Как рассчитать трансформатор

Как осуществить расчет сварочного трансформатора по параметрам сердечника

Всевозможных схем сварочных агрегатов от простейших и до инверторов существует превеликое множество.

Для создания самодельного сварочного аппарата лучше выбрать простую и высоконадежную схему, которая не содержит сложной и дорогой электроники.

Но в любом случае, кроме схемы, потребуется предварительный расчет сварочного трансформатора. Только после этого можно приступать к его практическому изготовлению.

Схема сварочного трансформатора.

Специфика расчета таких трансформаторов заключается в том, что параметры их компонентов в большинстве случаев подбираются в соответствии с уже имеющимися деталями — чаще всего с данными магнитопровода.

Обратите внимание

Поэтому стандартные методы расчета, которые разработаны для промышленного трансформатора, для самодельного сварочника не всегда применимы.

Особенно ярко это проявляется при выходе того или иного параметра за стандартные границы.

Основные характеристики и структура сварочного трансформатора

Выбор максимального значения сварочного тока

Таблица 1. Характеристики сварочных трансформаторов.

Прежде всего, следует определиться, на какое максимальное значение сварочного тока будет рассчитываться трансформатор.

Взаимосвязь между толщиной свариваемых металлов, диаметром электродов и сварочным током показана в таблице 1.

Учитывая, что используя однофазный трансформатор, получить ток более 200 А практически нереально, домашнему мастеру приходится ограничиваться электродами диаметром не более 4 мм. Чаще всего 3 мм.

Следует установить наиболее подходящий верхний предел сварочного тока и наматывать обмотки под соответствующую ему мощность.

При этом следует ясно понимать, что с ее ростом возрастают вес сердечника, сечение и стоимость провода. Кроме того, более мощный трансформатор сильнее греется и быстрее изнашивается.

Да и не каждая сеть выдержит такую нагрузку. Золотая середина — аппарат с выходным током 110-120 А.

Прочие рабочие характеристики

Трёхфазный стержневой трансформатор.

Максимальная величина выходного тока — главная характеристика любого сварочника, но наряду с нею следует определиться и с другими важными параметрами:

  1. Диапазон регулирования величины выходного тока. В самодельных аппаратах обычно создается ряд ступеней — от 50 А до верхнего предела.
  2. Напряжение холостого хода. Чем оно выше, тем легче зажечь дугу. Из соображений безопасности не должно превышать 80 В.
  3. Номинальное выходное напряжение, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Для сварки тонких металлов это напряжение должно быть более низким и наоборот.
  4. Мощность — потребляемая и выходная. Чем меньше их разность, тем выше КПД изготовленного трансформатора, тем он лучше.
  5. Номинальный рабочий режим характеризует продолжительность непрерывной работы. Для сварочного трансформатора собственного изготовления он не превышает 20-30%. Номинальный режим 20% означает, что из 10 минут рабочего времени можно варить 2 минуты, а остальные 8 трансформатор должен охлаждаться на холостом ходу.

Устройство сердечника трансформатора

В зависимости от формы магнитопровода различают следующие разновидности трансформаторов:

  • стержневые;
  • броневые;
  • тороидальные.

Основные понятия и классификация трансформаторов.

На стержневом трансформаторе обмотки окружают стержни сердечника. На броневом, напротив, магнитопровод частично обхватывает обмотки. В тороидальном обмотки распределяются по магнитопроводу равномерно.

Броневые и стержневые сердечники изготовляются из отдельных тонких, изолированных друг от друга пластин. Материал — трансформаторная сталь. Тороидальные наматываются в виде рулона из ленты, изготовленной из той же трансформаторной стали.

Важнейшей характеристикой любого сердечника является площадь его поперечного сечения. Именно от нее в очень большой степени зависит мощность трансформатора. У стержневого магнитопровода под площадью его поперечного сечения понимают площадь любого из стержней, а у тороидального — тора. У броневого — это площадь сечения его среднего стержня.

Важно

КПД трансформаторов стержневого типа выше, чем броневых. Кроме того, у них лучше условия охлаждения обмоток и, следовательно, допустимые плотности тока в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы, как правило, бывают стержневыми.

Но все чаще для его изготовления стараются применить тороидальный сердечник. Дело в том, что масса и габариты такого сварочника почти в полтора раза меньше, чем стержневого при прочих равных параметрах.

