Як виконати розрахунок трансформатора в повному обсязі

Як би не розвивалася електроніка, але все ж відмовитися від такого пристрою, як трансформатор поки не вдається. Кожен надійний блок живлення і перетворювач напруги містить цей електромагнітний апарат з гальванічною розв’язкою обмоток. Вони застосовуються широко і на виробництві, і в побуті, і являють собою статичне електромагнітне пристрій, що працює за принципом взаємоіндукції. Складаються такі пристрої з двох основних елементів:

  1. замкнутого магнітопровода;
  2. двох і більше обмоток.

Обмотки трансформаторів не мають між собою ніякого зв’язку, крім індуктивної. Призначений він для перетворення тільки змінної напруги, частота якого, після передачі по магнітопровода, буде незмінна.

Розрахунок параметрів трансформатора необхідний для того, щоб на вхід цього пристрою було подано одне напруга, а на виході генерувалося знижена або підвищена напруга інший заданої величини. При цьому потрібно врахувати струми, що протікають у всіх обмотках, а також потужність пристрою, яка залежить від підключається навантаження і від призначення.

Будь навіть найпростіший розрахунок трансформатора складається з електричної і конструктивної складової. Електрична частина включає в себе:

  • Визначення напружень і струмів, що протікають по обмотках;
  • Визначення коефіцієнта трансформації.

До конструктивних відносяться:

  • Розміри сердечника і тип пристрою;
  • Вибір матеріалу сердечника трансформатора;
  • Можливі варіанти закриває корпусу і вентиляції.

Через один квадратний сантиметр перерізу магнітопроводу протікає магнітна індукція, одиниця виміру її — Тесла. Тесла, в свою чергу, видатний фізик, в честь якого і вона і названа. Це значення безпосередньо залежить від частоти струму. І так при частоті 50 Гц і, припустимо, 400 Гц величини індукція (тесла) буде різною, а значить і габарити пристрою зі збільшенням частоти знижуються.

Після цього визначають падіння напруги і втрати в магнітопроводі, на етапі електричного розрахунку всі ці величини визначаються лише приблизно. Розрахунок навантаження в трансформаторі є ключовим в його виконанні. У зварювальному, наприклад, навантажувальну особливість висловлюють з режиму короткого замикання. Велике значення струму короткого замикання, пов’язане з малим значенням опору трансформатора в даних умовах роботи.

Найважливішим елементом всіх формул даного розрахунку є коефіцієнт трансформації, який визначається як співвідношення числа намотаних витків в первинній обмотці, до кількості витків у вторинній обмотці. Якщо обмоток не дві, а більше, значить і відповідно таких коефіцієнтів теж буде кілька. Якщо відомі напруги обмоток, то можна його розрахувати як відношення напруг первинної обмотки, до вторинної.

Розрахунок силового трансформатора

Розрахунок силового трансформатора безпосередньо залежить від кількості фаз в мережі живлення, тобто однофазної або ж трифазної. Перш за все в силовому трансформаторі основну роль грає його потужність. Спрощений розрахунок трансформаторів малої потужності і великий можна виконати і в домашніх умовах. Розрахунок втрат неминучий, як і для будь-яких електромагнітних пристроїв, тут же він складається з двох основних магнітних складових:

  1. вихрові струми;
  2. намагнічування.

Розрахунок однофазного трансформатора

Розраховуючи знижувальні трансформатори однофазного струму, як найпоширеніші в побуті, для початку потрібно з’ясувати його потужність. Звичайно, знизити напругу можна і іншими способами, але цей самий ефективний і дає ще до того ж гальванічну розв’язку, а значить можливість підключення силового навантаження.

Наприклад, якщо напруга первинної обмотки 220 Вольт, що властиво для стандартних мереж однофазного струму, то вторинна напруга потрібно визначити за навантаженням, яка буде підключатися до нього. Це може бути як нижче, так і вище напруга. Наприклад, для зарядки автомобільних акумуляторів необхідно напруга 12-14 Вольт. Тобто вторинна напруга і струм теж має бути заздалегідь відомо.

Орієнтовна потужність буде дорівнює добутку струму на напругу. Варто врахувати також і ККД. Для силових агрегатів він становить приблизно 0,8-0,85. Тоді з урахуванням цього коефіцієнта корисної дії розрахункова потужність становитиме:

Ррасч = P * ККД

Саме ця потужність і лягає в основу розрахунку поперечного перерізу сердечника, на якому будуть проведені намотування обмоток. До речі, видів цих сердечників муздрамтеатру може бути кілька, як показано на малюнку знизу.

Далі, за цією формулою визначаємо перетин

S (см2) = (1,0 ÷ 1,3) √Р

Коефіцієнт 1-1,3 залежить від якості електротехнічної сталі. До електротехнічної сталі відноситься чисте залізо у вигляді листів або стрічки товщиною 0,1-8 мм або у вигляді сортового прокату (круг або квадрат) різних розмірів.

