Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50(72х18). Тороидальный тип: ОЛ70/110-60.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ для расчёта трансформатора с тороидальным магнитопроводом:
- напряжение первичной обмотки, U1 = 220 В;
- напряжение вторичной обмотки, U2 = 36 В;
- ток вторичной обмотки, l2 = 4 А;
- внешний диаметр сердечника, D = 110 мм;
- внутренний диаметр сердечника, d = 68 мм;
- высота сердечника, h = 60 мм.
Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50(72х18) показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна. Приступаем к расчёту трансформатора с магнитопроводом типа ОЛ70/110-60.
Программный (он-лайн) расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже. Описание вводимых и расчётных полей программы: поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта, поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае установки флажка для корректировки этих значений, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, поле зелёного цвета – рассчитанное значение.
Формулы и таблицы для ручного расчет трансформатора:
1. Мощность вторичной обмотки;
2. Габаритная мощность трансформатора;
Табл.№1.
| Величина | Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт] | |||
|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| КПД | 0,76-0,88 | 0,88-0,92 | 0,92-0,95 | 0,95-0,96 |
3. Фактическое сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
4. Расчётное сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
5. Фактическая площадь сечения окна сердечника;
6. Величина номинального тока первичной обмотки;
Табл.№2.
| Величина | Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| COS Φ | 0,85-0,90 | 0,90-0,93 | 0,93-0,95 | 0,95-0,93 | 0,93-0,94 |
7. Расчёт сечения провода для каждой из обмоток (для I1 и I2);
Табл.№3.
| Конструкция магнитопровода | Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт] | |||
|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| Кольцевая | 5-4,5 | 4,5-3,5 | 3,5 | 3,0 |
8. Расчет диаметра проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции;
9. Расчет числа витков в обмотках трансформатора;
n — номер обмотки,
U’ — падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения, см. таблицу.
В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами.
Табл.№4.
| Тор, величина U’ | Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 8-25 | 25-60 | 60-125 | 125-250 | 250-600 | |
| U’1 | 7 | 6 | 5 | 3.5 | 2.5 |
| U’2 | 7 | 6 | 5 | 3.5 | 2.5 |
Табл.№5.
| Конструкция магнитопровода | Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| Тор | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,65 | 1,6 |
10. Расчет числа витков приходящихся на один вольт;
11. Формула для расчёта максимальной мощности которую может отдать магнитопровод;
Sст ф – фактическое сечение стали имеющегося магнитопровода в месте расположения катушки;
Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе;
Вмах- магнитная индукция, см. табл.№5;
J — плотность тока, см. табл.№3;
Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл.№6;
Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.№7;
Величины электромагнитных нагрузок Вмах и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц.
Табл.№6.
| Конструкция магнитопровода | Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт] | |||
|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| Тор | 0,18-0,20 | 0,20-0,26 | 0,26-0,27 | 0,27-0,28 |
Табл.№7.
| Конструкция магнитопровода | Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм | |||
|---|---|---|---|---|
| 0,08 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,35 |
| Тор | 0,85 | 0,88 |
Определив величину Sст*Sок, можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.
-
старик (Гость)16 марта 2020 / 19:39
-
Рассчитал на калькуляторе тор трансформатор 80х50х40мм, U1=220, U2=25, I2=5A.
Получил значение первичной обмотки 923 витка. По привычке молодости, измерил ток холостого хода и он оказался больше ТРЕХ Ампер. Значит количество витков первичной обмотки занижено. Или материал сердечника не соответствует заложенному в калькуляторе. Так ли это? -
Тимур (Гость)18 марта 2020 / 12:36
-
Да так. Ток холостого хода высокий. Смотрите диаметр провода, количество витков. Мощность сердечника рассчитывайте заранее, в случае не превышения нагрузочной от рассчитанный сердечника, виноваты количество или диаметр провода.
-
П.Г. Грицаенко (Гость)19 марта 2020 / 08:13
-
Не ясно в каких единицах берутся величины
-
Nick (Гость)24 марта 2020 / 13:49
-
Как вы рассчитываете длину провода для наматывания на шпулю?