Но здесь возникают трудности с его намоткой.

Расчет сварочного трансформатора

Схема намотки сварочного трансформатора.

Поскольку при самостоятельном изготовлении сварочника приходится довольствоваться имеющимися в распоряжении магнитопроводами, производить строгий расчет не имеет смысла.

Чаще всего достоверно неизвестны магнитные свойства и другие характеристики трансформаторной стали. Одной магнитной проницаемости, которую нетрудно определить экспериментально, для точного расчета недостаточно.

Поэтому рациональнее ограничиться приблизительным расчетом.

Сначала производится оценка потребной электрической мощности. Основное мерило здесь — максимальная величина сварочного тока, которая, в свою очередь, определяется наибольшим диаметром электрода (см. таблицу 1). Электрическая мощность сварочника:

Р = Uд * Iм,

где Uд — напряжение горения дуги (обычно берется значение 25 В), Iм — максимальный сварочный ток. Например, для трансформатора, рассчитанного на ток до 150 А, электрическая мощность должна составлять:

Р = 25 В * 150 А = 3750 Вт.

Габаритная мощность трансформатора, зависящая от параметров магнитопровода, должна быть обязательно больше электрической. Именно габаритную мощность способен «потянуть» сердечник. При расчетах в качестве исходной чаще всего используется следующая формула, связывающая габаритную мощность с размерами сердечника:

Sо* Sс = 100 * Рг /(2,22 * Вс * j * f * kо* kc) (см4),

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.

где Sо — площадь окна сердечника, Sс — площадь его поперечного сечения, Рг — габаритная мощность, Вс — магнитная индукция поля в сердечнике, j — плотность тока в проводах обмоток, f — частота переменного тока, kо— коэффициент заполнения окна, kc— коэффициент заполнения сердечника.

Sо и Sс находят прямыми измерениями габаритов сердечника. Например, для стержневого магнитопровода (см. рис. 2) Sо= h * l, Sс= а * b. С достаточной для практического расчета точностью можно считать, что:

  • Вс = 1,42 Тл;
  • kо= 0,33 для провода круглого и 0,4 — прямоугольного сечения;
  • kc = 0,95;
  • частота переменного тока в сети — 50 Гц;
  • для самодельного трансформатора с номинальным рабочим режимом 20%, допустимая плотность тока в медных обмотках — 8 А/мм2,в алюминиевых — 5 А/мм2,в комбинированных медно-алюминиевых — 6,5 А/мм2.

Если подставить в формулу все эти значения, получается формула, связывающая между собой Sо, Sс и Рг:

Рг = k * Sо* Sс,

где k — коэффициент, значение которого зависит от формы сердечника и материала обмоток. Выглядит она следующим образом:

  • если обе обмотки медные — для тороидального трансформатора k = 2,76, для стержневого — 2,47;
  • если медно-алюминиевые — для тороидального k = 2,24, для стержневого — 2;
  • если обе алюминиевые — для тороидального k = 1,72, для стержневого — 1,54.

Пользуясь последней формулой, можно легко оценить «потянет» ли имеющийся сердечник заданные параметры. Если да, остается рассчитать число витков в каждой из обмоток. Для первичной адаптированная формула выглядит следующим образом:

N1 = 40 * U1 / Sс,

где U1 — напряжение на ней (В).

Тороидальный трансформатор.

Для вторичной катушки с учетом КПД трансформатора формула приобретет следующий вид:

N2 = 42 * U2 / Sс,

где U2 — напряжение вторичной обмотки (В). Число витков во вторичной обмотке можно найти и экспериментально — намотать поверх первичной обмотки несколько (лучше 10) витков, измерить на них напряжение, а затем пересчитать — сколько витков нужно для обеспечения необходимого выходного напряжения.

Площадь поперечного сечения провода в обмотках можно рассчитать по формуле:

S = I / j,

где I — значение силы тока в обмотке, j — допустимая плотность тока в ней.

Пример расчета сварочного трансформатора

В качестве примера рассмотрим расчет и изготовление сварочника, изготовленного из статора асинхронного трехфазного электродвигателя. Удалив провода обмоток из пазов статора и вынув его из корпуса электродвигателя, получаем неплохой тороидальный сердечник — основу будущего сварочного трансформатора.

