем нажмите кнопки расчета.

    Ниже калькулятора вы найдете более подробное описание расчетов.
    Используйте десятичную точку (не запятую), если вы хотите ввести десятичные дроби.

    рекомендую вы также можете прочитать эту веб-страницу по поводу катушек и трансформаторов, многие вещи, которые я использую в этом калькуляторе, Я там учился.
    Он объясняет это очень ясно.

    Расшифровка терминов, используемых в этом калькуляторе

    Индуктивность: L

    Индуктивность катушки — это свойство, которое описывает соотношение между напряжением, индуцированным в катушке, и изменением тока через катушку.

    L = V L / (di / dt)

    Где:
    L = индуктивность катушки в Генри (Гн).
    В L = Напряжение, индуцированное в катушке в вольтах.
    di / dt = изменение тока через катушку в Амперах в секунду.

    Магнитный поток: Φ

    Магнитный поток, обычно обозначаемый как Φ, равен измеряется в единицах Вебера (Вб).
    Если у вас есть петля из провода, и вы подаете на нее 1 Вольт в течение 1 секунды, магнитный поток в петле изменится на 1 Вебер.
    Неважно, какого размера или формы петля, или из какого материала внутри петля есть.
    Вы можете представить себе единицу Wb как количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петля.

    Для одиночного контура применяется:
    Φ = Vt

    Если катушка имеет более одного витка, мы можем использовать следующую формулу:
    Φ = Vt / N

    Где:
    Φ = изменение магнитного потока в катушке в Weber
    V = напряжение на катушке в вольтах
    t = время в секундах
    N = количество витков катушки

    Плотность магнитного потока: B

    Плотность магнитного потока B измеряется в единицах Тесла (Т).
    Плотность магнитного потока указывает магнитный поток через определенную область.

    Один Tesla — это один Вебер на квадратный метр
    Или в формуле:
    B = Φ / A

    Где:
    B = плотность магнитного потока в теслах
    Φ = магнитный поток в Weber
    A = площадь в квадратных метрах

    Максимальная плотность магнитного потока при низкой частота: Bmax = Bsat

    Магнитные материалы, используемые в сердечниках катушек и трансформаторов, могут использоваться до определенная максимальная плотность магнитного потока.
    Для низкочастотных приложений (включая постоянный ток) максимальная плотность потока ограничена магнитным насыщения материала сердечника, эта плотность потока называется Bsat.
    В насыщенном состоянии все магнитные области в материале направлены одинаково направление.

    Однако теоретически возможно увеличить плотность потока выше насыщения, из-за проницаемости вакуума.
    Но для этого требуется большой ток через катушку и чрезмерные потери мощности в обмотки.
    Выше насыщения катушка потеряет большую часть своей индуктивности и запустится. действует как катушка без материала катушки.
    Итак, держите плотность потока ниже Bsat.
    Значение Bsat указано в спецификации материала сердечника.
    Например, Bsat составляет около 0,3 Тл для ферритового материала и около 1,3 Тл для кремнистая сталь.

    Значение Bsat зависит от температуры, чем выше температура, тем в большинстве случаев ниже Bsat.
    В этом калькуляторе я использую значение Bsat при 100 ° C, который автоматически появляется в поле Bmax при выборе материала сердцевины.
    Итак, это наиболее безопасное значение, при более низкой температуре, однако Bsat может быть выше.

    Максимальная плотность магнитного потока на более высокой частоте: Bmax
    Для более высокочастотных приложений максимальный поток плотность в ядре ограничена потерями мощности в ядре, а не ядром насыщенность.
    На более высоких частотах нам нужно уменьшить значение Bmax ниже Значение Bsat, чтобы избежать перегрева ядра из-за потери собственной мощности.
    Чем выше частота, тем ниже значение Bmax.

    Для сердечников большего размера необходимо соблюдать плотность потока Bmax. ниже, чем для сердечников меньшего размера, чтобы избежать перегрева сердечника.
    Это потому, что объем ядра (который производит тепло) увеличивается быстрее, чем внешняя часть сердечника (которая должна рассеивать тепло).

    Мой калькулятор катушек и трансформаторов не рассчитывает для вас потери в сердечнике.
    Вместо этого вы должны ввести определенную максимальную плотность потока в калькулятор, что будет удерживать потери в сердечнике ниже желаемого уровня.


