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:

Стерильного нейтрино не существует 15.01.2026

В физике элементарных частиц поиск новых, пока не обнаруженных объектов играет ключевую роль в понимании устройства Вселенной. Иногда такие поиски приводят к громким открытиям, а иногда - к не менее важным отрицательным результатам, которые позволяют отбросить неверные направления. Именно к таким случаям относится недавний вывод ученых о судьбе стерильного нейтрино - одной из самых интригующих гипотетических частиц последних десятилетий. Исследователи из американской лаборатории Fermilab официально сообщили, что им не удалось найти доказательства существования стерильного нейтрино. К такому выводу пришла команда эксперимента MicroBooNE после многолетнего анализа столкновений нейтрино, которые ранее рассматривались как возможный намек на существование четвертого типа этих частиц. Предполагалось, что стерильное нейтрино взаимодействует с материей исключительно через гравитацию, что делало его крайне трудным объектом для обнаружения. В рамках современной физики нейтрино известны в т ...>>

Беспроводные наушники и колонки Fender 15.01.2026

Музыкальная индустрия постепенно адаптируется к цифровым технологиям, и известный производитель музыкальных инструментов Fender расширяет свое присутствие за пределы гитар и усилителей, представляя современные решения для прослушивания музыки. Новые беспроводные наушники и Bluetooth-колонки Fender объединяют богатый звук, модульность и удобство использования как для дома, так и для профессиональной работы. Флагманской новинкой стали наушники Fender Mix, отличающиеся модульной конструкцией. Динамики подключаются к оголовью через порт USB Type-C и могут быть сняты вместе с амбушюрами, что облегчает уход и транспортировку. Один из динамиков оснащен встроенным адаптером USB Type-C для подключения к источнику звука без потерь, поддерживая кодеки LDHC и Fire, а также функцию Auracast. На другом динамике размещен съемный аккумулятор, который обеспечивает до 100 часов работы без активного шумоподавления; при включении ANC время работы сокращается до 52 часов. Наушники доступны по цене $299 ...>>

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Случайная новость из Архива Память зависит от времени суток 21.12.2019 Если вы пытаетесь вспомнить что-то, и у вас никак не получается, не расстраивайтесь - попробуйте напрячь память в другое время дня, и, вполне возможно, вы вспомните все, что нужно Исследователи из Университета Токио и Токийского сельскохозяйственного университета показывали мышам разные предметы, чтобы те их запомнили, а потом, спустя какое-то время, наблюдали, как хорошо мыши их помнят. Если мышь недолго изучала предмет, значит, она его запомнила достаточно хорошо, а если долго - значит, успела подзабыть. Предметы показывали мышам непосредственно перед тем, когда животные обычно просыпаются (то есть вечером, ведь мыши - ночные животные), а память их проверяли либо спустя сутки, то есть снова перед естественным пробуждением, либо сразу после того, как мыши обычно отправлялись спать (то есть очень рано утром). В первом случае, когда между знакомством с новой вещью и вспоминанием проходили сутки, мыши ее помнили неважно; во втором случае, когда вещь им показывали после того, как они должны были заснуть (но показывали ее, естественно, не спящим мышам), они ее помнили хорошо. Те же самые результаты получались, когда знакомиться нужно было не с неживым объектом, а с другой мышью. Но эксперимент ставили не только с обычными мышами, но и с мутантными, у которых не работал ген BMAL1. Это один из главных генов, управляющих суточными ритмами: уровень белка BMAL1 меняется в течение суток, и, меняясь, он включает или выключает множество других генов. (Подробно о нем можно узнать в одной из наших статей.) В целом мыши с выключенным BMAL1 забывали и вспоминали точно так же, только вот забывали они сильнее - когда спустя сутки им показывали знакомый объект или мышь, они явно помнили их хуже, чем нормальные животные с работающим BMAL1. То есть, во-первых, память явно зависела от времени суток, что нейробиологи подозревают уже давно, и, во-вторых, процессы вспоминания зависели от влиятельного часового гена. Часовой белок BMAL1 стимулировал работу дофаминовых рецепторов и модифицировал ряд сигнальных молекул в одной из зон гиппокампа, который, как мы знаем, представляет собой один из главных центров памяти мозга. Возможно, используя сигнальные пути, на которые влияет ген BMAL1, можно будет создать какое-нибудь средство для усиления памяти. Хотя почему память вообще подчиняется суточным ритмам, остается загадкой - не исключено, что это просто побочный эффект работы циркадных ритмов.

Другие интересные новости:

▪ Infineon представила самый миниатюрный GPS-приемник

▪ Биохимия для автомобильного топлива

▪ Углекислый газ из влажного воздуха

▪ NASA отправит космонавтов на Венеру

▪ Умное кресло Sharp

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей

▪ статья Царь-голод. Крылатое выражение

▪ статья Почему бензин горит? Подробный ответ

▪ статья Памуккале. Чудо природы

▪ статья Каскадный широкополосный усилитель мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сканирующее устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026