Выступы пазов иногда срубают острым зубилом, что позволяет уменьшить вес сердечника. Но на электрические параметры трансформатора они практически не влияют, поэтому в большинстве случаев их не трогают. Вид на сердечник с торца показан на рис. 3а, сбоку — на 3б, намотанный трансформатор — на 3в.

Схема расчета сварочного трансформатора.

Зададимся целью изготовить трансформатор, рассчитанный на максимальный сварочный ток 150 А и напряжение 60 В. Его электрическая мощность равна:

Р = 150 А * 60 В = 9000 Вт.

Совет

Произведем оценку габаритной мощности магнитопровода. Диаметр окна равен 12 см (см. рис. 3а), а его площадь:

Sо= π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см2.

Площадь поперечного сечения сердечника:

Sс=h * Н = 1,74 см * 20 см ≈ 35 см2

Габаритная мощность сердечника:

Рг = 2,76 * 113 * 35 (Вт) ≈ 10916 Вт.

Поскольку Рг > Р — магнитопровод подходит для изготовления трансформатора с требуемыми параметрами.

Переходим к расчету обмоток. Начинаем с числа витков. Для первичной обмотки оно равно:

N1 = 40 * 220 / 35 = 251 виток.

Количество витков для вторичной обмотки:

N2 = 42 * 60 / 35 = 72 витка.

Максимальный ток во вторичной обмотке 150 А. Тогда площадь поперечного сечения проводника, которым она наматывается, должна быть равна:

S2 = 150 А /(8 А/мм2) ≈ 19 мм2.

Из определения коэффициента трансформации ток в первичной обмотке:

I1= I2 * N2 / N1 = 150 А * 72 / 251 (А) ≈ 43 А.

Площадь поперечного сечения провода, которым она намотана:

S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм2.

Таким образом, можно утверждать, что предлагаемая методика расчета сварочного трансформатора, позволяет осуществить его практически для любого сердечника, оказавшегося в распоряжении домашнего мастера.

Источник: https://moyasvarka.ru/instrumenty/raschet-svarochnogo-transformatora.html

Расчет силового трансформатора – Лаборатория

Наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:

  1. Кольцевой ленточный (тороидальный) магнитопровод;
  2. Ш- (или ШЛ-) образный ленточный магнитопровод;
  3. П- (или О-) образный ленточный магнитопровод;
  4. Ш- (или ШЛ-) образный пластинчатый магнитопровод (устарел).

Внешний вид и основные размерности сердечников представлены на рисунке:Расчет Ш-образные пластинчатые сердечников аналогичен расчету Ш-образного ленточного. Трансформатор на тороидальный магнитопроводе – самый компактный и эффективный, может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, а особенно – когда важно минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея преимущества в объеме, массе и характеристиках перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные трансформаторы вместе с тем являются и наименее технологичными в изготовлении. Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  1. напряжение первичной обмотки U1
  2. напряжение вторичной обмотки U2
  3. ток вторичной обмотки I2

При выборе железа для трансформатора надо учитывать, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток. Мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых  Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых). Другими словами – габаритная мощность трансформатора – это мощность которую способно “вынести” железо. Прежде чем перейти к формуле, сделаем несколько оговорок:

  1. Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры – его надежность. Следствие надежности – это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть “жестким”); 
  2. В расчетах примем КПД трансформатора 0.95; 
  3. Так как речь в статье пойдет об обычном сетевом трансформаторе, примем рабочую частоту равной 50Гц; 
  4. Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1.2 Тл.; 
  5. Плотность тока в обмотках принимаем 3.5 А/мм2; 
  6. Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0.95; 
  7. Коэффициент заполнения окна принимаем 0.45; 

Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у нас примет вид:Р = 1.9 * Sc * So
Где: Sc и So – площади поперечного сечения сердечника и окна [кв. см];

Определение количества витков в обмотках.

Прежде всего рассчитываем количество витков в первичной обмотке. Упрощенная формула будет иметь вид: Р = 40 * U / Sc
Где: Sc – площадь поперечного сечения сердечника [кв. см]; U – напряжение первичной обмотки [В]; Количество витков во вторичной обмотке можно расчитать по этой же формуле, увеличив число витков примерно на 5% (КПД трансформатора), но можно поступить проще: после того как намотана первичка – наматываем поверх нее 10 витков и измеряем напряжение. Зная какое напряжение требуется получить на выходе трансформатора и зная какое напряжение приходится на 10 витков – определяем необходимое число витков.

Расчет диаметра провода.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующей формуле:  d = 0.632 x SQRT ( I )Где:d – диаметр провода обмотки [mm];I – номинальный ток в обмотке [A]

Ссылки:

По мотивам из источника: http://msevm.com/2010/03/trans2.htm

Источник: https://www.sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/technology/rascet-transformatora

Как рассчитать и собрать трансформатор на примере паяльника «Момент»

В комплекте домашнего мастера необходимо иметь паяльник, иногда даже несколько разных мощностей и конструкций. Промышленность выпускает много различных моделей, их не сложно приобрести. На фото показан работающий образец выпуска 80-х годов.

Однако, многих умельцев интересуют самодельные конструкции. Одна из них на 80 ватт показана фотографиями ниже.

Этим паяльником удавалось спаивать медные провода 2,5 квадрата на улице при морозе и менять транзисторы и другие компоненты электронных схем на печатных платах в лабораторных условиях.

Принцип работы

Обратите внимание

Паяльник «Момент» работает от электрической сети ~220 вольт, представляя собой обыкновенный трансформатор, у которого вторичная обмотка закорочена медной перемычкой. При включении под напряжение на несколько секунд через нее протекает ток короткого замыкания, разогревающий медный наконечник паяльника до температур, расплавляющих припой.

Первичная обмотка подключается шнуром с вилкой в розетку, а для подачи напряжения используется выключатель с механическим пружинным самовозвратом. Когда кнопка нажата и удерживается, то через наконечник паяльника идет ток нагрева. Стоит только отпустить кнопку, как нагрев сразу прекращается.

В некоторых моделях, для удобства работы при недостаточном освещении, от первичной обмотки по принципу автотрансформатора делают отвод на 4 вольта, которые подводят к патрону с лампочкой от карманного фонарика. Направленный свет собранного источника освещает место пайки.

Конструкция трансформатора

Перед началом сборки паяльника следует определиться с его мощностью. Обычно 60 ватт хватает для выполнения простых электромонтажных и радиолюбительских работ. Чтобы постоянно паять транзисторы и микросхемы желательно мощность снизить, а для обработки массивных деталей ее увеличивают.

Для изготовления потребуется использовать силовой трансформатор соответствующей мощности, желательно от старых устройств выпуска времен СССР, когда вся электротехническую сталь магнитопроводов производилась по требованиям ГОСТ. К сожалению, у современных конструкций встречаются факты изготовления трансформаторного железа из низкокачественной и даже обычной стали, особенно в дешевых китайских устройствах.

Виды магнитопровода

Железо необходимо подбирать по мощности передаваемой энергии. Для этого допустимо использовать не один, а несколько одинаковых трансформаторов. Форма магнитопровода может быть прямоугольной, круглой или Ш-образной.

Использовать можно железо любой формы, но удобнее выбрать броневой пластинчатый потому, что у нее более высокий кпд передачи мощности и она позволяет делать составные конструкции путем простого добавления пластин.

При выборе железа следует обращать внимание на отсутствие воздушного зазора, который используется только в дросселях для создания магнитного сопротивления.

Методика упрощенного расчета

Как подобрать железо по требуемой мощности трансформатора

Сразу оговоримся, что предлагаемая методика разработана опытным путем и позволяет в домашних условиях из случайно подобранных деталей собирать трансформатор, который нормально работает, но может при определенных стечениях обстоятельств выдавать немного отличающие параметры от расчетных. Это несложно исправить доводкой, которая в большинстве случаев не требуется.

Важно

Связь между объемом железа и мощностью первичной обмотки трансформатора выражается через поперечное сечение магнитопровода и представлена на рисунке.

Мощность первичной обмотки S1 больше вторичной S2 на величину кпд ŋ.

Площадь сечения прямоугольника Qc вычисляется по известной формуле через его стороны, которые легко замерить простой линейкой или штангенциркулем. Для броневого трансформатора объем железа требуется меньше на 30%, чем для стержневого. Это хорошо видно из приведенных эмпирических формул, где Qc выражена в сантиметрах квадратных, а S1 — в ваттах.

Для каждого вида трансформатора по своей формуле вычисляется мощность первичной обмотки через Qc, а затем через кпд оценивается ее величина во вторичной цепи, которая будет разогревать жало паяльника.

Например, если для 60 ватт мощности выбран Ш-образный магнитопровод, то его сечение Qc=0,7∙√60=5,42см2.

Как подобрать диаметр провода для обмоток трансформатора

В качестве материала для провода следует использовать медь, которая покрыта слоем лака для изоляции. При намотке витков на катушки лак исключает появление межвитковых замыканий. Толщина провода подбирается по максимальному току.

Для первичной обмотки мы знаем напряжение 220 вольт и определились с первичной мощностью трансформатора, подбирая поперечное сечение для магнитопровода. Разделив ватты этой мощности на вольты первичного напряжения, получим ток обмотки в амперах.

Например, для трансформатора мощностью 60 ватт ток в первично обмотке получится меньше 300 миллиампер: 60 [ватт]/220 [вольт]=0,272727..[ампера].

Таким же способом вычисляется ток вторичной обмотки от своих величин напряжения и мощности. В нашем случае это не нужно: обмотка из двух витков, напряжение будет маленькое, а ток большой. Поэтому поперечное сечение токовода выбирается с огромным запасом из медной шинки, которая максимально снизит потери от электрического сопротивления вторичной обмотки.

Совет

Определив ток, например, 300 мА, можно вычислить диаметр провода по эмпирической формуле: d провода [мм]=0,8∙√I [А]; или 0,8∙√0,3=0,8 0.547722557505=0,4382 мм.

Такая точность, естественно, не нужна. Вычисленный диаметр позволит очень длительно и надежно работать трансформатору без перегрева на максимальной нагрузке. А мы делаем паяльник, который периодически включается всего на пару секунд. Затем отключается и остывает.

Практика показала, что для этих целей вполне подходит диаметр 0,14÷0,16 мм.

Как определить число витков обмотки

Напряжение на выводах трансформатора зависит от количества витков и характеристик магнитопровода. Обычно мы не знаем марки электротехнической стали и ее свойства. Для наших целей этот параметр просто усредняется, а весь расчет количества витков упрощается до вида: ώ=45/Qc, где ώ — число витков, приходящихся на 1 вольт напряжения на любой обмотке трансформатора.

Например, для рассматриваемого трансформатора в 60 ватт: ώ=45/Qc =45/5,42=8,3026 витка на вольт.

Поскольку мы подключаем первичную обмотку на 220 вольт, то для нее число витков составит величину ω1=220∙8,3026=1827 витков.

Во вторичной цепи используется 2 витка. Они выдадут напряжение всего около четверти вольта.

Изготовление каркаса для катушки

Для равномерного распределения витков проволоки внутри магнитопровода необходимо изготовить каркас из электротехнического картона, гетинакса или стеклотекстолита. Технология работ показана на рисунке, а размеры выбирают с учетом конструкции магнитопровода. Изолированные каркасом обмотки располагают в катушке, вокруг которой собирают пластины магнитопровода.

Часто удается использовать заводской каркас, но если для повышения мощности необходимо добавить пластины, то придется увеличить габариты. Детали из картона можно сшить обыкновенными нитками или склеить. Корпус из стеклотекстолита при точной подгонке деталей можно собирать даже без клея.

Обратите внимание

При изготовлении катушки надо постараться как можно больше пространства выделить для размещения обмоток, а при намотке витков располагать их вплотную и равномерно. При размещении провода «внавал» может просто не хватить места и всю работу придется переделывать.

Изготовление вторичной обмотки паяльника

В приведенном на фотографии паяльнике вторичная обмотка изготовлена из медной шинки с прямоугольным сечением. Его размеры 8 на 2 мм. Можно использовать и другие профили.

К примеру, круглую проволоку удобно будет изгибать для размещения внутри магнитопровода.

С плоской шинкой пришлось усердно повозиться, использовать тиски, молоток, шаблоны и напильник для равномерного изгиба строго по конфигурации каркаса катушки.

На рисунке в позиции 1 показана плоская шинка. После изготовления каркаса нужно определить ее длину, учитывая расстояние, которое уйдет на витки и дистанцию до наконечника из медной проволоки.

В положении 2 она примерно посередине плавно изгибается в тисках небольшими ударами молотка с соблюдением плоскости ориентирования. При переходе изгиба через прямой угол необходимо использовать шаблон из мягкой стали с формой, строго соответствующей размерам каркаса катушки, в которую обмотка будет помещаться.

Шаблон значительно облегчает слесарные работы по приданию обмотке нужной формы. Вокруг него вначале обвивается одна половина шинки, что показано на позициях 4, 5 и 6, а затем другая (см 7 и 8).

Для облегчения понимания процесса рядом с изображениями шинки на позициях черными линиями с небольшими искажениями показана последовательность изгибов.

Важно

На позиции 8 условно показано сечение А-А. Около него надо будет выполнить изгиб шинки на 90 градусов для удобства работы, как показано на фотографии.

Если возникнут изгибы, которые мешают свободно размещать силовую обмотку внутри каркаса катушки, то их можно спилить напильником. Витки металла не должны соприкасаться между собой и корпусом. Для этого их разделяют слоем не толстой изоляции.

На концах вторичной обмотки высверливают отверстия и нарезают резьбу для вкручивания винтов М4. Они служат для крепления медного наконечника из проволоки 2,5 или 1,5 квадрата. Поскольку напряжение на вторичной обмотке очень маленькое, то за качеством электрических контактов наконечника надо следить, поддерживать их в чистоте, очищать от окислов и надежно прожимать гайками с шайбами.

Изготовление первичной обмотки паяльника

После того как силовая обмотка паяльника готова и изолирована станет понятно сколько свободного места осталось в катушке для тонкой проволоки. При дефиците пространства витки располагают плотно между собой.

Намоточная проволока состоит из медной жилы и одного или нескольких слоев лака и обозначается маркировкой ПЭВ-1 (однослойное покрытие лаком), ПЭВ-2 (два слоя), ПЭТВ-2 (более термостойкий, чем ПЭВ-2), ПЭВТЛК-2 (термостойкий специальный).

Измеряя диаметр провода микрометром, следует уменьшать полученное показание на толщину изоляции. Но эта общая рекомендация для нашего паяльника не критична.

Учитывая работу в условиях нагрева от марки ПЭВ-1 лучше отказаться, кстати, мотать его «внавал» тоже не рекомендуется.

Обычно проволоку на катушку наматывают на самодельных станках.

При надетой на каркас силовой обмотке придется витки делать вручную и записывать на бумаге их количество через определенный интервал, например, сто или двести.

Совет

Перед началом работы следует припаять к началу обмотки многожильный провод в прочной изоляции, желательно марки МГТФ. Он будет длительно выдерживать многократные изгибы, нагрев, механические воздействия. Соединение концов выполняется пайкой, изолируется. Флюс выбирается только канифоль, кислота не допускается.

Гибкая жила закрепляется в катушке от выдергивания и выводится наружу через отверстие в боковой стенке. После окончания намотки второй конец обмотки тоже припаивают к проводу МГТФ, который выводят наружу.

Поскольку на провод будет подано 220 вольт, то его следует хорошо изолировать от корпуса и вторичной обмотки.

Доводка конструкции

После намотки катушки на нее плотно устанавливают железо, закрепляя его клиньями от выпадения. До окончательной сборки корпуса можно проверить работу паяльника подачей напряжения в первичную обмотку для разогрева наконечника и оценить вольтамперную характеристику.

Если собранная конструкция хорошо паяет, то этим можно и не заниматься. Но, для сведения: желательно угадать рабочую точку ВАХ в месте перегиба кривой, когда железо достигло своего насыщения. Делается это изменением числа витков.

Способ определения основан на подаче переменного напряжения от регулируемого источника на обмотку трансформатора через амперметр и вольтметр. Делается несколько замеров и по ним строится график, показывающий точку перелома (насыщения железа). Затем принимается решение об изменении числа витков.

Ручка, корпус, выключатель

В качестве выключателя подойдет любая кнопка с самовозратом, рассчитанная на токи до 0,5 А. На фотографии показано микропереключатель от старого магнитофона.

Ручка паяльника сделана из двух половинок твердого дерева, в которых вырезаны полости для размещения проводов, кнопки и лампочки. Вообще-то, подсветка не обязательна, для нее надо делать отдельную отпайку или резистивно-емкостной делитель.

Половинки ручек стянуты шпильками с гайками. На них же монтируется металлический хомут крепления, который необходимо изолировать от железа магнитопровода.

Обратите внимание

Показанная на фотографии открытая самодельная конструкция корпуса обеспечивает лучшее охлаждение, но от работника требует внимания и соблюдения правил безопасности.

Бравый Алексей Семенович

Источник: http://electrik.info/main/master/922-kak-rasschitat-i-sobrat-transformator.html

Как рассчитать трансформатор?

 В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.
В этих  случаях  следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.


    Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
    Рассчитаем и изготовим однофазный  силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

    Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с  цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт, нет ничего страшного —  подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

   Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт 

Где:
Р_2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;

U_2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;

I_2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД  трансформатора  мощностью до 100 ватт обычно равно не более  η = 0,8.
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 /  η  = 60 / 0,8 = 75 ватт.

   Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения   Р_1  мощности потребляемой от сети 220 вольт,  зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

   Магнитопровод – это сердечник  Ш – образной или  О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода. 

   Площадь поперечного сечения  магнитопровода рассчитывается по формуле:

 S = 1,2 · √P_1.  

  Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,

P_1 — мощность первичной сети в ваттах.

 S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4  см².

По значению   S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S   

 В нашем случае площадь сечения сердечника равна  S = 10,4 см.кв.

 w = 50/10,4 = 4,8  витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 =  172.8 витков,

округляем до 173 витка.

   В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

 Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

   Диаметры проводов первичной и вторичной  обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,  для медного провода, принимается 2 А/мм² . 

   При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:  d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм.     Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм.      Возьмем 1,1 мм.

   ЕСЛИ 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 формуле:

s = 0,8 · d².    

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм. 

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97  мм².  

Округлим до 1,0 мм².

   Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

   Например, это два провода диаметром по   0,8 мм. и площадью по0,5 мм². 

Или два провода:
 – первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм²,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм².
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

   Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

    Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

 Смотрите статьи:
— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».

и еще материал  ИСТОЧНИК

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

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

Расчет ш-образного трансформатора

  1. Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
  2. Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт).

    Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).

  3. Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).

  4. Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
  5. Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.

    Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).

  6. Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

  1. Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).

  2. Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
  3. Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас.

Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Как рассчитать трансформатор тока

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

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

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

Источник: http://domasniyelektromaster.ru/prakticheskie-primery/kak-rasschitat-transformator-22036-volt/

Источник: http://rakarskiy.narod.ru/publ/iz_seti/kak_rasschitat_transformator/2-1-0-21

Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Различные модели импульсных трансформаторов

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

  • стержневом;
    Конструкция стержневого импульсного трансформатора
  • броневом;
    Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении
  • тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);
    Конструкция тороидального импульсного трансформатора
  • бронестержневом;
    Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора

На рисунках обозначены:

  • A – магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
  • В – катушка из изолирующего материала
  • С – провода, создающие индуктивную связь.

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax – Вr

  • Вmax – уровень максимального значения индукции;
  • Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Важно

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

  • Ψ – параметр потокосцепления;
  • S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы  умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и  магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

  • L0 – перепад индукции;
  • µа – магнитная проницаемость сердечника;
  • W1 – число витков первичной обмотки;
  • S – площадь сечения сердечника;
  • lcр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
  • Вr – величина остаточной индукции;
  • Вmax – уровень максимального значения индукции.
  • Hm – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений.  В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой:  Р=1,3 х Рн.

Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

  • Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
  • S0 – площадь его окна (как наитии это  и предыдущее значение показано на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника

  • Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
  • f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина UI определяется выражением:

UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ– уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Источник: https://www.asutpp.ru/impulsnyj-transformator.html

Расчёт трансформатора

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.

Совет

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*√ Pт, 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.

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 прокладывать тонкую бумагу или лавсановую плёнку в 1-2 слоя и 3-4 слоя между обмотками.

Для удобства намотки можно сделать простое приспособление, показанное на рисунке:

Приспособление для намотки трансформатора

Состоит устройство из двух фанерных стоек, закреплённых на общем основании и вставленного в них металлического прутка, с одного конца изогнутого в виде ручки. Одной рукой крутим ручку, второй направляем провод, катушку с проводом можно наподобие разместить ещё на одном прутке, но уже без ручки.

Источник: https://elektricvdome.ru/raschyot-transformatora/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector