Расчет однофазного трансформатора пример расчета

Расчет простого однофазного трансформатора

В самой простой классификации они бывают однофазные и трехфазные. Рассмотрим , для начала, принцип работы стандартного однофазного преобразователя переменного напряжения. Благодаря магнитному потоку, который создается первичной обмоткой, вторичная его улавливает и преобразует в переменное напряжение с такой же частотой, но с другим номиналом. Почему же напряжения на вторичной обмотке отличается? А потому, что зависит от количества витков, которые намотаны на обоих обмотках. И подчиняются следующей формуле. ,где:

U1 и U2 — напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно;

N1, N2 — количество витков на каждой обмотке;

I1, I2 — токи протекающие в каждой из обмоток.

В данных вы познакомитесь с общим устройством, со схемой замещения при холостом ходе. С работой однофазного и трехфазного трансформатора. С переходными процессами происходящими в них. Познакомитесь с примерами расчета. Точный и правильный расчет трансформатора довольно сложен, если вам не терпится познакомится с ним по ссылке чуть выше, вы можете скачать целый курсовой проект посвященный этому вопросу, но радиолюбителю или начинающему электронщику можно сконструировать силовой трансформатор, пользуясь для расчета упрощенными методиками, которые рассмотрены ниже. Для упрощенного расчета необходимо вычислить, исходя из заданных параметров величины напряжений и токов для всех обмоток.

1/Сначала расчитаем мощность для всех вторичных обмоток:

1. P2=I2×U2; P3=I3×U3 и т.д где Р2, Р3, Р4 — мощности, отдаваемые обмотками трансформатора; I2, I3, I4 — силы токов (А);

2. U2, U3, U4 — напряжения этих обмоток. Для расчета общей мощности трансформатора все составляющие, вычисленные для отдельных обмоток, суммируются и общая сумма умножается на коэффициент 1,25, учитывающий потери.

3. P=1,25×(P2+P3+P4+..) По мощности Р подсчитывается сечение сердечника (в кв.см):

2.Далее рассчитываем число витков n0 приходящиеся на 1 вольт напряжения: n0=50/Q

3.Затем переходят к нахождению числа витков каждой из обмоток. Для первичной обмотки число витков, учитывая потери напряжения, будет определятся так:

4.Для остальных обмоток учитывая потери напряжения числа витков определяются:

6. n2=1,03×n0×U2; n3=1,03×n0×U3 и т.п

5.Диаметр провода любой обмотки трансформатора можно определить по формуле:

7. d=0.7×√ I где I — сила тока (A), идущего через данную обмотку; d — диаметр провода (по меди) в миллиметрах.

8. Сила тока, проходящего через первичную обмотку, вычисляется из обшей мощности трансформатора

6.Необходимо еще выбрать типоразмер пластин для сердечника трансформатора. Для этого нужно рассчитать площадь, которую занимает вся обмотка в окне сердечника :

10. Sм=4×(d12×n1+d22×n2+d32×n3+. +) где Sм — площадь (в квадратных миллиметрах), занимаемая всеми обмотками в окне;

11. d1, d2, d3 и d4 — диаметры проводов обмоток (в миллиметрах);

12. n1, n2, n3 и n4 — числа витков соответствующих обмоток.

Эта формула учитывает толщину изоляции проводов и неравномерность намотки обмоток, а также место, которое занимает каркасом в окне сердечника. По полученной величине Sм выбирается типоразмер пластины с таким образом, чтобы обмотка свободно влезть в окно выбранной пластины.

Выбирать пластины с окном, значительно большим, чем это требуется, не следует, так как при этом сильно ухудшаются общие свойства трансформатора. 7.Затем определяют толщину набора сердечника — величину b, которую вычисляют по формуле:

14. Здесь размер a – ширина среднего лепестка пластины и b в миллиметрах;

Расчет как видите очень простой, самым сложным является поиск необходимого сердечника с нужными типоразмерами. Определение мощности силового трансформатора без сложных расчетов

Полный расчет и самостоятельное изготовление трансформатора для радиолюбителя довольно сложная задача. Но можно пойти более быстрым путем. Просто подобрать близко похожий по мощности и исправный трансформатор. Рассмотрим косвенный способ определения мощности трансформатора на примере трансформатора ТП114-163М.

Он броневого типа, собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Итак, для вычисления мощности трансформатора требуется рассчитать сечение магнитопровода.

Применительно к ТП114-163М, магнитопровода представляет набор штампованных Ш-образных и прямых пластин из электротехнической стали. Для упрощенного расчета сечения потребуется умножить толщину набора пластин на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины. При расчетах не забывайте соблюдать размерность. Лучше все мерить в сантиметрах. В соответствии с рисунком, толщина набора около 2 сантиметров.

Затем измеряем ширину центрального лепестка. Тут немного сложнее.

Так как ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас.

Поэтому центральный лепесток почти не виден, он закрыт пластиной, и измерить его ширину проблематично. Поэтому ширину измеряем у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Она не дополняется прямой пластиной и поэтому хорошо просматривается край центрального лепестка. Таким образом сечение магнитопровода будет 3,4 см2.

8.Остается подставить это значение в формулу и вычислить результат – около 7 ватт. Pтр=(S/1,3)2

Расчет трансформатора. Маломощный с воздушным охлаждением

В конструкторском исполнении он представляет собой магнитопровод и катушки с обмотками.

Магнитопроводы небольшой мощности бывают пластинчатые и ленточные. Они в свою очередь делятся на три основных класса: стержневые, кольцевые и броневые. Обмотки катушек делаются из изолированных проводов и кроме, этого осуществляется изоляция катушек непосредственно от сердечника. В этой работе был представлен расчет трансфор-ра трехфазного двухобмоточного общей мощностью 1000 кВ•А. При передаче энергии на одинаковое расстояние, потери ее оказываются разными при разных напряжениях. Чем выше напряжение, тем меньше потери. Для изменения напряжения в электроэнергетике применяют тран-торы. Так в начале практической используют повышающие трансф., а в конце – понижающие. Цель данной практической работы заключается в том, чтобы спроектировать его с минимальными потерями. Расчет трехфазного двухобмоточного маслянного трансформатор.

Источник

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

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:

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:

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

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.

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.

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

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

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

Источник