Расчет маломощных трансформаторов питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Силовые трансформаторы принято делить на два класса:

• радиотехнические, с мощностью от 1 до 500 Вт;
• электротехнические с мощностью свыше 5000 Вт.

Эти трансформаторы рассчитывают по двум разным методикам. Проблема возникает при необходимости рассчитать трансформатор с мощностью от 500 до 5000 Вт, когда методика расчета радиотехнических трансформаторов уже не применима, а методика расчета электротехнических трансформаторов еще не применима. В этом случае производят расчет трансформатора дважды, по каждой из методик, а его намоточные данные и сечение сердечника выбирают средними, из полученных при этих двух расчетах, и затем уточняют экспериментально.

Приводимая методика расчета используется для расчета трансформаторов питания маломощной радиоаппаратуры, которые питаются от сети 110, 127, 220 В частотой 50 Гц. Существует два основных подхода к расчету радиотехнических трансформаторов: оптимизация по меди; оптимизация по "железу".

Соответственно, в первом случае получается трансформатор минимальной стоимости, а во втором - минимального веса. Минимальный вес очень важен для бортовой или носимой аппаратуры.

Магнитопровод трансформатора

Для трансформаторов минимальной стоимости используется листовая электротехническая сталь марок Э31, Э41 с толщиной пластин 0,35, 0,5 мм. Для трансформаторов минимального веса - сталь марок Э310, Э320, Э330. Конструкции сердечника (магнитопровода) трансформатора можно разделить на броневые, стержневые, тороидальные. Стержневые магнитопроводы используются в мощных трансформаторах, так как позволяют улучшить охлаждение. Тороидальные магнитопроводы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала и создают гораздо более слабое, чем другие сердечники, внешнее магнитное поле.

Магнитопровод трансформатора может быть выполнен из штампованных пластин или навит из полос. Преимущество магнитопроводов из штампованных пластин в том, что их можно изготовить даже из очень хрупких, но обладающих хорошими магнитными свойствами материалов. Достоинство витых магнитопроводов в полном использовании свойств электротехнической стали, простоте изготовления и малых отходов производства.

Обмотки трансформатора

Как правило, обмотку наматывают на каркас, выполненный из диэлектрического материала - пластика, электрокартона и т.п. Иногда, для уменьшения внешних размеров трансформатора, используется бескаркасная намотка на гильзу. По конструкции каркаса трансформатор может иметь цилиндрические обмотки (в этом случае обмотки наматывают одна поверх другой) или галетные (в этом случае каждую обмотку наматывают на отведенную для нее секцию, начиная от сердечника трансформатора).

Как правило, обмотки, содержащие много витков тонкого провода, располагают ближе к сердечнику трансформатора для того, чтобы уменьшить их активное сопротивление и потери в них. Поэтому сетевая обмотка, как правило, наматывается на каркас первой.

Намотка провода на катушку трансформатора может быть выполнена правильными слоями, или беспорядочно "внавал". В любом случае между слоями обмотки желательно прокладывать изоляцию для предотвращения межслойного замыкания. В катушке прокладывают также и межобмоточную изоляцию для предотвращения пробоя между соседними обмотками. Для повышения электрической изоляции и защиты обмотки трансформатора пропитывают специальными составами.

Первичная обмотка

К силовым трансформаторам часто предъявляется требование работать от напряжения 110, 127 и 220 В. В этом случае его первичная обмотка может быть выполнена, как показано на рис.1.

Рис.1

Недостатком этой схемы является увеличение расхода меди и усложнение изготовления трансформатора вследствие применения для намотки обмоток I, II и III проводов разного сечения. Поэтому чаще используют схему, показанную на рис.2.

Рис.2

При подключении к сети 127 В перемычки устанавливают в положение "2" и обмотки 2-3 и 4-5 включают параллельно, а при подключении к сети 220 В перемычку устанавливают в положение "1" и все обмотки включают последовательно.

Для проведения расчета должны быть заданы:

• напряжение питающей сети;
• напряжение на каждой из вторичных обмоток;
• токи вторичных обмоток;
• тип магнитопровода.

В результате расчета определяют:

• сечение и размеры магнитопровода (если он не задан);
• количество витков и диаметр провода каждой обмотки.

Трансформатор является устройством, функционирующим в сети переменного тока, поэтому при его расчете используют действующие значения переменного тока и переменного напряжения.

Последовательность расчета

1. Находят суммарную мощность вторичных обмоток при номинальной нагрузке:

P2=I1U1+I2U2+...InUn.

Где In и Un - соответственно ток и напряжение на n-й обмотке.

Габаритную мощность трансформатора определяют с учетом КПД (ηтр) (табл.1).

Pтр=P2/ηтр,

где ηтр - КПД.

Таблица 1

2. Выбирают максимально допустимые значения плотности тока ∆ и магнитной индукции В. Значение магнитной индукции для трансформаторов со стержневым и броневым магнитопроводом указано в табл.1. При использовании витых магнитопроводов из холоднокатаных электротехнических сталей максимальная величина индукции может быть увеличена в 1,31,6 раза.

3. Определяют минимально допустимую площадь сечения магнитопровода:

Sсеч=700[(aPтр)/(fB∆)]0,5 (см²),

где а - коэффициент, составляющий 4,5-5,5 для трансформаторов наименьшей стоимости и 2-3 для трансформаторов наименьшего веса; Ртр - мощность трансформатора, Вт; . - частота питающей сети, Гц; В - максимальное значение магнитной индукции, Гс; ∆ - допустимая плотность тока, А/мм².

Для трансформаторов наименьшей стоимости, работающих в сети 50 Гц, обычно принимают максимальную индукцию 10000 Гс и плотность тока 3 А/мм². При этом формула упрощается:

Sсеч=1,3(Pтр)0,5 (см²).

Определяют поперечное сечение магнитопровода с учетом коэффициента заполнения сечения сталью:

S’сеч=Sсеч/kзап.

Значения kзап в зависимости от толщины пластин магнитопровода приведены в табл.2.

Таблица 2

4. Определяют размеры магнитопровода.

Для броневого магнитопровода его тип и размеры можно выбрать из таблиц V.1 и V.2 [1].

Выбрав тип пластин, толщину магнитопровода Y1 определяют по формуле:

Y1=S’сеч/Y,

где Y - ширина центральной части пластины для броневого магнитопровода.

Соотношение Y1/Y не должно превышать 2-3. Иначе происходит заметное увеличение поля рассеяния трансформа-

тора, и нужно будет выбрать пластины большего размера.

Для тороидального магнитопровода внутренний (D1) и внешний (D2) диаметры определяют по формулам:

D1=(1,75Sсеч/σα)^0,5,

D2=2Sсеч/bk,

где σ - коэффициент заполнения окна медью (обычно 0,23-0,25); b - высота магнитопровода, см.

5. Определяют число витков на вольт в трансформаторе:

ω=2,2х10⁷/fBSсеч.

При работе трансформатора от сети с частотой 50 Гц и максимальной индукции 10000 Гс формула принимает вид:

ω=45/Sсеч.

Число витков в каждой обмотке определяется умножением полученной величины на напряжение на каждой конкретной обмотке. При этом число витков вторичных обмоток следует увеличивать на 3...5% (в зависимости от тока, потребляемого от обмотки) для того, чтобы учесть падение напряжения на сопротивлении обмотки.

6. Определяют диаметры проводов для каждой из обмоток:

d=1,13(I/∆)^0,5,

где I - максимальная величина тока в обмотке; ∆ - плотность тока в трансформаторе, А/мм².

Можно также использовать приближенную формулу:

d=0,7(I)^0,5.

7. Проверка размещения обмоток на каркасе трансформатора с броневым сердечником.

Число витков в одном слое обмотки

ω=(h−2(δ+2))/(αdиз),

где h - высота окна каркаса трансформатора; δ - толщина материала каркаса трансформатора; dиз - диаметр намоточного провода с изоляцией; α - коэффициент неплотности (табл.3).

Таблица 3

Число слоев каждой из обмоток

Nсл=ω/ωсл,

где ω - число витков обмотки; ωсл - число витков в слое этой обмотки.

Для того чтобы все обмотки разместились в окне трансформатора, должно выполняться условие:

B>δ+Σδобм+Σδпр,

где Σδобм - суммарная толщина всех обмоток; Σδпр - суммарная толщина всех прокладок между обмотками; B - ширина окна.

В случае, если обмотки вместе с изоляцией занимают место большее, чем окно выбранного сердечника, то следует увеличить размер пластин магнитопровода и произвести расчет трансформатора заново.

Литература:

1. Терещук Р.М. и др. Справочник радиолюбителя. - К.: Техника, 1971.

Автор: А.Ю. Саулов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Закодированная информация на экране телефона 29.10.2011 Компания Apple подала патентную заявку, в которой описана необычная технология "шифрования" информации, отображаемой на дисплеях мобильных устройств. В людном месте пользователь сможет активировать особый режим, при котором буквы и изображения на экране будут искажаться до полной нечитаемости. Чтобы увидеть вместо мешанины пикселей осмысленное изображение, владельцу смартфона или планшета достаточно надеть специальные очки.

Другие интересные новости:

▪ Машина для галлюцинаций

▪ Игровая ретро-консоль ODROID-GO Advance

▪ API от Logitech объединит все устройства в умном доме

▪ Обнаружены следы столкновения двух суперземель

▪ С мобильным телефоном путешествовать быстрее

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Кто ищет - тот всегда найдет! Крылатое выражение

▪ статья Где находится остров в озере, по площади превосходящий само это озеро? Подробный ответ

▪ статья Аппаратчик ХВО установки. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Тепловые насосы для теплоснабжения индивидуальных домов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автомат защиты электрических устройств от перепадов сетевого напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025