-
Niks (Гость)10 апреля 2020 / 10:35
-
Помогиле пож есть тор с габаритами D-81 d-51 h-30 какая габаритная мощность у него получиться
-
Вячеслав (Гость)10 апреля 2020 / 18:33
-
Смотря какой трансформатор вы хотите намотать? Чего из вашего железа вы хотите получить? Позвоните мне:+7-925-888-68-37. я все вам объясню. или пишите на ватсап.
-
Радик (Гость)19 мая 2020 / 12:00
-
Почему не получается рассчитать трансформаторы с большим значением тока? Мне нужно сделать трансформатор 14Вольт 100А. Все расчетные параметры уходят в Infinity. Больше 27А не дает рассчитать вообще!
-
Николай Щербаков (Гость)2 июня 2020 / 12:35
-
Большой дроссель, от стабилизатора «энергия-5000вт ,» можно использовать его железо для намотки трансформатора?
-
тим (Гость)17 сентября 2020 / 22:31
-
Здравствуйте,помогите с расчетами . есть сердечник D-20см. d-13,5 см. h- 6см .Нужно сделать понижающий трансформатор с 220 в. на 110 в. с нагрузкой 1500 вт. на 13 ампер.Программный (он-лайн) расчет выдает ошибку. Сколько витков и диаметр проволоки нужно для первичной и вторичной обмотки?
-
Аноним (Гость)16 октября 2021 / 23:38
-
Добрый вечер,наверно для «ТИМ» это уже неактуально,но у Вас все просто,железо примерно 2500 ватт,сетевая будет иметь примерно 400-450 вит. провода(не проволоки)),диаметром не менее 2мм,такой мощный трансформатор лучше эксплуатировать на токе холостого хода 0,1-0,2 А,проверить чтоб не входил в насыщение и не грелся на холостом ходе при повышении напряжения в сети до 230-240в, соответственно вторичная в 2 раза меньше провода не менее 2,5 мм
-
Sanya235 (Гость)23 июня 2022 / 21:55
-
S ст р =1,2*№ Pг, а не делить на 1,2.
-
Марк (Гость)6 декабря 2022 / 15:54
-
Намотал вторичную обмотку на тор 7.2-5-4 проводом 1мм первичная обмотка диаметр 0.4 ток холостого хода 15ма после выпрямления напряжение 16 вольт при подключении нагрузки 2.5А напряжение просело до 7вольт? по расчётам вроде мощности транса должно быть хватить не пойму в чём дело
-
Greezle32 (Гость)26 декабря 2022 / 13:40
-
Помогите мне с рассчетам: D — 6.5 см d — 3.8 см h — 3.2 см
необходимо получить не ниже 35v и не ниже 5a -
Игорь (Гость)13 марта 2023 / 23:35
-
Для Greezle-на этом сердечнике,Вы никак не получите 35в,5в.Нужно брать сердечник бОльших размеров!
-
Игор (Гость)13 марта 2023 / 23:46
-
У Вас Марк,скорее всего маловат ток холостого хода.Нужно немного отмотать первички,чтоб то ХХ был,где-то 50-60 ма,и снова попробовать снять Вашу мощность.Провод норма,сердечник норма,возможно железо недостаточно возбуждено,чтоб передать всю мощность,маленький ток ХХ ,также плохо,как и большой!
А здесь можно посмотреть как намотать тороидальный трансформатор.
Расчёт тороидального трансформатора онлайн
Программный (он-лайн) расчет тороидального трансформатора, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже.
Описание вводимых и расчётных полей программы:
- — поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта,
- — поле жёлтого цвета заполнять не требуется – так как данные автоматически выбираются из справочных таблиц.
- — Нажимая на кнопку , поле табличных значений поменяет цвет на голубой и позволит ввести собственные значения,
- — поле зелёного цвета – рассчитанное значение.
|
|
|
Sст ф — площадь поперечного сечения магнитопровода. Рассчитывается по формуле:
Sст = h * (D – d)/2.
Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе. Рассчитывается по формуле:
Sок = π * d2 / 4.
Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:
Pc max = Bmax *J * Кок * Кст * Sст * Sок / 0.901
J — Плотность тока, см. табл:
| Конструкция магнитопровода | Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт] | |||
|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| Кольцевая | 5-4,5 | 4,5-3,5 | 3,5 | 3,0 |
Вмах — магнитная индукция, см. табл:
| Конструкция магнитопровода | Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| Тор | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,65 | 1,6 |
Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл:
| Конструкция магнитопровода | Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт] | |||
|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| Тор | 0,18-0,20 | 0,20-0,26 | 0,26-0,27 | 0,27-0,28 |
Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.
| Конструкция магнитопровода | Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм | |||
|---|---|---|---|---|
| 0,08 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,35 |
| Тор | 0,85 | 0,88 |
Здесь можно посмотреть как намотать тороидальный трансформатор. Видео размещено с разрешения автора altevaa TV
По сравнению с обычными конструкциями тороидальные трансформаторы имеют ряд существенных преимуществ. При незначительных размерах и массе, они обладают значительно большим коэффициентом полезного действия. Поэтому данные устройства нашли широкое применение в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Большое значение имеет правильный расчет тороидального трансформатора. Существуют различные способы расчетов, позволяющие получить результаты с разной степенью точности. Чаще всего для расчетов используются таблицы.
Определение основных параметров
Перед началом расчетов необходимо определиться с основными параметрами трансформатора. В первую очередь это касается типа проводов и количества витков, от которых зависит общая длина проводника. Далее нужно сделать правильный выбор сечения, влияющего на показатели выходного тока и мощность устройства.
Следует учитывать и тот фактор, что при небольшом количестве витков, первичная обмотка будет нагреваться. Точно такая же ситуация возникает, когда мощность потребителей, включаемых во вторичную обмотку, превышает мощность, отдаваемую трансформатором. В результате перегрева снижается надежность устройства, иногда может произойти воспламенение трансформатора.
В качестве примера приводится таблица, с помощью которой можно рассчитать тороидальный трансформатор, работающий при частоте сети 50 Гц.
Сердечники устройств могут быть изготовлены из холоднокатаной стали марок Э310-330, толщиной от 0,35 до 0,5 мм. Может применяться и обычная сталь, марок Э340-360, где толщина ленты будет в пределах от 0,05 до 0,1 мм.
Условные обозначения в таблице соответствуют:
- Pг – габаритная мощность трансформатора;
- ω1 – количество витков на 1 вольт для стали Э310, Э320, Э330;
- ω2 – количество витков на 1 вольт для стали Э340, Э350, Э360;
- S – сечение сердечника;
- ∆ – значение допустимой плотности тока в обмотках;
- ŋ – КПД трансформатора.
При наматывании тороидальной катушки используется только наружная и межобмоточная изоляция. Несмотря на ровную укладку обмоточных проводов, толщина намотки по внутреннему диаметру обязательно увеличивается вследствие разницы между наружным и внутренним диаметром сердечника. Поэтому рекомендуется использовать проводники, изоляция которых обладает повышенной механической и электрической прочностью, например, марки ПЭЛШО и ПЭШО, а в некоторых случаях – ПЭВ-2. Для наружной и межобмоточной изоляции чаще всего применяется батистовая лента, лакоткань ЛШСС, толщиной 0,06-0,12 мм, а также триацетатная или фторопластовая пленка, толщиной 0,01-0,02 мм.
Формулы для расчета тороидального трансформатора
Основными параметрами для расчета тороидального трансформатора служат напряжение сети питания (Uc), равное 220 В, значение выходного напряжения (Uн) – 24 В, токовая нагрузка (Iн) – 1,8 А. Для определения мощности вторичной обмотки существует формула: Р = Uн х Iн = 24 х 1,8 = 43,2 Вт.
Далее определяется габаритная мощность трансформаторного устройства по формуле:
Величина коэффициента полезного действия и прочие данные, необходимые для расчетов, выбираются из таблицы, в соответствующей графе и ряде под конкретную габаритную мощность.
Следующим этапом будет расчет площади сечения сердечника по формуле:
Выбор размеров сердечника осуществляется следующим образом:
Ближайшим типом сердечника со стандартными параметрами будет ОЛ50/80-40, с площадью сечения S = 60 мм2, которая должна быть не менее расчетной. Внутренний диаметр сердечника определяется в соответствии с условием, что dc имеет значение большее или равное dc’:
Если в качестве примера взять сердечник, изготовленный из стали Э320, то в этом случае количество витков на один вольт будет определяться по формуле:
Теперь необходимо определить количество витков в первичной и вторичной обмотках:
Поскольку в любом тороиде рассеивание магнитного потока совсем незначительное, падение напряжения в обмотках возможно определить только по их активному сопротивлению. В результате, значение относительной величины падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора будет намного меньше, чем в обычных трансформаторах. В связи с этим, потери на сопротивлении вторичной обмотки компенсируются увеличением количества витков примерно на 3%. Расчет будет выглядеть следующим образом: W1-2=133 х 1,03=137 витков.
Диаметры обмоточных проводов можно определить по формуле:
Здесь I1 является током первичной обмотки, определяемый по собственной формуле: I1=1,1 (P2/Uc)=1,1 (48/220)=0,24A
Диаметр провода выбирается по ближайшему значению в сторону увеличения, что будет составлять 0,31 мм.
Трансформаторы, изготовленные по расчетам с помощью таблицы, прошли успешные испытания при постоянной максимальной нагрузке, воздействующей на протяжении нескольких часов. Таким образом, расчет тороидального трансформатора позволяет получить точные результаты, подтвержденные на практике. С помощью этой методики можно определить необходимые параметры для любого устройства.
Получим теорему о циркуляции магнитной индукции в вакууме в дифференциальной форме. Если контур L находится в сплошной проводящей среде, то значение полного тока, пронизывающего поверхность контура, можно определить, как поток вектора плотности тока через поверхность S, ограниченную этим контуром
|
k |
∫ jndS. |
||||||
|
∑Ii = |
(1.5.11) |
||||||
|
i=1 |
S |
||||||
|
Подставим выражение (1.5.11) в формулу (1.5.9) и применим тео- |
|||||||
|
H |
G |
||||||
|
рему Стокса ( v∫ Adl |
= ∫(rotA)ndS ). |
||||||
|
G G |
L |
S |
G |
G |
G |
(1.5.12) |
|
|
v∫ Bdl |
= μ0 ∫ jndS ∫(rotB)ndS = μ0 |
∫ jndS rotB = μ0 |
j. |
||||
|
L |
S |
S |
S |
||||
|
Результат подстановки – теорема о циркуляции вектора магнит- |
|||||||
|
ной индукции в вакууме в дифференциальной форме |
|||||||
|
rotB = μ0 j. |
(1.5.13) |
||||||
|
Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля в |
|||||||
|
дифференциальной форме будет иметь вид: |
|||||||
|
rotH = j. |
(1.5.14) |
Уравнение (1.5.14) математически выражает тот факт, что магнитное поле имеет вихревой характер и его источниками являются электрические токи.
Закон полного тока (1.5.10) часто используют для расчета индукции магнитного поля постоянного электрического тока. Для примера рассмотрим применение закона полного тока для расчета индукции магнитного поля соленоида и тороида.
Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течет электрический ток. Рассмотрим соленоид длиной l, имеющей N витков. Длину соленоида считаем во много раз больше, чем диаметр его витков, то есть рассматриваемый соленоид бесконечно длинный. Внутри соленоида поле является однородным, вне соленоида – неоднородным и очень слабым, и чем длиннее соленоид, тем меньше магнитная индукция вне его. Поэтому будем считать, что поле бесконечно длинного соленоида сосредоточено целиком внутри него.
14
Для нахождения магнитной индукции выберем замкнутый прямоугольный контур ABCDA (рис. 1.6.1) Согласно теореме о цирку-
ляции вектора H:
ABCDA
D 
A
C B
Рис. 1.6.1
Интеграл по ABCDA можно представить в виде интегралов по AB; BC; CD; DA. На участках AB и CD контур перпендикулярен линиям магнитной индукции и Hl = 0. На участке CB вне соленоида Н = 0, а на участке DA контурG совпадает с линией магнитной индукции и циркуляция вектора H равна
|
v∫ Hl dl = Hl = NI. |
(1.6.2) |
|
DA |
Из последнего уравнения получаем, что напряженность магнитного поля соленоида:
|
NI |
(1.6.3) |
||
|
H = |
l = nI , |
||
где n – число витков соленоида, приходящихся на единицу длины. Используя формулу (1.1.1), выражаем индукцию магнитного поля
соленоида:
|
B = μμ0 |
N |
I = μμ0nI. |
(1.6.4) |
|
|
l |
||||
Тороид – это кольцевая катушка с витками, намотанными на сердечник, имеющий форму тора, по которому течет электрический ток.
