Выполняем расчет трансформатора

Видео: Расчет трансформатора питания. Простая электроника 21

Конструкция типичного трансформатора несложная. Он состоит из стального сердечника, двух катушек с проволочной обмоткой. Одна обмотка называется первичной, вторая – вторичной. Появление переменного напряжения (U1) и тока (I1) в первой катушке образуют в её сердечнике магнитный поток. Он создаёт ЭДС непосредственно во вторичной обмотке, которая не присоединяется к цепи и имеет силу энергии, равную нулю.

Видео: Расчет тороидального трансформатора

Если цепь подключена и происходит потребление, то это приводит к пропорциональному возрастанию силы тока в первой катушке. Такая модель сообщения между обмотками объясняет процесс преобразования и перераспределения электрической энергии, который входит в расчет трансформаторов. Поскольку все витки второй катушки соединены последовательно, получается суммарный эффект всех ЭДС, который появляется на концах устройства.

Трансформаторы собираются так, что падение электрического напряжения во второй обмотке составляет небольшую долю (до 2 - 5%), что позволяет принять допущение о равности на её концах показателей U2 и ЭДС. Число U2 будет больше/меньше настолько, насколько велика разница между количеством витков обоих катушек - n2 и n1.

Видео: Как рассчитать трансформатор? (Расчёт и перемотка трансформатора #3)

Зависимость между количеством проволочных слоёв называется коэффициентом трансформации. Он определяется по формуле (и обозначается буквой К), а именно: K=n1/n2=U1/U2=I2/I1. Часто этот показатель выглядит, как соотношение двух чисел, например 1:45, которое показывает, что число витков одной из катушек в 45 раз меньше этого показателя другой. Эта пропорция помогает выполнить расчет трансформатора тока.

Электротехнические сердечники производят двух типов: Ш-образный, броневой, с разветвлением магнитного потока на две части, и П-образный - без разделения. Для уменьшения вероятных потерь стержень изготавливают не сплошным, а составляют из отдельных тонких слоёв стали, изолированных друг от друга бумагой. Наиболее часто встречается цилиндрический тип: на каркас накладывается первичная обмотка, далее монтируются шары бумаги, а поверх этого всего наматывается вторичный слой проволоки.

Расчет трансформатора может вызвать некоторые сложности, но конструктору-любителю придут на помощь упрощённые формулы, которые приводятся ниже. Предварительно необходимо определить уровни напряжений и сил токов индивидуально для каждой катушки. Подсчитывается мощность каждой из них: P2=I2*U2- P3=I3*U3- P4=I4*U4, где Р2, Р3, Р4 - мощности (Вт), наращиваемые обмотками- I2, I3, I4 - силы токов (А)- U2, U3, U4 - напряжения (В).

Для установления общей мощности (Р) в расчет трансформатора нужно ввести сумму показателей отдельных обмоток, а затем умножить на коэффициент 1,25, который учитывает потери: P=1.25(P2+P3+P4+…). Кстати, величина Р поможет подсчитать сечение сердечника (в кв.см): Q=1.2*кор.кв.P

Видео: Сборка перемотанного трансформатора. (Расчёт и перемотка трансформатора #5)

Затем следует процедура определения числа витков n0 на 1 вольт по формуле: n0=50/Q. В результате узнают число витков катушек. Для первой, с учётом потери напряжения в трансформаторе, оно будет равно: N1=0.97*n0*U1
Для остальных: N2=1.3*n0*U2- n2=1.3*n0*U3… Диаметр проводника любой обмотки можно вычислить по формуле: d=0.7*кор.кв.1 где I — сила тока (A), d — диаметр (мм).

Расчет трансформатора позволяет найти силу тока из обшей мощности: I1=P/U1. Остаётся неизвестным типоразмер пластин в сердечнике. Для его нахождения необходимо подсчитать площадь обмотки в окне сердечника: Sm=4(d1(кв.)*n1+d2(кв.)*n2+d3(кв.)*n3+…), где Sm - площадь (в кв. мм), всех обмоток в окне- d1, d2, d3 и d4 - диаметры проводов (мм)- n1, n2, n3 и n4 — число витков. С помощью этой формулы описывается неравномерность намотки, толщина изоляции проводов, участок, занимаемый каркасом в просвете окна сердечника. Согласно полученной величине площади, выбирается специальный типоразмер пластины для свободного размещения катушки в её окне. И последнее, что нужно узнать - толщину набора сердечника (b), которую получают по формуле: b=(100*Q)/a, где a – ширина средней пластины (в мм)- Q - в кв. см. Самое сложное в этом способе - выполнить расчет трансформатора (это поиск стержневого элемента с подходящим типоразмером).