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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Планшет Samsung Galaxy Tab 2 с ОС Android 4.0 13.02.2012 Компания Samsung официально анонсировала выпуск своего первого планшета с ОС Android 4.0 (Ice Cream Sandwich). Устройство Galaxy Tab 2, показанное на иллюстрациях, похоже на своего предшественника, Galaxy Tab. Основой планшета стал двухъядерный процессор, работающий на частоте 1 ГГц. В конфигурацию входит 1 ГБ оперативной памяти, 8, 16 иди 32 ГБ флэш-памяти, средства беспроводного подключения Wi-Fi и Bluetooth 3.0. Будут предложены версии с поддержкой 3G и без таковой. В оснащении стоит отметить две камеры (разрешением VGA на фронтальной поверхности устройства и 3 Мп - на тыльной стороне) и слот microSD. Планшет поддерживает HSPA+ (версия с 3G) и комплектуется батареей емкостью 4000 мА-ч. Разрешение семидюймового экрана типа PLS TFT равно 1024 х 600 пикселей. Толщина устройства составляет 10,5 мм. Первыми среди европейцев новинку смогут купить жители Альбиона - сроком начала продаж Samsung Galaxy Tab 2 в Соединенном Королевстве назван март. Цены на модели с Wi-Fi в Европе стартуют с 420 евро, на модели с Wi-Fi и 3G - с 520 евро.

Другие интересные новости:

▪ Робот Google заменит служебную собаку

▪ Планшет Chuwi HiPad Max

▪ Первый GaN силовой модуль 0,6-5,5 вольт, 30 ампер, 3 МГц

▪ Мультимедийный центр InControl автомобилей Jaguar

▪ Самый маленький в мире ТВ тюнер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья И жизнь хороша, и жить хорошо. Крылатое выражение

▪ Как происходило развитие США после Второй мировой войны? Подробный ответ

▪ статья Лаборант. Должностная инструкция

▪ статья Делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Перебрасывание карт из руки в руку. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025