Пусть R1 и R2 соответственно внешний и внутренний радиусы сечения тороида. Общее число витков тороида с током I равно N.
15
|
Если r < R2, то контур не охватывает проводники |
с током, |
|
N |
|
|
∑Ik = 0, и по закону полного тока |
|
|
i=1 |
|
|
v∫ Hdl cos α= 2πrH = 0 H = 0. |
(1.6.5) |
|
L |
Если r > R1, то контур охватывает 2N проводников с током I. Половина из них идет в одном направлении, а половина – в обратном направлении (рис. 1.6.2). Поэтому алгебраическая сумма токов во всех проводниках равна нулю, и поэтому
r
R2 
R1 
Рис. 1.6.2
Из полученного результата следует, что вне тороида магнитное поле отсутствует. Магнитное поле сосредоточено внутри объема (R2 ≤ r ≤ R1) тороида. Линии магнитной индукции в данном случае есть окружности, центры которых расположены на оси тороида. В этом случае контур радиуса r охватывает N проводников, токи в которых равны I и одинаково направлены. Поэтому по теореме о циркуляции
|
v∫ Hl dl = Hl = 2πrH = NI. |
(1.6.7) |
|
L |
||||
|
Отсюда напряженность магнитного поля внутри тороида: |
||||
|
NI |
(1.6.8) |
|||
|
H = |
2πr = nI, |
|||
где n – число витков тороида, приходящихся на единицу длины. Напряженность магнитного поля на осевой линии тороида равна:
|
Hср = |
NI |
. |
(1.6.9) |
|
2πr |
|||
|
ср |
16
dΦm = BdS = BndS,
Используя формулу (1.1.1), находим индукцию магнитного поля внутри тороида:
|
B = μμ0 |
NI |
= μμ0nI. |
(1.6.10) |
|
|
2πr |
||||
Индукция магнитного поля на осевой линии тороида равна:
|
B = μμ |
NI |
= μμ |
nI. |
(1.6.11) |
||
|
0 2πr |
||||||
|
cp |
0 |
|||||
|
cp |
1.7. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах.
Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называется величина, равная:
(1.7.1)
где Bn = Bcosα – проекция вектора B на направление нормали nG к площадке dS, α − угол между векторами n и B (рис. 1.7.1). Магнитный поток равен числу линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутую поверхность в направлении внешней нормали.
Bn
α B
n
dS
S
Рис. 1.7.1
Поток вектора магнитной индукции через произвольную поверхность S равен
|
Φm = ∫BdS = ∫BndS . |
(1.7.2) |
|
|
S |
S |
Если магнитное поле однородно (B =const), а поверхность S плоская, то магнитный поток равен
17
За единицу магнитного потока принимается магнитный поток сквозь плоскую поверхность единичной площади, расположенную перпендикулярно к однородному магнитному полю, индукция которого равна единице. В системе СИ единица магнитного потока называется
вебером [Вб].
Магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется потокосцеплением ψ этого контура (потоком, сцепленным с контуром). Если контур имеет N витков, то потокосцепление этого контура:
где Фт − поток, пронизывающий один виток контура.
В природе отсутствуют элементарные «магнитные заряды», аналогичные электрическим зарядам, поэтому линии индукции В магнитного поля не имеют ни начала, ни конца, т. е. магнитные силовые линии замкнуты. Следовательно, поток Фт через любую замкнутую поверхность будет всегда равен нулю, так как число входящих линий
|
равно числу выходящих силовых линий: |
||
|
v∫ |
G |
|
|
BdS =0 или v∫ BndS = 0. |
(1.7.5) |
|
|
S |
S |
Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной форме:
поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю.
|
Так как BG =μμ0HG, |
то поток вектора H через любую замкнутую |
|
|
поверхность также равенGнулю: |
||
|
v∫HdS =0 или v∫ HndS = 0. |
(1.7.6) |
|
|
S |
S |
Для записи теоремы Гаусса для магнитного поля в дифференциальной формеG воспользуемся теоремой Остроградского − Гаусса v∫ AndS = ∫divAdV .
S V
|
v∫ |
G G |
G |
G |
(1.7.7) |
|
BdS |
= 0 ∫divBdV = 0 |
divB = 0. |
S V
Для напряженности магнитного поля получится аналогичное выражение:
Выражения (1.7.7) и (1.7.8) являются дифференциальной формой теоремы Гаусса.
18
Соседние файлы в предмете Физика
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Как узнать мощность тороидального трансформатора по габаритам
Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50(72х18). Тороидальный тип: ОЛ70/110-60.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ для расчёта трансформатора с тороидальным магнитопроводом:
- напряжение первичной обмотки, U1 = 220 В;
- напряжение вторичной обмотки, U2 = 36 В;
- ток вторичной обмотки, l2 = 4 А;
- внешний диаметр сердечника, D = 110 мм;
- внутренний диаметр сердечника, d = 68 мм;
- высота сердечника, h = 60 мм.
Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50(72х18) показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна. Приступаем к расчёту трансформатора с магнитопроводом типа ОЛ70/110-60.
Программный (он-лайн) расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже. Описание вводимых и расчётных полей программы: поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта, поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае установки флажка для корректировки этих значений, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, поле зелёного цвета – рассчитанное значение.
Формулы и таблицы для ручного расчет трансформатора:
1. Мощность вторичной обмотки;
2. Габаритная мощность трансформатора;
| Величина | Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт] | |||
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| КПД | 0,76-0,88 | 0,88-0,92 | 0,92-0,95 | 0,95-0,96 |
3. Фактическое сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
4. Расчётное сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
5. Фактическая площадь сечения окна сердечника;
6. Величина номинального тока первичной обмотки;
| Величина | Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт] | ||||
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| COS Φ | 0,85-0,90 | 0,90-0,93 | 0,93-0,95 | 0,95-0,93 | 0,93-0,94 |
7. Расчёт сечения провода для каждой из обмоток (для I1 и I2);
| Конструкция магнитопровода | Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт] | |||
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 |
| Кольцевая | 5-4,5 | 4,5-3,5 | 3,5 | 3,0 |
Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор
Первое, что приходит в голову – взять готовый тор от сломанной бытовой техники, и попробовать изменить параметры вторичной обмотки под ваши расчеты. Как перемотать трансформатор своими руками, знают все радиолюбители.
Но тороидальный сердечник не разбирается, если пропускать через «бублик» пару тысяч (или даже сотен) витков, на перемотку уйдут месяцы. Да и вероятность повредить оболочку проволоки при таком способе довольно высока.
Чтобы не задаваться вопросами типа: «Что можно сделать из трансформатора от микроволновки?» (из него делают споттеры для точечной сварки), логичнее будет подбирать трансформатор под конкретную задачу, а не наоборот.
Если ваш электроприбор компактный, ищите тороидальный преобразователь. Кстати, в микроволновых печах применяются бронированные трансформаторы, достаточно крупного размера.
Имея представление о характеристиках собираемого блока питания, вы должны знать, как рассчитать мощность трансформатора. Получив эту важную характеристику, начинаете поиски донора. Если приобретенный трансформатор имеет заводскую этикетку, или еще лучше, паспорт изделия – вы пользуетесь этой информацией.
То есть, если прозвонка показала гарантировано обособленную обмотку, это первичка. По результатам замеров рисуем схему, и приступаем к определению коэффициентов понижения напряжения.
На контакты первичной обмотки подводим напряжение 220 вольт. Для безопасности можно ограничить ток какой-нибудь нагрузкой. Например, последовательно включить лампу накаливания мощностью 40-60 Вт. Лампа шунтируется обычным тумблером. Подключение производится через предохранитель, или бытовой удлинитель с защитным автоматом (на случай короткого замыкания).
После этого можно приступать к составлению диаграммы напряжения на вторичных обмотках. Произведите замеры на контактах во всех возможных комбинациях. Результаты отобразите на схеме. Получив полную картину, подайте на обмотки нагрузку, соответствующую напряжению. Лучший способ – та же лампа накаливания.
Оценить возможности прибора можно по степени нагрева под нагрузкой. Нормальная температура – не более 45°С. То есть, сразу после отключения от сети, трансформатор можно трогать рукой без температурного дискомфорта.
Большинство электронных устройств для своей работы нуждаются в определённом типе питания, отличающегося от поступающего из промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможной электронной техники.
Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.
Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.
https://www.youtube.com/watch?v=uMFWApSzPkg
Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:
- магнитопровод (сердечник);
- обмотки;
- каркас для расположения обмоток;
- изолятор;
- различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).
Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Как сделать электрический теплый пол под плитку своими руками
Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока.
Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток.
Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.
По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:
- Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
- Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
- Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
- Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
- Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.
К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.
Проверка катушки зажигания бензопилы мультиметром
В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор.
Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.
Трансформатор тока
Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.
Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.
Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков.
Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.
Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.
В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.
Как узнать мощность тороидального трансформатора по габаритам
В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:
Кое-где еще можно встретить Ш-образные плаcтинчатые сердечники, расчет таких трансформаторов аналогичен расчету Ш-образного ленточного.
Тороидальный трансформатор может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.
Изготовление тороидального трансформатора своими руками
Цена на готовые изделия велика, при этом не всегда удаётся найти прибор с требуемыми параметрами. Поэтому целесообразно изготовить трансформатор или автотрансформатор своими руками. Кроме изготовления трансформатора с нуля существует возможность перемотать неисправное устройство.
Для изготовления изделия потребуются трансформаторное железо и провод. Железо представляет собой пластины собранные в виде тора и образующие магнитопровод. Его можно купить либо взять со старых разобранных приборов. Например, взять пластины от промышленных трансформаторов и, используя приспособление в виде разрезанного кольца, скатать из металла пластинки в виде бублика. Пластинки собрать, сердечник обтянуть стеклотканью и залить лаком.
Витки обмоток изготавливаются из медного провода нужного диаметра. Сама намотка не вызывает сложностей:
- Наматывается первичная обмотка. Для этого один конец проволоки закрепляется на расстоянии около трёх сантиметров от поверхности железа, а оставшаяся часть провода сворачивается в виде полоски.
- Полоска с проводом поочерёдно продевается через внутреннее отверстие сердечника, обматывая его грани, и равномерно распределяется по всей поверхности. В конце вывод фиксируется и выводится в районе начала обмотки на таком же расстоянии, что и начало.
- Сверху первичная обмотка проматывается слоем диэлектрика (стеклотканью).
- Таким же способом наматывается вторичная обмотка.
- После выполнения требуемого количество витков сверху наматывается стеклоткань, и трансформатор покрывается лаком.
Если в процессе намотки необходимо выполнить отвод, тогда наматываемый провод разрывается. На место разрыва впаивается отвод, а основной провод мотается дальше. Место отвода, как правило, тщательно изолируется. Закрепление концов обмоток обычно выполняется с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника или проложенного провода.
Такая работа требует внимательности и аккуратности, особенно при наматывании первичной обмотки. Для изготовления нескольких устройств целесообразно использовать станок для намотки тороидальных трансформаторов. Своими руками такой прибор выполнить сложно, но возможно.
Трансформатор переводится с латинского как «превращатель», «преобразователь». Это электромагнитное устройство статического типа, предназначенное для преобразования переменного напряжения или электрического тока. Основу любого трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, который иногда называют сердечником.
На сердечник наматываются обмотки, которых может быть 2−3 и более в зависимости от вида трансформатора. Когда на первичной обмотке возникает переменное напряжение, внутри сердечника возбуждается магнитный ток. Он, в свою очередь, вызывает на остальных обмотках токовое переменное напряжение с точно такой же частотой.
Обмотки различаются между собой количеством витков, что определяет коэффициент изменения величины напряжения. Иными словами, если вторичная обмотка имеет в своём составе в два раза меньше витков, то на ней возникает переменное напряжение по величине в два раза меньшее, чем на обмотке первичной. Но мощность тока при этом не меняется. Это делает возможным работу с токами большой силы при относительно небольшом напряжении.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Вентиляция в ванной комнате и туалете организация воздухообмена схемы установка вентилятора фото видео
Многие домашние мастера задумываются об изготовлении тороидального трансформатора своими руками. Объясняется это тем, что его эксплуатационные характеристики значительно лучше, чем у трансформаторов с сердечниками другой формы. Например, при тех же электрических характеристиках, его вес может быть до полутора раз меньше. К тому же и КПД такого трансформатора заметно выше.
Устройство тороидального сварочного трансформатора.
Основных причин, по которым изготовление тороида не всегда удается, две:
- Трудно найти подходящий сердечник.
- Трудоемкость изготовления, особенно сложна намотка трансформатора.
Что такое плазморез и как он устроен.
Об аргонно-дуговой сварке читайте здесь.
Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.
Характеристики сварочных трансформаторов.
При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.
Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.
Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.
После набора нужного сечения S магнитопровод готов. Для увеличения S можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора.
Трансформатор переводится с латинского как «превращатель», «преобразователь». Это электромагнитное устройство статического типа, предназначенное для преобразования переменного напряжения или электрического тока. Основу любого трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, который иногда называют сердечником.
На сердечник наматываются обмотки, которых может быть 2−3 и более в зависимости от вида трансформатора. Когда на первичной обмотке возникает переменное напряжение, внутри сердечника возбуждается магнитный ток. Он, в свою очередь, вызывает на остальных обмотках токовое переменное напряжение с точно такой же частотой.
Обмотки различаются между собой количеством витков, что определяет коэффициент изменения величины напряжения.
Иными словами, если вторичная обмотка имеет в своём составе в два раза меньше витков, то на ней возникает переменное напряжение по величине в два раза меньшее, чем на обмотке первичной.
Но мощность тока при этом не меняется. Это делает возможным работу с токами большой силы при относительно небольшом напряжении.
В зависимости от формы магнитопроводаразличают три вида трансформаторов:
- Броневой. Имеет квадратную форму с двумя боковыми, одним центральным и двумя поперечными стержнями. При этом эффективно используется только центральный стержень. Именно на него надевается обмотка. Поэтому КПД данного устройства не очень высокое. Образует два витка магнитного поля. Данный трансформатор рассчитан на большие нагрузки. Этим объясняется его очень большой вес.
- Стержневой. В каком-то смысле похож на первый вид. По форме это половинка от броневого магнитопровода. Имеет в своём составе два боковых сердечника и два поперечных. Магнитное поле одновитковое, и, как следствие, мощность у него меньше. КПД у такого трансформатора составляет 40%.
- Тороидальный. Своё название получил за счёт оригинальной формы. В математике существует такое понятие, как тороидальная поверхность. Если говорить проще — это объёмный круг или форма бублика. Благодаря такой форме магнитопровода тороидальные трансформаторы имеют самый высокий уровень КПД, приближающийся к 100%. Поэтому такие трансформаторы всегда имеют меньшие размеры при одинаковой мощности, по сравнению с другими видами. Ввиду того, что обмотки равномерно распределяются по всей площади сердечника, происходит более эффективное охлаждение витков. Что, в свою очередь, позволяет максимально нагружать такие устройства без возникновения опасности перегрева.
Материалы пластин
Сердечники для трансформаторов изготавливают либо из металла, либо из феррита. Феррит, или ферромагнетик, — это железо с особым строением кристаллической решётки. Применение феррита увеличивает КПД трансформатора. Поэтому чаще всего сердечник трансформатора изготавливается именно из феррита. Существует несколько способов изготовления сердечника:
- Из наборных металлических пластин.
- Из намотанной металлической ленты.
- В виде отлитого из металла монолита.
Любой трансформатор может работать как в повышающем, так и в понижающем режиме. Поэтому условно все трансформаторы делятся на две большие группы. Повышающие: на выходе напряжение больше, чем на входе. Например, было 12 В, стало 220 В.
Понижающие: на выходе напряжение ниже, чем на входе. Было 220, а стало 12 вольта.
Но в зависимости от того, на какую обмотку подаётся первичное напряжение, можно понижающий трансформатор превратить в повышающий, который 10 А превратит в 100 А.
Тороидальный трансформатор, или просто тор, чаще всего изготавливают в домашних условиях в качестве главной детали для домашнего сварочного аппарата и не только. По сути, это самый распространённый вариант трансформатора, впервые изготовленный ещё Фарадеем в 1831 году.
Тор обладает несомненными достоинствами по сравнению с другими видами:
- Относительно небольшие размеры.
- Очень сильный выходной сигнал.
- Обмотки имеют маленькую длину, и, как следствие, эти устройства характеризуются небольшим сопротивлением и очень высоким КПД.
- Благодаря своей форме легко устанавливаются и также легко демонтируются в случае необходимости.