    Потери в сердечнике в сердечниках из кремнистой стали

    На следующих рисунках показаны некоторые примеры потерь в сердечнике в кремнистой стали (также называется: электротехническая сталь или трансформаторная сталь).


    Рисунок 1. Потери в сердечнике в кремнистой стали.

    На рисунке 1 приведены некоторые примеры потерь в сердечнике при различной толщине ламинирования. и частоты.
    Чем выше частота, тем больше потери.
    А более толстая ламинация дает большие потери.
    Чтобы преобразовать толщину ламинирования из «мил» в «мм», умножьте на 0,0254.
    Однако потери в сердечнике (в ватт / кг) выше на более высоких частотах, Сердечник трансформатора можно уменьшить на более высоких частотах.
    И вы можете получить высокочастотный трансформатор с меньшими потерями в сердечнике (в ваттах), по сравнению с низкочастотным трансформатором той же номинальной мощности.

    Для трансформаторов линий электропередачи при 50 или 60 Гц потери в сердечнике обычно очень велики. ниже потери в обмотках при полной нагрузке.
    При 50 или 60 Гц вы можете использовать в конструкции трансформатора, плотность потока в ядро равно: Bsat.

    Для аудиопреобразователя вы разрабатываете самую низкую частоту звука. сигнал, если он не превышает 100 Гц, вы можете использовать Bsat в качестве максимальная плотность потока в сердечнике.
    Для более высоких звуковых частот ток намагничивания и плотность потока в ядро автоматически уменьшается.


    Рисунок 2, потери в сердечнике в кремнистой стали при различных частотах.
    Эти данные относятся к неориентированной кремнистой стали марки М-19 толщиной 14 мил или Толщина 0,36 мм.
    О, а 1 фунт равен 0,45359 кг.


    Потери в ферритовых сердечниках

    Ферритовые сердечники имеют гораздо меньшие потери мощности на высоких частотах, чем кремниевые стальные сердечники.
    Информация о максимальной плотности потока на определенной частоте может быть найдено в техническом описании ферритового материала, вот два примера:


    Рисунок 3. Потери в сердечнике феррита N27.

    На рисунке 3 показано соотношение между частотой, плотностью потока и потерями мощности в сердечник для ферритового материала N27, который насыщается при 0,41 Тл при 100 C.
    Предположим, мы хотим, чтобы максимальная потеря мощности в активной зоне составляла 100 кВт / м. , что соответствует 100 мВт / см, я обозначил это значение красной линией.
    Для сигнала 10 кГц (зеленая линия) мы находим максимальное пиковое значение для поток 300 мТл (= 0,3 Тл) при 100 C.
    А для 200 кГц (синяя линия) мы находим максимум 50 мТл (= 0.05 Тесла).


    Рисунок 4. Потери в сердечнике феррита 3C90.

    На рисунке 4 показаны потери в сердечнике для ферритового материала 3C90, здесь данные представлен немного иначе.
    Для потерь в сердечнике 100 кВт / м (= 100 мВт / см) мы найдите на частоте 200 кГц максимальную пиковую плотность потока 70 мТл (= 0,07 Тесла).


    Эффективная площадь поперечного сечения сердечника: Ae

    Эффективная площадь поперечного сечения сердечника может быть найдена в лист данных ядра, это предпочтительный метод.
    Или можете измерить.
    Но только магнитный материал является частью эффективной площади поперечного сечения, поэтому любое изолирующее покрытие, которое может покрывать сердцевину.


    Рисунок 5: В сердечнике трансформатора EI эффективная площадь поперечного сечения (Ae), это площадь центральной ножки.
    Обе внешние лапы обычно имеют площадь 1/2 Ae.

    Когда вы уложили несколько жил, общая эффективная площадь поперечного сечения Ae (всего), равно значению Ae одного ядра, умноженному на количество ядра

    Максимальный магнитный поток в сердечнике: Φmax

    Максимальный магнитный поток в сердечнике рассчитывается по формуле:
    Φmax = Bmax.Ae (всего)

    Где:
    Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике по Weber
    Bmax = максимальная плотность магнитного потока в сердечнике в Tesla
    Ae (total) = Общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах

    Относительная проницаемость керна: μr.

    Относительная проницаемость мкр жилы Материал показывает, насколько больше индуктивности будет у вашей катушки по сравнению с катушка с вакуумом в сердечнике.
    Вакуум имеет проницаемость (μ0) около 1.2566. 10 -6 Гн / м (Генри на метр).
    Относительная проницаемость не имеет единицы.
    Air имеет значение μr 1.00000037, поэтому практически равняется вакууму.
    Относительная проницаемость μr материала керна часто зависит от плотности магнитного потока в сердечнике.
    В этом калькуляторе я использую значение μr, близкое к нулю. плотность потока, в таблицах это обозначается как μi (относительная начальная проницаемость).
    Еще один параметр, который вы можете найти в таблицах данных: μa (относительная амплитудная проницаемость), которая является значением μr при более высокой плотности потока.

    Эффективная проницаемость керна: мкэ

    Если у вас есть катушка, намотанная на кольцевой сердечник, сердечник полностью состоит из сердечника материал, и полностью закрыт ..
    Тогда эффективная проницаемость равна относительной проницаемости основной материал.

    Но многие сердечники состоят из двух частей, которые соединены вокруг катушки. бывший с обмотками на нем.
    Две основные части всегда будут иметь кое-где некоторый зазор или воздушный зазор в между ними, что, кажется, снижает проницаемость ядра.
    У вас есть керн с эффективной проницаемостью, которая меньше, чем относительная проницаемость материала сердечника.

    Иногда в сердечнике намеренно делают воздушный зазор, чтобы уменьшить эффективная проницаемость.
    При этом увеличивается максимальный ток через катушку, но не магнитный поток. плотность в ядре.
    Дает тот же эффект, что и при использовании другого материала сердцевины с меньшей проницаемостью.

    Эффективная проницаемость сердечника с воздушным зазором составляет:

    мкэ = мкр.le / (le + (g .μr))

    Где:
    мкэ = эффективная проницаемость керна.
    мкм = относительная проницаемость материала сердечника.
    le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике
    g = длина воздушного зазора (измеряется в тех же единицах, что и le)

    Эффективная длина магнитного пути в сердечнике: le

    Эффективная длина магнитного путь в ядре можно найти в даташит ядра.
    Или можно прикинуть по габаритам сердечника.
    Это длина линии магнитного поля в центре материала сердечника. поедет.
    Не включайте воздушный зазор в эту длину пути, а только путь в сердечнике сам материал.


    Воздушный зазор: g

    Воздушный зазор — это слой воздуха на магнитном пути сердечника.


    Рис. 6: воздушный зазор в центральной ветви сердечника трансформатора EI.

    На рисунке 6 показан воздушный зазор, вызванный короче центральной опоры трансформатора. затем две внешние ноги.
    Пунктирными линиями обозначены силовые линии магнитного поля длиной: le


    Рис. 7: воздушный зазор во всех ветвях сердечника трансформатора EI.

    На рис. 7 показан еще один сердечник трансформатора ЭУ с воздушным зазором.
    Здесь все ножки трансформатора имеют одинаковую длину, а воздушный зазор создается слегка раздвинув части «E» и «I».
    Видите ли, теперь силовые линии должны дважды перепрыгивать через слой воздуха, чтобы сформировать замкнутый цикл.
    Это означает, что мы должны рассчитывать с воздушным зазором, который вдвое превышает расстояние между частями «Е» и «И».

    Воздушный зазор не обязательно заполняется воздухом или другими немагнитными материалами. как бумага или пластик, тоже пригодятся.
    В трансформаторах воздушный зазор в сердечнике приведет к снижению сцепления между обмотки, которые могут быть нежелательными.

    Коэффициент индуктивности: AL.

    Коэффициент индуктивности AL сердечника — это индуктивность одной обмотки вокруг этого сердечника.
    Если у вас более одной обмотки, индуктивность катушки будет:

    L = N.AL

    Где:
    L = индуктивность катушки
    N = количество витков
    AL = коэффициент индуктивности сердечника

    Если вам неизвестен коэффициент AL сердечника, это может быть рассчитано из эффективной проницаемости и размеров керна:

    AL = μ0. мкэ. Ae (всего) / le

    Где:
    AL = коэффициент индуктивности в Гн / Н
    μ0 = проницаемость вакуума = 1,2566. 10 -6 H / м
    μe = эффективная проницаемость сердечника
    Ae (total) = общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в м
    le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике в м.

    Объединение сердечников

    Объединение сердечников означает использование более одной жилы и пропускание обмоток через все эти ядра.
    По сравнению с катушкой с одним сердечником, индуктивность умножается на количество ядра сложены.


    Рисунок 8: катушка на стопке из 5 сердечников

    Сопротивление провода

    Провод, который вы используете для наматывания катушки или трансформатора, будет иметь некоторое сопротивление.
    Это сопротивление рассчитывается с помощью:

    R = ρ.l / A

    Где:
    R = сопротивление провода
    ρ = удельное сопротивление материала провода в Ом.м, для меди это примерно 1,75. 10 -8 Ом · м
    l = длина провода в метрах
    A = площадь поперечного сечения провода в квадратных метрах

    Общая площадь котла обмотки.

    Расчетное значение площади меди, как говорится, только для меди обмотки.
    На практике также приходится иметь дело с изоляцией проводов, воздух между витками и, вероятно, формирователь катушки.
    Итак, на практике вам нужно больше места для обмотки, скажем в 2,5 или 3 раза расчетное значение для меди.

    Максимальный ток (пиковый или переменный ток) через катушку

    Максимальный ток через катушку — это ток, который дает максимальное значение допустимый магнитный поток в сердечнике.

    Imax = Φmax. Н / д

    Где:
    Imax = максимальный ток через катушку (пик постоянного или переменного тока)
    Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
    N = количество витков
    L = индуктивность катушки в Генри


    Зарядка время до максимального тока.

    Когда вы подключаете катушку к источнику постоянного напряжения V, ток I будет увеличиваться с время.
    Другими словами, вы заряжаете катушку.
    Пока катушка не имеет сопротивления, ток увеличивается линейно, и время достижения определенного тока определяется по формуле:

    t = L.I / V

    Если катушка имеет сопротивление, увеличение тока больше не является линейным.
    Максимальный ток через катушку ограничен значением: I = V / R.
    Время зарядки катушки с сопротивлением рассчитывается по формуле:

    т = -L / R.LN (1- (I.R / V))

    Где:
    t = время в секундах для увеличения тока от нуля до значения I.
    L = индуктивность катушки в Генри.
    R = Сопротивление катушки в Ом.
    LN = Натуральный логарифм.
    I = ток в амперах, для которого вы рассчитываете время зарядки.
    В = напряжение на катушке.

    В этом калькуляторе рассчитывается время, чтобы зарядить до максимальной катушки. ток, так что ток, который дает плотность потока Bmax в сердечнике.

    Накопленная энергия в катушке

    Когда через катушку проходит ток, определенное количество энергии хранится в катушке.
    Накопленная энергия рассчитывается с помощью:

    E = 1/2. (L. I)

    Где:
    E = накопленная энергия в катушке в джоулях
    L = индуктивность катушки в Генри
    I = ток через катушку в амперах

    Максимальное напряжение переменного тока на катушке

    Максимальное напряжение переменного тока (синусоида), которое вы можете приложить к катушке, составляет вычислено с помощью:

    Vmax = 4,44. Φмакс. N. f

    Где:
    Vmax = максимальное синусоидальное напряжение переменного тока на катушке в вольтах RMS
    Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
    N = количество витков на катушке
    f = частота напряжения в герцах

    Фактор 4.44 — это произведение двух коэффициенты, которыми являются:
    4, поток изменяется от нуля до + Φmax за 1/4 цикла, следующая 1/4 цикла он возвращается к нулю, следующие две 1/4 цикла до -Φmax и обратно до нуль.
    Таким образом, за один цикл поток изменяется в 4 раза по Φmax.
    Умноженное на:
    1,11, это форм-фактор синусоидальной волны, который представляет собой отношение среднеквадратичного значения к среднее значение.

    Вот еще один способ вычисления максимального переменного напряжения на катушке:
    Vmax = Imax.2. пи. f .L / √2
    Здесь мы умножаем максимальный ток через катушку на полное сопротивление катушки при частоту f, а затем разделите на √2, чтобы преобразовать пиковое значение в значение RMS.


    Число витков первичной обмотки трансформатора.

    Из формулы для максимального напряжения на катушке (см. Выше) мы легко можем найти формулу количества витков первичной обмотки трансформатора.

    Np = Vp / (4.44. Φmax. F) Эта формула предназначена для синусоидальной волны. напряжения.

    Где:
    Np = количество витков первичной обмотки
    Vp = первичное напряжение (= входное напряжение) трансформатора, действующее значение
    Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
    f = частота напряжения в герцах

    Если вы используете трансформатор для прямоугольных напряжений, форм-фактор для напряжение равно 1 (вместо 1,11 для синусоид),
    , а количество витков трансформатора должно быть в 1,11 раза больше.

    Количество витков, которое мы теперь вычислили, является минимальным количеством первичных оказывается.
    Если уменьшить количество витков первичной обмотки, сердечник трансформатора войдет в магнитное насыщение, которого необходимо избегать.
    Однако разрешено делать количество витков (как первичных, так и вторичных) выше, но это увеличит сопротивление обмоток, и тем самым потеря мощности трансформатора.
    Для трансформаторов линий электропередачи обычно сохраняют количество витков на минимально возможное значение, достаточное для предотвращения насыщения сердечника при максимальном вводе вольтаж.

    Количество витков вторичного трансформатора

    В идеальном трансформаторе без потерь соотношение напряжений между вторичной и первичной обмотками стороны, такое же, как отношение витков между вторичной и первичной сторонами.
    Или в формуле:
    Vs / Vp = Ns / Np

    Где:
    Vs = Напряжение на вторичной стороне
    Vp = Напряжение на первичной стороне
    Ns = Количество витков вторичной обмотки
    Np = Количество витков первичной обмотки

    Отсюда следует:
    Ns = Np. Vs / Vp

    Мы также могли бы рассчитать его по формуле, очень похожей на формулу первичные витки:
    Ns = Vs / (4.44. Φmax. f) Эта формула предназначена для синусоидальной волны напряжения.

    Индуктивность первичной обмотки трансформатора

    Это индуктивность первичной обмотки трансформатора.
    Вы можете измерить индуктивность первичной обмотки с помощью измерителя индуктивности.
    При этом вторичная обмотка ни к чему не должна подключаться.

    Или, если вы знаете количество витков первичной обмотки и коэффициент AL, первичный индуктивность можно рассчитать с помощью:

    Lp = Np. AL

    Где:
    Lp = первичная индуктивность
    Np = количество витков первичной обмотки
    AL = коэффициент индуктивности сердечника

    Значение индуктивности первичной обмотки необходимо для расчета намагничивания ток трансформатора.

    Ток намагничивания

    Ток намагничивания — это небольшой ток, который протекает через первичную обмотку. обмотка трансформатора, даже если выход трансформатора не нагружен.
    Ток намагничивания создает магнитный поток в трансформаторе. ядро.
    Амплитуда тока намагничивания рассчитывается по формуле:

    Im = Vp / (2.pi.f.Lp)

    Где:
    Im = ток намагничивания в Амперах RMS
    Vp = Первичное напряжение в Вольтах RMS
    f = Частота в Герцах
    Lp = Первичная индуктивность трансформатора в Генри

    Ток намагничивания фактически такой же, как максимальный ток, который мы рассчитали для катушки.
    Но для максимального тока катушки мы вычислили пиковое значение, в ток намагничивания трансформатора мы рассчитываем действующее значение, поэтому есть коэффициент 1.414 между.

    Если мы собираемся нагружать вторичную обмотку трансформатора, ток через первичная обмотка поднимется.
    Но поток в сердечнике останется прежним.
    Это связано с тем, что ток во вторичной обмотке дает противоположный поток, который нейтрализует весь дополнительный поток первичной обмотки.
    Итак, в конце мы сохраняем только магнитный поток, вызванный током намагничивания, как бы тяжело мы ни нагружали трансформатор.

    Ну это должно быть так, если обмотки трансформатора имеют нулевое сопротивление.
    Однако на практике обмотки трансформатора имеют некоторое сопротивление.
    Ток через первичную обмотку дает определенное падение напряжения на сопротивление первичной обмотки.
    Это вызывает снижение напряжения на первичной индуктивности (Lp), и это уменьшит ток намагничивания (Im) и магнитный поток в сердечнике.

    Итак, для практических трансформаторов (с некоторым сопротивлением в обмотках) ток намагничивания и магнитный поток в сердечнике уменьшатся, когда вы загрузите трансформатор более тяжелый.
    Это вызвано не сердечником трансформатора, а сопротивлением первичной обмотки. обмотка.

    Номинальная мощность

    Мощность, которую может выдать трансформатор, ограничена сопротивлением обмотки, а не сам сердечник.

    Сопротивление обмоток приведет к понижению напряжения вторичного трансформатора. падение при более высоких токах нагрузки.
    Это один из ограничивающих факторов, насколько допустимое падение напряжения применение?

    Другой ограничивающий фактор: потери мощности в первичной и вторичной обмотке.
    Больший ток нагрузки на вторичной обмотке означает больше потерь мощности в первичной и вторичные обмотки.
    Потеря мощности приведет к нагреву обмоток трансформатора.
    Во избежание перегрева трансформатора выходной ток трансформатора должен быть ограниченным ниже некоторого максимума.

    Чтобы сделать трансформатор с высокой номинальной мощностью, мы должны поддерживать сопротивление как можно ниже обмотки.
    В первую очередь это делают: сохраняя как можно меньшее количество витков, делая магнитный поток плотность в ядре как можно более высокая, чуть ниже насыщения.
    Еще одна полезная вещь: использование большого сердечника трансформатора, а не потому, что сердечник ограничивает мощность, а потому что:

    — Большой сердечник дает больше места для обмоток, поэтому мы можем использовать более толстую проволоку для уменьшения сопротивления.
    — Большая площадь сердечника означает, что вы можете увеличить поток (не поток плотность) за счет уменьшения количества витков.
    — Трансформатор большего размера может лучше рассеивать тепло, вызванное потерей мощности.

    Калькулятор трансформаторов рассчитает для вас падение напряжения на вторичной обмотке и потери мощности в обмотках.
    Вам решать, какое падение напряжения и потеря мощности допустимы для ваш трансформатор.

    Ток первичной обмотки трансформатора

    Ток, идущий в первичную обмотку трансформатора (Ip), складывается из следующие токи:
    Ток намагничивания (Im), который составляет 90 за первичным напряжением.
    Ток, вызванный током вторичной нагрузки (Is), появляется ток нагрузки. на первичной обмотке величиной: Is. Ns / Np.

    Ip = √ (Im + (Is.Ns / Np))

    На самом деле существует также некоторый первичный ток, вызванный потерями в сердечнике, но я игнорирую этот.
    Не то чтобы этот ток обязательно незначительно мал, но я тоже его нашел сложно реализовать потери в сердечнике в калькуляторе.
    Поэтому я просто опускаю его.
    Так или иначе, первичный ток трансформатора при полной нагрузке почти только в зависимости от вторичного тока нагрузки.

    Потери в трансформаторе

    В этом калькуляторе потери в трансформаторе рассчитываются на основе ток нагрузки, ток намагничивания и сопротивление обмоток постоянному току.

    Однако есть и другие причины потерь в трансформаторе, например:
    — Потери в сердечнике (потери на гистерезис и потери на вихревые токи).
    — Емкость внутри и между обмотками.
    — скин-эффект и эффект близости, которые увеличивают сопротивление провода при более высоких частоты.
    Но я их опускаю, поэтому вам не нужно указывать все правильные параметры для эти эффекты, и для меня калькулятор не стал слишком сложным в изготовлении.

    Ток намагничивания играет незначительную роль в потерях трансформатора, но I реализовали это в калькуляторе, потому что это было довольно легко сделать.


    Рисунок 9

    На рисунке 9 показана эквивалентная схема для трансформатора, включая первичную обмотку. сопротивление (Rp), вторичное сопротивление (Rs) и первичная индуктивность (Lp).
    Резистор RL — это нагрузочный резистор, который вы подключаете к трансформатору. выход.
    «Идеальный трансформатор» в схеме — это воображаемое устройство без потерь, с бесконечная индуктивность и нулевое сопротивление.


    Рисунок 10: упрощение рисунка 9.

    На рисунке 10 показаны идеальные трансформаторы Rs и RL из рисунка 9. заменяется одним резистором номиналом (Rs + RL). (Np / Ns).
    Теперь можно рассчитать напряжение на катушке Lp, а затем ток намагничивания.
    Я не буду подробно объяснять, как идет этот расчет, калькулятор делаем расчет за вас.
    Напряжение на Lp можно умножить на Ns / Np, чтобы получить напряжение на Rs + RL.
    Таким образом мы можем определить мощность во всех резисторах.


    Вернуться к оглавлению.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *