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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Карты памяти повышенной надежности от Silicon Power 20.12.2016 Компания Silicon Power разработала карты памяти, которые отличаются повышенной надежностью. Новые решения серии High Endurance нацелены на использование в автомобильной электронике, камерах систем безопасности и слежения, а также на другие приложения, требующие интенсивных операций записи больших объемов данных. Новинки используют высококачественные чипы MLC NAND. Эти карты памяти поддерживают технологию коррекции ошибок (ECC, error correction code) и скоростную спецификацию Ultra High Speed Class 3 (U3). Silicon Power тщательно тестировала свои карты памяти в жестких условиях при экстремальных температурах в диапазоне от -25 до +85 градусов Цельсия. Также отмечается водостойкость (соответствие требованиям спецификации IEC529 IPX7) и способность выдерживать падения и удары. В серии представлены модели microSDHC емкостью 32 Гбайт и microSDXC емкостью 64 Гбайт. 32-Гбайт модель выдерживает до 6 тыс. часов записи видео Full HD, для 64-Гбайт версии этот показатель составляет 12 тыс. часов. Также карты можно вставлять в слот и извлекать до 10 тыс. раз. Производитель обеспечивает свои новинки двухлетней гарантией.

Другие интересные новости:

▪ Золотой диск 10 000 гигабайт

▪ Самая большая и самая маленькая змея

▪ Биометрический датчик изображения на пластиковой основе

▪ Виртуальная реальность для обезбаливания

▪ Нейронный компас в мозге

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья MPEG-2 захват на GoTView PCI DVD и запись на DVD диски. Искусство видео

▪ статья Стоит ли верить столетнему календарю? Подробный ответ

▪ статья Врач-интерн. Должностная инструкция

▪ статья Масса для типографских вальцов. Простые рецепты и советы

▪ статья Новости науки и техники, новинки электроники. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026