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:

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Ультраширокий монитор LG 40HT513D 07.09.2026

Компания LG Electronics презентовала свой новый профессиональный дисплей 40HT513D, сочетающий большую рабочую площадь с функциями, ориентированными специально на медицинские учреждения. Монитор оснащен 40-дюймовой изогнутой IPS Black-панелью с соотношением сторон 21:9 и разрешением 5120 x 2160 пикселей, что соответствует примерно 11 мегапикселям. Такая конфигурация позволяет разместить на одном экране несколько диагностических изображений без разделительных рамок, которые неизбежно возникают при использовании отдельных мониторов. Устройство предназначено для работы с рентгеновскими снимками, компьютерной и магнитно-резонансной томографией, а также другими медицинскими изображениями и получило разрешение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в качестве медицинского устройства. По оценке LG, по площади рабочего пространства один 40HT513D способен заменить конфигурацию из трех 3-мегапиксельных медицинских мониторов. Для специалистов по лучевой диагностике это ...>>

Происхождение изображений ИИ становится все труднее установить 06.09.2026

Генеративный искусственный интеллект способен создавать изображения, в которых угадываются особенности определенных художественных стилей, однако установить источник конкретного визуального элемента оказывается значительно сложнее. Исследование специалистов лаборатории MIT CSAIL показывает, что по мере увеличения обучающего набора данных надежно определить, какое именно изображение повлияло на результат работы модели, становится практически невозможно. Чтобы изучить эту проблему, исследователи создали около двух десятков собственных диффузионных моделей и обучили их на наборах, содержащих от нескольких сотен до сотен тысяч изображений. В экспериментах использовались фотографии лиц, а также произведения различных художников. Независимо от размера и состава наборов данных ученые наблюдали одну закономерность: чем больше изображений использовалось для обучения, тем труднее становилось определить вклад отдельной работы в последующий результат. Это явление авторы назвали "утратой атрибуц ...>>

Случайная новость из Архива Гибрид трамвая и автобуса 18.04.2011 Новое средство передвижения - гибрид между трамваем и автобусом, "Аутотрам", - разрабатывают инженеры из 33 немецких институтов. Электромоторы этого вида транспорта работают от батарей суперконденсаторов. Эти устройства, известные также под названиям "ионисторы", представляют собой конденсаторы очень большой емкости. В отличие от аккумуляторных батарей, в них при зарядке и разрядке не идут никакие химические процессы, поэтому суперконденсаторы способны принимать и отдавать энергию очень быстро и служат очень долго. Подзаряжается "Аутотрам" на каждой остановке за 30-60 секунд током в 1000 ампер при напряжении 700 вольт. На всякий случай на борту имеются также литиево-ионные аккумуляторы.

Другие интересные новости:

▪ 31" монитор LG 31MU95 с разрешением 4096x2160 точек

▪ Новые малопотребляющие ОУ для портативных применений

▪ Наноматериал из молекул, закрученных одновременно в противоположные стороны

▪ Сенсорные экраны станут дешевле

▪ Наушники-алкотестер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Огонь по штабам! Крылатое выражение

▪ статья Как устроен человеческий глаз и отчего мы различаем цвета? Подробный ответ

▪ статья Кошачья лапа. Советы туристу

▪ статья Принцип действия трансформаторов. Теоретические положения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Конденсаторы. Кодовая маркировка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026