Расчёт трансформатора своими руками: онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов • Мир электрики

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения ее формы и частоты.

Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство используется для преобразования переменного сигнала или создания гальванического отключения. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

• среднечника;
• обмотки;
• каркас для правления оботок;
• изолятора;
• дополнительные элементы, обеспечивающие жесткость устройства.

Принцип действия любого трансформаторного устройства основан на эффекте возникновения магнитного поля вокруг проводника с протекающим по нему электрическим током. Это поле также возникает вокруг магнитов.

Ток называется направленным потоком электронов или ионов (зарядов). Я взял проволочный проводник, намотал его на катушку и к ее концам подключил прибор для измерения потенциала. Это говорит о том, что при приложении магнитного поля к катушке с намотанным проводником получается источник энергии или ее преобразователь.

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

Классический трансформатор состоит из двух катушек и соединяющего их магнитопровода. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки магнитный ток, возникающий через магнит (сердечник), передается на вторую катушку.

Таким образом, катушки соединены силовыми магнитными линиями. По закону электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуцируется переменная электрическая сила (ЭДС). Поэтому в первичной обмотке ЭДС возникает самоиндукция, а во вторичной ЭДС — взаимоиндукция.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода определяет максимальную силу тока. При равенстве витков катушек уровень входного сигнала будет равен выходному. В том случае, если витков вторичной обмотки в три раза больше, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше входного — и наоборот.

Нагрев всего устройства зависит от сечения провода, используемого в трансформаторе. Правильно подобрать сечение можно по специальным таблицам из справочников, но проще воспользоваться онлайн-калькулятором трансформера.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает прочность магнитной связи. Для его увеличения обмотки катушки размещены на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается из материалов, обладающих хорошей электромагнитной проводимостью, например, феррита, альцифера, карбонильного железа.

Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образованная протеканием тока в первичной обмотке, электромагнитная — образующая магнитный ток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной обмотке при подключении к нагрузке.

Корректная работа трансформатора также зависит от частоты сигнала. Чем он больше, тем меньше потерь при передаче энергии. А это значит, что размер магнитопровода зависит от его значения: чем выше частота, тем меньше размер устройства.

На этом принципе построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому для расчета трансформатора по сечению сердечника часто используют калькулятор, помогающий избавиться от ошибок ручного расчета.

Формулы для расчета числа витков трансформатора

 

По необходимости подборки онструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задавать вопросы авторам рактика Электронный шекмП Искусство работа другие. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задавать вопросы авторам

[Число витков у вторичной обмотки] = [Число витков упроводной обмотки] * [Амплитудное значение вторичной обмотки, В] / [Амплитудное значение женщины входного вращения, В]

Как видим из формул, количество витков не зависит от магнитной проницаемости сердечника. Поскольку сердечник с зазором эквивалентен сердечнику с меньшей магнитной проницаемостью, но без зазора, число витков также не зависит от величины зазора.

А вот ток трансформатора зависит от проницаемости (и зазора). Если оно обратно пропорционально этому значению. Так как нас обычно интересует снижение тока холостого хода, то при отсутствии противопоказаний лучше всего использовать материал с большей проницаемостью.

Скин-эффект и намотка жгутом

Силовые импульсные трансформаторы рекомендуется наматывать жгутами из тонких проводов. Несколько преимуществ. Во-первых, исключается эффект сна. Это такое неприятное явление, когда токи высокой частоты проходят по проводникам не по всему их объему, а стремятся распределиться по поверхности.

Получается, что работает не весь проводник, а только его небольшой поверхностный слой значения избыточного омического оботки и гравия. Скин-эффект не проявляется на тонких проводах. На частоте 100 кГц используем провода диаметром 0,25 мм. На более высоких частотах рекомендуется еще больше уменьшить диаметр провода. Во-вторых, жгут намотать проще, чем толстую медную шину.

Сечение обмоточного провода выбирается исходя из силы тока. Мы читаем домашнюю массу тока 5 А/кв мм. Если вы проектируете трансформатор с целью сертификации, то в разных странах существуют разные нормы допустимой плотности тока.

Познакомьтесь с ними. Из силы и плотности тока получаем диаметр провода. Для частот менее 100 кГц, если меньше 0,25 А, мотаем одним проводом, если больше, то мотаем проводом 0,25.

Определив количество витков в обмотках и количество проводов в жгутах, необходимо проверить, войдут ли обмотки в окно магнитопровода.

Теперь рассчитаем трансформатор онлайн. Этот расчет подходит как для низкочастотных, так и для высокочастотных трансформаторов. С его помощью можно рассчитать не только силовые, но и другие (например, управляющие, согласующие и так далее) трансформаторы. Он подходит для различных магнитных проводников.

Нужно только правильно рассчитать площадь сечения и площадь окна. Для Ш — образных сердечников. Площадь сечения равна площади зуба, а площадь окна есть произведение его ширины на высоту. Для кольцевых (тороидальных) сердечников площадь сечения равна произведению высоты на половину разницы наружного и внутреннего диаметров, площадь окна равна ПИ, умноженному на квадрат внутренний диаметр, деленный на 4.

Амплитудное значение входного напряжения, В
Амплитудное значение выходного напряжения, В
Фактическое значение выходного тока, А
Частота, кГц
Максимально допустимая индукция, Тл
Площадь сечения магнитопровода, кв мм
Площадь окна магнитопровода, кв мм
Число витков вращающихся витков	12
Диаметр провода в гуте примерной вращения, мм	0,25
Количество проводов в витке первичной обмотки	21
Количество вторичных обмоток	7
Диаметр провода в жуте вторичной обмотки, мм	0,25
Количество проводов в проводе вторичной обмотки	36

Совет! Сохраните адрес этой страницы в избранное. Возможно, вам нужно будет повторить расчет.

После расчета можно переходить к изготовлению силового мощного импульсного трансформатора.

К сожалению, в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь на новости, чтобы быть в курсе.

Виды сердечников

Трансформаторы различаются между собой не только областью применения, техническими характеристиками и размерами, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, помимо соотношения витков, является размер сердечника.

От его значения зависит способность насыщаться. Эффект насыщения возникает, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остается неизменной, т.е е мощность не меняется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения потребуется правильно рассчитать объем и сечение сердечника, размер которого зависит от мощности трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем больше должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник делится на три основных типа:

• стержневой;
• броневой;
• тороидальный.

 

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образную или Ш-образную конструкцию. Собирается из стержней, стигайгающихся ярмом. Для защиты катушек от воздействия внешних электромагнитных сил применяют бронированные магнитопроводы.

Их ярмо завершается на очень странице и зачирает строжен с катулькой. Тороидальный тип изготавливается из металлических полос. Такие сердечники экономически наиболее выгодны из-за кольцевой конструкции.

Зная форму среднечика, легко рассчитать мощность трансформатора. Он находится по простой формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

• S — площадь сечения сердца.
• К — постоянный коэффициент, равный 1,33.

Площадь сердца располагается в зависимости от его вида, единица его измерения — сантиметры в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто программа расчета сечений сердца по недвижимой частичной трансформаре: Sс = 1,2√P, см2. На основании формул можно подтвердить вывод: чем больше мощность изделия, тем крупнее используемый сердечник.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют упрощенный метод при расчете трансформатора. Это позволяет выполнять расчеты дома, не используя значения, которые трудно найти. Но проще воспользоваться онлайн-калькулятором. Для использования этого калькулятора вам потребуется знать некоторые данные, а именно:

• напряжение первичной и вторичной обмотки;
• гарабитны среднечника;
• толщина пластин.

После их ввода вам нужно будет нажать кнопку «Рассчитать» или аналогичную по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчета на калькуляторе, выполнить такую ​​операцию самостоятельно, легко и вручную. Для этого необходимо будет определить напряжение на выходе вторичной обмотки U2 и требуемую мощность Po. Расчет следующий:

1. Рассочиается ток облачно: In=Po/U2, А.
2. Выличная вличита тока вторичной обмотки: I2 = 1,5*In, А.
3. Нифатфияться пачистика вторичной обмотки: P2 = U2*I2, Вт.
4. Находится общая пачастия продавач: Pт = 1,25*P2, Вт.
5. Вычличества силы тока переменного тока: I1 = Pт/U1, А.
6. Находится недвижимое сечение магнитопровода: S = 1,3*√ Pт, см².

Следует отметить, что если устройство построено с несколькими выводами во вторичной обмотке, то в четвертой точке суммируются все мощности, и вместо Р2 подставляется их результат.

После завершения первого этапа переходят к следующему этапу расчета. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: К1 = 50*U1/S. Число витков вторичной обмотки определяется выражением К2= 55* U2/S, где:

• U1 — печать с цилиндрической обмоткой, В.
• S — площадь среднечника, см².
• К1, К2 — навров витков в обмотках, шт.

Осталось рассчитать диаметр намотанной проволоки. Он равен D = 0,632*√I, где:

• d — диаметр проволоки, мм.
• I — обмоточный ток рассуванной катушки, А.

При выборе магнитопровода следует соблюдать соотношение ширины сердечника 1 к 2 к его толщине. По среде учета вычислительной мощности программ, т.е е поместится ли обмотка на раме. Для этой площади окна вычитается по формуле: Со = 50*Пт, мм2.

Читайте также: Полная мощность трансформатора: что это, из каких частей состоит, методика расчета

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются так же, как и простые трансформаторы, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разности напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разность напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Получается, что между частями точки программы 12,5*240=3000 Вт.

Потребляемый ток сети 12,5+250/220=13,64А, что как-то соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку 240 В с выходом 220 В, который подключается к сети. Участок между отводом и выходом мотается продом, раскладным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе значительно большую мощность, чем трансформатор на том же сердечнике с малым коэффициентом передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньшие габариты, меньший вес и при этом больший КПД.

При этом они легко сматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчета тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» экспериментировать с разными входными данными. В качестве таких данных используются:

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

 

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчета импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно использовать специально разработанные программы, например, Lite-CalcIT, или произвести расчет вручную. Для самостоятельного расчета используются следующие формулы:

1. Мощность выходной катушки: P2=I2*U2, Вт.
2. Суммарная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, взятый из справочника (0,76−0,96).
3. Фактическое место соединения «железа» в производстве катушки: Sch= ((Dd)*h)/2, мм2.
4. Расчет сечения «железа» в месте расположения змеевика: Sw =√Pq/1,2, мм2
5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
6. Значение рабочего тока входной печи: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где исходное значение cosφ (от 0,85 до 0,94).
7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J — плотность тока, взятая из справочника (от 3 до 5).
8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное мнежное, предпечение от умярной качести выходных оботок.
9. Осталось найти выходную мощность и расчет тороидального силового трансформатора считается завершенным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная присоединяя, Kok — коефизонт запонения проводом, Kct —коэффициент запонения железом.

Все значения коэффициентов взяты из руководства по радиооборудованию (РЭА). Таким образом, произвести расчеты в ручном режиме несложно, но потребуется точность и доступ к справочным данным, поэтому пользоваться онлайн-сервисами гораздо проще.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенный метод, которым пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки с нагрузочной способностью.

По ее словам мне практически всегда удавалось накрутить схему с первой попытки. Было очень редко добавлять или уменьшать определенное количество витаминов.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положен средний коэффициент полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке, к присоединенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оцениваются по статистической таблице.

Мощность трансформатора, Вт	Коэффициент производственного действия ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0,95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего через первичную обмотку в амперах, на напряжение бытовой электропроводки в вольтах.

Она превращается в магнитную энергию, текущую по сердечнику, полностью распределяясь в нем в зависимости от формы распределения токов:

1. для цевевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. сердценика из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: узнать необходимое значение первичной или вторичной мощности, выбрать магнитопровод по форме и сечению сердечника.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 вольта — на выходе.

Коэффициент трансформации в привестном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а второстепенной — в знаменателе. Он также позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

п = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрическую мощность каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампер на квадратный миллиметр.

Мы определили величину тока в амперах для каждой обмотки на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из него квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записывают в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Его выбирают с учетом выделения допустимого тепла за счет протекающего через него тока. Если позволяет место в окне сердечника, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при тугой намотке все витки провода не помещаются в окно магнитопровода, допустимо несколько уменьшить его сечение. Но такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода получается оптимальное соотношение между его нагревом в процессе работы и размерами свободного пространства внутри сердечника, позволяющего разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Расчет основан на использовании магнитных свойств железного сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных видов электротехнической стали, подобранных под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаутся магнитопроводы неизвестной марки, определить электрические характеристики которых практически не реально. Поэтому в формулах учитываются усредненные параметры, которые несложно подкорректировать при настройке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Учитывается величина напряжения в вольтах, которое индуцируется в одной обмотке катушки и подключается к сечению магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков рассчитывается как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге необходимо прикинуть: все ли обмотки поместятся в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого примем, что провод имеет сечение не круглое, а квадратное со стороной одного диаметра. Тогда при идеальной плотной упаковке он будет занимать площадь, равную произведению единицы поперечного сечения на число витков.

Увеличиваем эту площадь проценции на 30, идеи намотать втики так идеально тиклись. Это будет место внутри полости катушки, и оно все равно будет занимать определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади витков каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ подсчета очков — сворачивать катушки «на удачу». Его можно использовать, если новую конструкцию перемонтировать со старыми рабочими катушками на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластины влияет на шумы, производимые железом сердечника при колебаниях от протекающего через него магнитного потока.

В то же время неплотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывая дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические штыри, то они должны быть изолированы от железа сердечника бумажными вкладышами и картонными шайбами.

В противном случае на этом креплении возникнет искусственно созданная короткозамкнутая петля. В нем статья наведится доположение ЭДС, значительно снижающее коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции болтов крепления относительно железа жилы проверяют мегаомметром с напряжением 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключаемой к бытовой электропроводке, плотность тока лучше выбирать из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Спообы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает больший объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах проволоки.

Качественный монтаж обеспечивается намоткой плотными витками один рядом с другим с расположением их рядов и укладкой ровных слоев изоляции из конденсаторной бумаги, лака, других материалов.

Для создания диэлектрического слоя подходят целлофановые (не полиэтиленовые) ленты. Можно резать их из упаковки сигарет. Отлично справлеятся с такожими слоями изоляционной кулинарной пленки для выпечки мясных изделий и выпечки.

Также придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пусковых устройств, работающих в экстремальных условиях с большими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоев силикатным клеем (жидким стеклом).

Эму требует времени, чтобы высохнуть. После этого скатывается еще один слой, что значительно удлиняет время сборки. Именно поэтому трансформатор, созданный по этой технологии, может выдерживать высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов проводов нагретым воском, но у жидкого стекла изоляция лучше.

Когда длины провода не хватает на всю обмотку, то его подключают. Подключение следует делать не внутри катульки, а отзера. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Измерьте ток на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и числа витков под рабочим напряжением, которое подключается.

Виполный качественный наладку позволяет проводить измерение тока холостого хода при оптимальном значении напряжения на входной обмотке источника питания.

Его значение должно быть в пределах 100÷150 мА из расчета каждых 100 Вт подаваемой мощности при длительном включении трансформаторных изделий. При использовании режима кратковременной работы с частыми остановками его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выпольная расчетная трансфамиляция онлайн как лавком или программами его чипов довоскими форумами, вам печать собирает всю конструкцию в железе и проводах. При сборке своими руками можно совершить множество досадных ошибок.

Чтобы этого избежать, рекомендую посмотреть видео владельца Юность Ru. Очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео поразовано много полезных комментариев, с комментариями тоже продается.

Рекомендации по сборке и намотке

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «по поверхности». Магнитопровод стигается обоймой или шпилечными гайками. Для того что не броустить изоляцию, шпильки зачираться диэлектриком. Тянуть «железо» нужно с усилием: если оно окажется недостаточным при работе устройства, будет шум.

Проводники наматываются плотно и равномерно на катушку, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой пленкой. Последний ряд обтягивается киперной лентой или лакотканью.

Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод обрывается, а в месте обрыва припаивается отвод. Это место тщательно изолировано. Концы обмоток скреплены нитями, которыми провода привязываются к поверхности сердечника.

В этом случае есть хитрость: после первичной обмотки не обязательно наматывать сразу всю вторичную обмотку. Намотав 10—20 вітков, недвижимость місіріть віджуту віджуту предложения на его концах.

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