Після чого визначається кількість витків, на один вольт напруги.

N = (50 ÷ 70) / S (см2)

Беремо середню величину коефіцієнта 60.

Тепер знаючи кількість витків на один вольт є можливість підрахувати кількість витків в кожній обмотці. Залишилося всього лише знайти перетин дроту, яким виконається намотування обмоток. Мідь, для цього кращий матеріал, оскільки володіє високою токопроводімость і швидко остигає в разі нагрівання. Тип дроту ПЕЛ або ПЗВ. До речі, нагрів навіть самого ідеального електромагнітного пристрою неминучий, тому при виготовленні мережевого трансформатора актуальний і питання вентиляції. Для цього хоча б передбачити на корпусі природну вентильований конструкцію шляхом вирізання отворів.

Струм в обмотці дорівнює

I = P / U

Діаметр перетину провідника для обмотки визначається за формулою:

D = (0,7 ÷ 0,9) √I

де 0,7-0,9 це коефіцієнт щільності струму в провіднику. Чим більше його значення, тим менше буде грітися провід при роботі.

Існує безліч методів розрахунку характеристик і параметрів, цей же самий простий, але і приблизний (неточний). Більш точний розрахунок обмоток трансформатора застосовується для виробничих і промислових потреб.

Розрахунок трифазного трансформатора

Виготовлення трифазного трансформатора і його точний розрахунок процес більш складний, тому що тут первинна і вторинна обмотка складаються вже з трьох котушок. Це різновид силового трансформатора, муздрамтеатр якого виконаний найчастіше стрижневим способом. Тут вже з’являються такі поняття, як фазні і лінійні напруги. Лінійні вимірюються між двома фазами, а фазні між фазою і землею. Якщо трансформатор трифазний розрахований на 0,4 кВ, то лінійна напруга буде 380, а фазное 220 В. Обмотки можуть бути з’єднані в зірку або трикутник, що дає різні величини струмів і напруг.

Обмотки трифазного трансформатора розташовані на стрижнях так само, як і в однофазному, т. Е. Обмотки нижчої напруги НН розміщуються ближче до стрижня, а обмотки вищої напруги ВН — на обмотках низької напруги.

Високовольтні трансформатори трифазного струму розраховуються і виготовляються виключно в промислових умовах. До речі, будь-який понижуючий трансформатор при зворотному включенні, виконує роль підвищує напругу пристрою.

Розрахунок тороїдального трансформатора

Така конструкція трансформаторів використовується в радіоелектронної апаратурі, вони є значно меншими габаритами, вагою, а також підвищеним значенням ККД. За рахунок застосування феритового стрижня перешкоди практично відсутня, це дає можливість не екранувати дані пристрої.

Простий розрахунок тороїдального трансформатора складається з 5 пунктів:

  • Визначення потужність вторинної обмотки P = U н * Iн;
  • Визначення габаритної потужності трансформатора Рг = Р / ККД. Величина його ККД приблизно 90-95%;
  • Площа перетину сердечника і його розміри
  • Визначення кількості витків на вольт і відповідно кількості витків для необхідної величини напруги.
  • Розрахунок струму в кожній обмотці і вибір діаметра провідника робиться аналогічно, як і в силових однофазних трансформаторах, описаних вище.

Розрахунок трансформатора для зварювального напівавтомата

Зварювальний напівавтомат призначений для зварювання з механічною подачею спеціальної зварювального дроту замість електрода. Джерело живлення такого пристрою також має в своїй основі потужний трансформатор. Розрахунок заснований на принципі його роботи, на виході якого має бути 60 Вольт при холостому ходу. Працює він в короткозамкненим режимі тому і нагрів його обмоток явище нормальне. Розрахунок в принципі теж аналогічний, тільки в цьому випадку ще варто врахувати потужність при тривалій зварюванні

Pдл = U2I2 (ПР / 100) 0.5 * 0.001.

Напруга і силу одного витка вимірюють у вольтах і воно буде дорівнює E = Pдл0.095 + 0.55. Знаючи ці величини можна приступити і до повного розрахунку.

Розрахунок імпульсного трансформатора двотактного перетворювача

Перевагою двотактних перетворювачів є їх простота і можливість нарощування потужності. В правильно сконструйованому двотактному перетворювачі через обмотку проходить незмінний струм, тому сильне підмагнічування осердя відсутня. Це дозволяє використовувати повний цикл перемагнічування і отримати максимальну потужність. Так як він виконується на ферритовом осерді то і розрахунок вихідної напруги трансформатора аналогічний звичайному тороїдальному.

Спростити варіанти розрахунку трансформатора можна застосовуючи спеціальні калькулятори розрахунку, які пропонують деякі інтернет-ресурси. Варто тільки внести бажані дані, і автомат видасть потрібні параметри планованого електромагнітного пристрою.

Ссылка на основную публикацию