Как рассчитать индуктивность трансформатора – .

Как выполнить расчет трансформатора в полном объеме

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

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

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

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

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

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

К конструктивным относятся:

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

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

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно. Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания. Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке. Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора напрямую зависит от количества фаз в питающей сети, то есть однофазной или же трехфазной. Прежде всего в силовом трансформаторе основную роль играет его мощность. Упрощенный расчет трансформаторов малой мощности и большой можно выполнить и в домашних условиях. Расчёт потерь неизбежен, как и для любых электромагнитных устройств, здесь же он состоит из двух основных магнитных составляющих:

  1. вихревые токи;
  2. намагничивание.

Расчет однофазного трансформатора

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

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему. Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

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

Ррасч= P*КПД

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

Далее, по этой формуле определяем сечение

S (см2) = (1,0 ÷1,3) √Р

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

После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.

N = (50 ÷70)/S (см2)

Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток. Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции. Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

Ток в обмотке равен

I=P/U

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

D= (0,7÷0,9)√I

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

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

Расчёт трехфазного трансформатора

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

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

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

Расчет тороидального трансформатора

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

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

  • Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
  • Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
  • Площадь сечения сердечника и его размеры

  • Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.

  • Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор. Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное. Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

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

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

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

Видео с расчетом трансформатора

amperof.ru

Расчет и намотка импульсного трансформатора

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.

Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.

Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт” схема преобразования –полумостовая.

Напряжение питания указываем постоянное.  Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.

Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.

Стабилизации выходов – нет.Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.

Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.

Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и  после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

Далее выбираем параметры сердечника, в моем случае это “R” – тороидальный сердечник, с размерами 40-24-20 мм.

Нажимаем кнопочку “Рассчитать!”. В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.

Намотка импульсного трансформатора.

Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.

Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.

Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.

 

Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами (это я перестраховался). Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.

 

Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.

Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.

Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.

Теперь начинаются самые "непонятки" и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.

Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.

Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.

 

 

Соединили начало одного провода с концом другого. Залудили. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой.

Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш. Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично.

После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась.

В результате получили вот такой аккуратный бублик.

Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины.

 Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT СКАЧАТЬ

Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.


Похожие статьи

audio-cxem.ru

Измеряем электрические параметры трансформаторов, дросселей, катушек индуктивности самодельными и промышленными приборами

В теме Измеритель RLC-2 появилось новое ответвление темы. Я создал для этого новую, данную тему.
Источник:
jes: Как-то возникла необходимость перемотки силового трансформатора.
После того, как смотал все вторички, решил ради интереса измерить индуктивность первичной обмотки, с сердечником и без него. Трансформатор обычный, мощность 250 ватт, Ш-образник, собранный на 4-х сердечниках ПЛ.
Получил интересные результаты (измерял прибором RLC-2).

Данные измерений без сердечника.
100 Гц: R = 3.903 Ом, L = 2.114 мГн
1 кГц: R = 5.996 Ом, L = 584.2 мкГн
10 кГц: R = 14.80 Ом, L = 290.2 мкГн

Данные измерений с сердечником.
100 Гц: R = 5.592 Ом, L = 680 мкГн
1 кГц: R = 6.092 Ом, L = 557 мкГн
10 кГц: R = 15.31 Ом, L = 296.4 мкГн

Кто нибудь может дать объяснение этим результатам?

Когда измеряю дроссели ДМ, то там результат, более похожий на правду.
Небольшой разброс в измерениях по частоте есть, но, там все рядом.

 

Я пару дней назад менял трансформатор в автомобильном зарядном устройстве, поставил трансформатор неизвестного происхождения с обмотками 220 В, 12 В, 12 В, 17 В. Индуктивность обмотки 220 В прибором RLC-2 на частоте 100 Гц – 6 Генри. Если замкнуть одну из вторичных обмоток, индуктивность падает значительно, точно не зафиксировал, то ли мкГн, то ли мГн.

jes: Кто нибудь может дать объяснение этим результатам?
Думаю, ваша измеряемая обмотка имеет короткозамкнутые витки. Из-за чего Вы перематывали трансформатор?

 

Когда-то давно, когда ничё нельзя было купить, сетевые трансики делал примерно так ===>>>
Находим подходящее по мощности железо (есть формула связь сечения с мощой), мотаю пробную обмотку, чем больше витков, тем лучше, собираю транс, сую в сеть через ЛАТР, впослед с обмоткой амперметр, увеличиваю потихоньку напругу до тока примерно 10...30 мА (зависит от мощности трансика), меряю напряжение на обмотке. ВСЁ ! из числа витков и напряжения вычисляем всё что нужно для хорошего трансика. ТЕПЕРЬ СКАЖИТЕ НАФИГА МНЕ ЭТА ИНДУКТИВНОСТЬ .... это к тому что параметр это для силового сетевого транса высосан из пальца и не имеет практицкой пользы ваще!
Ну единственно могу понять - имеем большую партию трансов и можно оценить качество каждого померяв инд-ть, но тоже ведь можно оценить относительно хорошего например...

 

prusony: Когда-то давно, когда ничё нельзя было купить, сетевые трансики делал примерно так

Я делал еще проще - мощность транса в ваттах равна квадрату площади сечения в сантиметрах квадратных. Никаких "накладок" не бывало, намотал с десяток силовых трансов.

Но индуктивность - довольно часто необходимо все-таки знать.

Я измерял ее, включая последовательно с индуктивностью резистор, и подавая на это все - синусоидальное напряжение (желательно той частоты, с которой предполагается работа)

После подачи напряжения - измерялось отношение напряжения на источнике к падению напряжения на резисторе (К)

Для расчета требуется также три параметра:

R - сопротивление резистора
Rобщ - сопротивление полной цепи (сумма сопротивлений R и измеряемой индуктивности)
w - круговая частота (обычная частота, умноженная на 6,28)

Теперь - простейшая зависимость:

(L w) ^ 2 = ( K R ) ^ 2 - Rобщ ^ 2

Откуда получаем L

Пару раз проверялось на маркированных дросселях - вроде все верно.

Правда, не знаю, что будет, если в индуктивности будут замкнутые витки.

 

Сетевой трансформатор на Ш образном сердечнике, от какого-то лампового телевизора. Сетевая обмотка на частоте 100 Гц, прибором RLC-2:
Ls =1,5 Гн, Rs = 198 Ом, Q (добротность) = 5.

Замыкаю 10 витков накальной обмотки:
Ls =496 мГн, Rs = 434 Ом, Q = 0,7.

Сопротивление постоянному току 6 Ом.

Включаю последовательно с обмоткой резистор 10 Ом, сопротивление постоянному току 16 Ом, а прибором RLC-2 на частоте 100 Гц:
1,50 Гн - 199,7 Ом.
С замкнутыми 10 витками накальной обмотки:
501,2 мГн - 439 Ом.

 

а вы какую схему замещения использовали? что-то подсказывает, что для индуктивности параллельная подходит лучше.

 

prusony

Есть задача - измерить многослойную многовитковую катушку индуктивности с сердечником, или без, и все.
Такие катушки существуют чуть ли не с рождения самой радиотехники.
А трансформатор - это частный случай, просто мне попался такой вариант, кто-то другой найдет именно такую катушку, и она не будет трансформатором.
И причем тут, нужна, или не нужна индуктивность трансформатора.

Для большинства обычной радиолюбительской практики вполне подойдет LC-измеритель с точностью 10...15%, но, почему-то многих интересует прибор по принципу - чем точнее - тем лучше.
Я тоже могу многое измерить, так сказать на пальцах, но, тогда зачем делать RLC-2, спрашивается.

 

hanz45: а вы какую схему замещения использовали? что-то подсказывает, что для индуктивности параллельная подходит лучше.
Последовательную, Ls и Rs, сейчас перемеряю с параллельной.

Lp = 1,56 Гн, Rp = 4.84 кОм
И с замкнутыми витками: Lp = 1,42 Гн, Rp = 662 Ом

 

АК

То есть вы хотите сказать, что у меня может быть трансформатор с неполным коротким между витками в обмотке.
Надо проверить.

 

prusony: ТЕПЕРЬ СКАЖИТЕ НАФИГА МНЕ ЭТА ИНДУКТИВНОСТЬ
нужна для мены трансов и дросселей на неизвестном оборудование работающие например в блоке питание импульсных переобразователей.

До 400 герц расчитать силовой транс не проблема... а вот заменить дроссель на КЛЛ (например отломали сердечник и нужного типоразмера нет или переделываете на более мощную лампу, или вместо одной 36 ваттной лампы хотите 5 шт 7ми ваттных запитать путем разделения дросселей и рез. конденсаторов) легко измерив его индуктивность.

 

pro-radio.ru

Notice: Trying to access array offset on value of type null in /var/www/www-root/data/www/biysk-tv.ru/wp-content/plugins/wpdiscuz/class.WpdiscuzCore.php on line 942 Notice: Trying to access array offset on value of type null in /var/www/www-root/data/www/biysk-tv.ru/wp-content/plugins/wpdiscuz/class.WpdiscuzCore.php on line 975

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о