Коэффициент заполнения окна трансформатора что это

Порядок расчёта трансформатора

где η – КПД, значение которого определяется по Табл. 1 в зависимости от типовой мощности трансформатора.

Рекомендуемые значения параметров трансформатора

Габаритная мощность В∙А

Плотность J, А/мм 2

Коэффи­циент заполнения окна Км

Удельные потери, Вт/кг

Частота сети, Гц

Частота сети, Гц

4. По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод. Стандартный магнитопровод можно выбрать также по произведению S_ст∙S_ок, см 4 , где S_ст и S_ок – площадь поперечного сечения магнитопровода и площадь окна;

Значения индукции В, плотности тока J, коэффициента заполнения окна магнитопровода К_М выбираются по Табл. 1.

Коэффициенты заполнения сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода К_ст для толщины ленты 0,35-0,5 мм составляют 0,93-0,95; для толщины ленты 0,2-0,35 мм К_ст = 0,9-0,93; для толщины 0,05-0,20 мм К_ст = 0,80-0,90.

В преобразователях напряжения используются насыщающийся трансформатор и ненасыщающийся трансформатор. Насыщающиеся трансформаторы необходимо выполнять по возможности на материалах с прямоугольной петлёй гистерезиса, например, пермаллое типа 34НКМП, 50НП. Ненасыщающиеся трансформаторы желательно выполнять на сердечниках из пермаллоя типа 50НП, 34НКМП, 79НМ, 80МХС. На частотах свыше 5-10 кГц для насыщающихся и ненасыщающихся трансформаторов используются сердечники из феррита марки 1500НМ, 2000НМ и т.д., имеющие непрямоугольную петлю гистерезиса.

При расчёте насыщающего трансформатора в формулы п.4 и п.6 надо подставить значения индукции насыщения В_S для выбранного магнитного материала (Табл. 2, 3). В ненасыщающемся трансформаторе В = (0,7-0,9) В_S.

Правильный расчет силового трансформатора

Сразу оговорюсь, что буду рассматривать однофазные трансформаторы для питания наземной стационарной радиоаппаратуры мощностью в десятки — сотни ватт, что имеет самое распространенное применение.

Прежде, чем приступить к расчетам трансформатора, которых может быть великое множество, необходимо договориться о критериях его качества, что непременно отразится на построении расчетных формул.

Я считаю, что главный качественный показатель силовоготрансформатора для радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами, он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иначе говоря, трансформатор должен быть “жестким”).

Другие критерии оптимизации, кроме надежности, как-то: экономия меди, минимальные габариты или вес, высокая удельная мощность, удобство намотки, минимизация стоимости, ограниченный срок службы (чтобы новые покупали чаще, взамен сгоревших) я не считаю приемлемыми в инженерной практике.

Методики “вышивания” из имеющегося типоразмера сердечника наимаксимальнейшей мощности, я тоже считаю неприемлемыми: такие трансформаторы долго не работают и греются как черти. Хотите экономить — покупайте китайскую дешевку или советский ширпотреб. Но помните: “Скупой всегда платит дважды!”.

Трансформатор должен работать и не создавать проблем. Это его главная функция. Исходя из этого, будем его и рассчитывать! Прежде всего, необходимо уяснить для себя некоторую минимальную теорию. Итак: силовой трансформатор. Не идеальный.

Поэтому эти неидеальности нужно понимать и правильно учитывать. Главных неидеальностей у силового трансформатора — две:

1. Потери на активном сопротивлении провода обмоток (зависят от материала провода и от плотности, протекающего через него тока).
2. Потери на перемагничивание в сердечнике — на неком “магнитном сопротивлении” (зависят от материала сердечника и от значения магнитной индукции).

Именно эти две неидеальности должны быть разумно-минимальными, чтобы трансформатор удовлетворял требованиям надежности. Активное сопротивление обмоток и, как следствие, их нагрев, определяется заложенной при расчете плотностью тока в проводе. А посему ее значение должно быть оптимальным.

На основании большого практического опыта рекомендую использовать значение плотности тока в медном проводе не более 3,2 ампера на квадратный миллиметр сечения. При использовании серебряного провода, плотность тока можно увеличить до 3,5 ампер на квадратный миллиметр.

А вот для алюминиевого провода она не должна превышать значение 2 ампера на квадратный миллиметр. Указанные значения плотности тока категорически превышать нельзя! И из этих значений мы выведем формулы для определения диаметра провода обмоток, коими будем пользоваться в расчете.

Мотать обмотки более толстым проводом (при меньшем значении плотности тока) — можно. Более тонким — категорически нет! Однако, и более толстым проводом мотать обмотки не стоит, поскольку тогда мы рискуем не уложить нужное число витков в окно сердечника.

А в хорошем трансформаторе должно быть много витков, чтобы свести к минимуму магнитные потери и чтобы не грелся его сердечник. Большинство холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют свою линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла или 13500 Гаусс. Но надо не забывать, что напряжение в розетке электросети может иметь разброс от 198 до 242 вольт, что соответствует нормированному 10-ти процентному отклонению от номинала как в плюс, так и в минус.

То есть, если мы хотим, чтобы во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор работал надежно, надо его рассчитать так, чтобы сердечник не подходил бы к нелинейности при любом допустимом напряжении питающей сети.

В том числе и при 242 вольтах. А посему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна выбираться не более 1,2 Тесла или 12000 Гаусс.

Соблюдение этих двух указанных требований обеспечит высокий КПД трансформатора и высокую стабильность выходных напряжений при изменении тока нагрузки от нуля до максимального значения. Иными словами, мы получим очень “жесткий” трансформатор. Что и нужно!

А вот увеличение расчетного значения индукции более 1,2 Тесла приведет не только к нагреву сердечника, но и к снижению “жесткости” трансформатора. Если расчитывать трансформатор на значение индукции более 1,3 Тесла, то мы получим “мягкий” трансформатор, выходные напряжения которого плавно просаживаются при увеличении тока нагрузки от нуля до его номинального значения.

Не для всех радиоустройств такие трансформаторы пригодны. Впрочем, в транзисторных схемах можно с успехом использовать стабилизатор выпрямленного напряжения. Но это — дополнительная схема, дополнительные габариты, дополнительная рассеиваемая мощность, дополнительные деньги и дополнительная ненадежность.

Не лучше ли сразу сделать хороший трансформатор?

У мягкого питающего трансформатора напряжения на одних вторичных обмотках зависит от потребляемых токов в других — за счет просадки в общих цепях — на активном сопротивлении первичной обмотки и на магнитном сопротивлении.

Например, если мы питаем от мягкого трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение потребления по анодной цепи приведет к дополнительным колебаниям напряжения накала ламп.

И, поскольку, напряжение накала ламп имеет также допустимый разброс в 10% от номинала, мягкий трансформатор внесет в это напряжение дополнительную нестабильность еще в 10, а то и в 15 процентов.

А это неизбежно сначала сократит выходную мощность усилителя на больших громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к более ранней потери эмиссии у ламп. Экономия на силовом трансформаторе аукается более дорогими потерями в радиолампах и в параметрах радиоустройств.

Вот уж воистину: “Экономия — путь к разорению и нищете!”. В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих конфигураций (рис. 1).

Рис. 1. Наиболее распостраненные виды магнитопроводов для изготовления трансформаторов.

Дальнейший расчет трансформатора будем вести по строгим классическим формулам из учебника электротехники:

При соблюдении достигнутых договоренностей КПД трансформатора (при наиболее часто встречающихся мощностях 80. 200 Вт) будет не ниже 95 процентов, а то и выше. Поэтому, в формулах будем использовать значение КПД = 0,95.

Коэффициент заполнения окна сердечника медью для тороидальных трансформаторов составляет 0,35. Для обычных каркасных броневых или стержневых — 0,45.

При широких каркасах и большой длине намотки одного слоя (h) значение Кm может доходить и до значения 0,5. 0,55, как, например, у магнитопроводов типа Б69 и Б35, параметры которых приведены на рисунке. При бескаркасной промышленной намотке Кm может иметь значения и до 0,6. 0,65.

Для справки: теоретический предел значения Кm для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне — 0,87.

Приведенные практические значения Кm достижимы лишь при ровной укладке провода строго виток к витку, тонкой межслойной и межобмоточной изоляции и заделке выводов за пределами окна сердечника (на боковых вылетах обмотки).

При изготовлении каркасных обмоток в любительских условиях, в условиях лабораторного или опытного производства, лучше принимать значение Km = 0,45. 0,5.

Разумеется, все это касается обычных силовых трансформаторов для ламповой или транзисторной аппаратуры, с выходными и питающими напряжениями до 1000 В, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.

Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:

• n = 0,95 — КПД трансформатора;
• Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
• f — нижняя рабочая частота трансформатора [Гц];
• В = 1,2 — магнитная индукция [Т];
• j — плотность тока в проводе обмоток [А/кв.мм];
• Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
• Кс = 0,96 — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

Задавшись напряжениями обмоток, количество необходимых витков можно рассчитать по такой формуле:

• U1, U2, U3. — напряжения обмоток в вольтах;
• n1, n2, n3. — число витков обмоток.

Если изначальные договоренности нами в точности соблюдены, и мы делаем жесткий трансформатор, то число витков как первичной, так и вторичной обмоток определяется по одной и той же формуле.

Если же мы будем использовать трансформатор при предельном значении мощности для имеющегося типоразмера сердечника, рассчитанное по этой формуле, или мы проектируем маломощные трансформаторы (менее 50 Вт), с большим числом витков и тонким проводом обмоток, то число витков вторичных обмоток следует увели чить в

раз. С учетом нашей договоренности, это составит 1,026 или больше рассчетного на 2,6%.

Что же касается напряжений накальных обмоток, то здесь стоит вспомнить указание самой главной книги по радиолампам: “Руководство по применению приемно-усилительных ламп” [1 ], выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.

Открыв это руководство на 13-й странице, внимательно рассмотрим график (рис. 2) и уясним из него, что оптимальное напряжение накала радиоламп для сохранения их максимальной надежности и, соответственно, долговечности составляет 95% от номинала.

Что для ламп с напряжением накала 6,3 вольта составит ровно 6 вольт. Поэтому не надо увеличивать число витков накальных обмоток на 2,6%. Пусть будет, как есть.

Определяем токи обмоток. Ток первичной обмотки: I1 = P/U1

При использовании двухполупериодного выпрямителя средний ток каждой половины обмотки будет в 1,41 раза (корень из двух) меньше, чем необходимый выпрямленный ток нагрузки.

В случае использования мостового полупроводникового выпрямителя, ток обмотки будет в 1,41 раза больше, чем выпрямленный ток нагрузки.

Поэтому, надо не забыть в формулы для определения диаметров проводов подставлять потребления по постоянному току, в первом случае поделенные, а во втором, умноженные на 1,41. В идеале — это так, но реально — не совсем.

На холостом ходу напряжение после выпрямителя, на сглаживающем конденсаторе, увеличивается до амплитудного значения, которое у синусоиды в 1,41 раза больше эффективного.

А вот при активно-емкостной нагрузке между полупериодами емкость разряжается током нагрузки и выходное напряжение “просаживается”.

Точный расчет напряжения просадки довольно сложен, однако, для практической точности следует вместо коэффициента 1,41 выбирать эмпирический коэффициент 1,24.

Поэтому напряжения обмоток, которые будут работать на двухполупериодные или мостовые выпрямители, следует брать в 1,24 раза меньше.

Соответственно, и токи обмоток возрастут не в 1,41, а в 1,24 раза относительно потребления по постоянному току. Ну, а в двухполупериодной схеме со средней точкой(при удвоенном числе витков) средний ток обмотки будет равен половине от 1,24, то есть, 0,62 от тока потребления нагрузки.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

Полученные значения округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра провода.

Делаем проверку расчета. Мощность первичной обмотки — произведение питающего напряжения на потребляемый ток, должна быть равна сумме мощностей всех вторичных обмоток. То есть: U1 х I1 = U2 х І2 + U3 х І3 + U4 х І4 + .

Намотав трансформатор, для проведения дальнейших расчетов выпрямителя необходимо замерить некоторые его параметры:

• активное сопротивление первичной обмотки;
• активное сопротивление вторичных обмоток;
• точные значения напряжений вторичных обмоток, разумеется, проверив, чтобы в сети при этом напряжение составляло 220 вольт. Если же оно отличается от номинала (но находится в пределах 198. 242), то пропорционально пересчитать измеренные значения;
• ток холостого хода первичной обмотки (какой ток трансформатор потребляет из сети при отсутствии нагрузки на его вторичных обмотках).

К примеру, тороидальный силовой двухобмоточный трансформатор, мощностью 530 Вт, который я сам, вручную, мотал в 1982 году на сердечнике от сгоревшего бытового переходного 400-ваттного автотрансформатора 127/220 В, называвшегося в торговой сети “Юг-400”, имел следующие параметры:

• В = 1,2 Тесла;
• n220 = 1100 вит;
• d220 = 0,96 мм;
• n127 = 635 вит;
• d127 = 1,35 мм;
• при этом Iхх = 7 (семь!) мА,

что соответствует индуктивности первичной обмотки 100 Генри. Для сравнения. Промышленная обмотка того автотрансформатора содержала 880 витков на 220 вольт.

Не удивительно, что он перегревался, и в конце-концов сгорел. Когда трансформаторы мотают не для себя, а на продажу, то ради денег и в ущерб качеству экономят на всем. Не надо экономить — это, ведь, то же самое, что самому себе гадить. Желаю удачи!

Коэффициент заполнения окна трансформатора что это

Призываю умных сознательных граждан поделиться на тему заполнения окна медью. Считаю вопрос требует немалых разъяснений. Поясняю.

Никак не мог найти достойной литературы, которая бы ясно говорила какой конкретно коэффициент заполнения окна (искал для Ш-образных сердечников) брать как подходящий для расчета обмоток при всех известных исходных параметрах. Цитирую умные изречения из инета: «Если коэффициент заполнения получился 0,2 или меньше — беспокоиться не о чем. Если он больше 0,2, но меньше 0,5 — обмотки скорее всего влезут, но свободно уже не будет. От 0,5 до 0,7 — если и влезет, то весьма туго. Больше 0,7 — скорее всего не влезет, нужно сердечник побольше.» Весьма расплывчатая информация.

Решил я отыскать своими силами хотя бы предельный коэффициент заполнения. Будет смешно если я просто плохо искал в литературе. Предельный — то есть выше которого точно не влезет ни какими усилиями. Пока что только с кучей оговорок, чисто теоретические и возможно обшибочные выводы имею на руках. Оговорка главная: коэффициент опирается пока только на тип обмоточного провода и его диаметр. Оговорка вторая: коэффициент будет очень далёк от истины, если мотать не виток к витку + нет учета межобмоточной и межслоевой изоляции. Начало для размышлений такое:
предельный коэфф-т заполнения = сечение меди одной цилиндрической жилы делить на минимальную площадь квадрата, в который вписан кружок сечения провода (с изоляцией), толщина изоляции непонятно как зависит от диаметра провода.
Табличные данные по изоляции для нескольких «подопытных» типов провода взял отсюда: http://toriki.ru/obmot%20provod.htm#Обмоточные_провода
Как минимум если эти данные неточны или неверны то мой расчёт тоже автоматически неверен.

В итоге получился простенький но интересный картинка (файл вложу), экспериментально ещё толком не проверял, потому сюда и пишу чтобы выяснить ерундой я занимался или нет — у кого глаз намётан сразу возможно укажет что это фигня, далёкая от истины, а может наоборот.

В любом случае для меня этот вопрос не ясен с полноценными расчётами, если есть сходство графика с реальностью то интересно было бы выяснить величины отклонений, линейны или нет, брать на глаз и полагаться на чутьё могут только те, у кого большой опыт. У меня опыта намотки нет почти..

Хотя для диаметра 0,3 ПЭЛШО проверил одним слоем намотки — экспериментально уместилось на 15 % меньше чем предельное значение по графику.

PEV1 = ПЭВ1, PEV2 = ПЭВ2, PETV = ПЭТВ, PELSHO = ПЭЛШО, PNET = ПНЭТ

Меню пользователя spinach83

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для spinach83

Найти ещё сообщения от spinach83

Меню пользователя индюк

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для индюк

Найти ещё сообщения от индюк

Меню пользователя DmitriyVDN

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для DmitriyVDN

Найти ещё сообщения от DmitriyVDN

да — согласен. через главный питающий трансформатор от цветного лампового телевизора спокойно варить можно было.

но поясните связь цитаты и вашего поста?

Меню пользователя индюк

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для индюк

Найти ещё сообщения от индюк

Меню пользователя DmitriyVDN

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для DmitriyVDN

Найти ещё сообщения от DmitriyVDN

Меню пользователя VladimirIvan

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для VladimirIvan

Найти ещё сообщения от VladimirIvan

Меню пользователя индюк

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для индюк

Найти ещё сообщения от индюк

Продолжая начатое.
Заложил койкакой алгоритм для подсчёта коэффициента теперь уже с учетом поправок на межслоевую изоляцию но пока не заморачивался на более чем одну обмотку на каркас и прочими изоляциями. Расчёт до конца не продуман, но уже весьма сложен для восприятия и выложить его красиво и понятно пока нереально. Но суть такова:
Исходные параметры: тип обмоточного провода, задано общее сечение «витка»- одного(виток к витку) или нескольких/нескольких сотен жил в пучок , (от 2-х жил до 12-ти в пучке надо дискретно проработать ещё будет для выяснения локальной плотности меди внутри пучка- когда жил много уже смысл теряется считать дискретно, для малых значений у меня расчёт даёт очень маленький предельный Кзап, мож так и должно быть но я ещё в процессе перепроверок), задана ширина каркаса и высота каркаса (для нескольких обмоток можно будет разделить эту высоту и посчитать отдельно обмотки так чтоб получались равными локальные коэфф. заполнения), взял коэфф. линейного заполнения ПРОВОДОМ (не медью) для намотки виток к витку равным 0.85 (экспериментально). Задан коэффициент длин = длина пучка до свивки делить на длину пучка после свивки. характеризующий степень «эллипсности» сечения закрученных жил- чем сильней закручен пучок тем меньше меди в единичном окне. на случай нескольких слоёв изоляции между слоями обмотки ввёл Кзаполнения для слоёв изоляции (бумаги)= 0.95. Расчёт даёт ответ на вопросы: предельно достижимый коэффициент заполнения медью, запас в окне при максимально достижимом Кзаполнения, минимально допустимый Кзаполнения (при котором свободного места в окне не остаётся), число жил в пучке, число жил в слой, число слоёв в одну жилу каждый, оптимальный диаметр одной жилы пучка (брал для этого критерием запас 25% в окне).

Кто может и хочет помочь в этом вопросе — либо предлагайте чтото своё но конкретное, (касаемо габаритной мощности — это «безумно интегральный» параметр, по нему нельзя точно оценивать Кмеди) либо поделитесь практически снятыми параметрами уже намотанных изделий, чтобы мне смочь оценить расхождение и ускорить процесс обнаружения пустот и ошибок в расчёте, диапазон практического зондирования велик и одному человеку не осилить, а ещё хотелось бы ссылку на параметры всех типов обмоточного провода.

Привожу пока что имею: вроде бы практически подтвердившийся (по крайней мере в точке 0.3мм я проверял, график даёт несколько более обнадёживающий результат, у меня это дело едва влезло а в некоторых местах и выпирало) график расчёта для следующих исходных данных:
Тип провода — ПЭЛШО
Ширина окна — 43мм
Часть высоты окна, предназначенная для заполнения — 2.5мм
Число витков — 13
Число жил в пучке — 30
Коэффициент длин — 1.005 (это значит что при закручивании пучка длиной 10 метров он укорачивается в данном случае на

5 см)
Бумажная изоляция толщиной 0.112 мм (без подробностей пока об этой изоляции, есть небольшие сложности)

Итог для диаметра 0.3:
Коэфф. заполнения медью предельный: 0.281
Запас сечения в окне: 8.63%
Коэфф. заполнения медью минимально допустимый: 0.257
Число жил в одномерном слое: 87.9
Число одномерных слоёв: 4.44
Оптимальный диаметр жилы: 0.483 для запаса в окне в 25%

Кстати вот тут ещё косяк некоторые параметры неестественно дробные, но это поправимо (для теории).

На графике зелёным — минимально допустимый Кмеди для взятых исходных данных, красным — предельный Кмеди, синим — запас в окне.

Расчет Трансформаторов

На рисунках а, б, в и г, нарисованы соответственно Ш, ШЛ, П и ПЛ-тип исполнения железа трансформаторов.

a — ширина керна на котором намотана обмотка,

c — толщина керна (набора пластин),

b — ширина окна,

h — высота окна.

Добавил рисунок для железа ОЛ-типа (тороиды).

a — ширина керна, a=(D-d)/2

D — Внешний диаметр,

d — Внутренний диаметр, окно трансформатора.

h — Высота железа

S — на рисунке, площадь железа.

Все размеры желательно записывать в миллиметрах, но при расчетах будут использоваться размеры в сантиметрах.

В зависимости от толщины пластин (для железа типа Ш и П) или ленты (для ШЛ, ПЛ и ОЛ) в расчет площади железа берется коэффициент заполнения сталью — Кст . Для пластин толщиной 0,2мм Кст =0,85; при 0,35мм Кст =0,9; при 0,5мм Кст =0,93. 0,95.

Витые сердечники имеют обычно толщину ленты 0,2мм и Кст=0,9. Коэффициент этот учитывает зазор между пластинами или лентой трансформатора, образующийся из-за окислов или специального изоляционного покрытия каждой пластины сердечника.

Для примера, возьму в расчет железо трансформатора ТС-270 с такими параметрами

a — 25мм, c — 45мм, b — 40мм, h — 100мм, конструкция сердечника П-образная, ленточная, т.е. тип-ПЛ.

Площадь железа определяется по формуле

S _c =a*c*Кст = 2,5*4,5*0,9=10,125см 2

Для тороидов, S _c =(D-d)h*К _ст /2 , и площадь окна S _o =3,14d 2 /4

Активная площадь железа найдена, теперь нужно узнать габаритную мощность,

Габаритную мощность можно определить по формуле:

P _габ =(S _c *B _m ) 2 ,

где B _m — это величина индукции в железе, Тл . Берется это значение исходя из свойств материала сердечника и его конструкции. Еще немного зависит от мощности трансформатора, от размеров железа.

Нужное значение B _m и другие необходимые параметры — можно найти из таблицы 1 ,

Таблица 1 . Некоторые поля пустые, потому что не нашел данных.

Но сразу возникает вопрос, как-же определить для какой мощности брать значение B _m если мощность еще не известна? Все просто, для грубой оценки нужно умножить площадь железа на 1,3 и возвести в квадрат, (10,125см 2 *1,3) 2 =173,25Вт, что близко к строке в таблице для 200 Вт.

По таблице находим величину B _m для сердечника типа ПЛ = 1,5 Тл. На практике, если пересчитать любой заводской трансформатор, эта величина берется немного больше, примерно на 10. 15%, для экономии железа. Можно так и поступить, просто прибавить к табличному значению еще 10%. В итоге величина индукции получается 1,5+10% = 1,65Тл

Габаритная мощность железа

(10,125*1,65) 2 = 279,1 Вт .

Число витков на вольт

W’=50/S _c *B _m , где S _c — площадь железа, с учетом коеффициента Кст , для данного трансформатора Кст =0,9.

Число витков на вольт, 50/10,125*1,65= 2,99 вит/в .

Теперь можно расчитать первичку на 220в, с запасом по напряжению как обычно до 250в. Чтобы железо не вошло в насыщение при напряжении 240. 250в.

Расчет чила витков первички

W ₁ =W’*U ₁ =250*2,99= 748 витков .

Трансформатор конструкции ПЛ, значит на каждую из двух катушек необходимо намотать половину витков, и затем соединить обмотки последовательно, соблюдая фазировку .

Расчет диаметра провода обмоток

Обычно берется в расчет медный провод. Значение плотности тока, J , А/мм 2 в таблице 1 , указано для обмоток из медного провода. Если предполагается мотать обмотки алюминиевым проводом, то плотность тока необходимо уменьшить на 38%, или что то-же самое — в 1,6 раза. Потому что у алюминия большее удельное сопротивление по сравнению с медью. Для алюминия удельное сопротивление 0,0283 Ом*мм 2 /м, для меди 0,0175 Ом*мм 2 /м (пишут по разному, в пределах 0,0172. 0,0178 Ом*мм 2 /м).

Таблица 2

Максимальный ток потребляемый первичной обмоткой

I ₁ =P _габ /U ₁ , 279,1/220 = 1,268 А . (Обмотка намотана на 250в, но в расчет берется ее рабочее напряжение, в данном случае 220в. Можно 230в, зависит от качества сети).

Теперь зная ток в обмотке, и материал провода обмотки, можно определить необходимый диаметр провода.

Диаметр провода обмоток определяется по формуле

Плотность тока в обмотке, J , найденная в таблице 1 , = 2,9 А/мм 2 . Диаметр медного провода — 0,747мм , без изоляции.

Можно уточнить по таблице 3 ближайший стандартный диаметр провода, узнать диаметр провода с изоляцией.

Таблица 3

По таблице 3 , уточняем диаметр провода с изоляцией до 0,74мм.

Длина провода первички

L ₁ =W ₁ [2(a+c)+3,14*b]10 -2 = 748[2(2,5+4,5)+3,14*4]10 -2 = 199м

Если трансформатор будет работать при полной нагрузке то желательно учесть падение напряжения в первичной обмотке из-за ее внутреннего сопротивления, в данном случае оно будет около 8 Ом.

Падение напряжения в первичной обмотке

U _{1 пад} =2,25*10 -2 *I ₁ *L ₁ /d 2 = 2,25*10 -2 *1,268*199/0,74 2 = 10,3в

Точное число витков первичной обмотки

W _{1 точн} =(U ₁ -U _{1 пад} )W’ = (220-10,3)*2,99= 627 вит

Если требуется минимальный ток холостого хода, когда трансформатор работает без нагрузки и в первичке практически нет просадки напряжения, можно не учитывать падение напряжения в первичке и мотать первичку на 748 вит.

Вес провода первички

По таблице 3 , найдем вес 100м провода 0,74мм (0,80мм с изол) = 390 грамм.

(199*390)10 -2 = 776 грамм

Теперь вторичка

Допустим напряжение вторички будет 15в.

Мощность вторички , учитывая КПД трансформатора, найденный по таблице 1 = 0,94

P ₂ =P _габ *кпд = 279,1*0,94= 262 Вт .

Ток вторички

I ₂ =P ₂ /U ₂ = 262/15= 17,5а

Сечение или диаметр провода вторички

S ₂ =I ₂ /J = 17,5/2,9= 6 мм 2 , в пересчете на диаметр — 2,77мм. Можно мотать сразу в несколько проводов, если мотать в 4 провода одновременно, то диаметр проводов нужен 1,38мм, ближайший по таблице диаметр — 1,4мм (1,48мм с изол).

Количество витков вторички

W ₂ =W _{1 точн} (U ₂ /U ₁ ) = 627(15/220) = 42,75вит. Можно округлить до 44 вит, чтобы на каждой из двух катушек трансформатора намотать по 22 витка.

Вес вторички (или всех вторичек) должен быть таким-же как и вес первички.

Проверяем размещение обмоток с учетом коэффициента Км приведенного в Таблице 1.

(все размеры в см)

где, Км — коэффициент заполнения окна медью, Q _o — площадь окна трансформатора в котором размещаются обмотки. Для Ш , ШЛ , П , ПЛ типов, находится простым перемножением ширины и высоты окна, Q _o =b*h , а для тороидов площадь окна считается по формуле S _o =3,14d 2 /4 .

Подставляя значения в формулу, диаметр провода первички и вторички 0,8мм и 3мм (с изоляцией), число витков 627вит и 44вит и площадь окна 40см 2 — находим значение Км=0,16.

На первый взгляд, результат намного меньше чем указано в Таблице 1 , но это получилось из-за больших размеров окна железа, расчитанного на алюминиевые обмотки. Поэтому медная обмотка будет свободно размещаться.

Если брать железо предназначенное для медных обмоток, то найденный коэффициент не должен превысить того что в таблице, чтобы расчитанная обмотка вся поместилась в окне трансформатора. При меньшем значении, можно увеличить диаметр проводов, как в этом случае (можно пересчитать диаметры на алюминий), или наоборот, уменьшить диаметры проводов при завышенном результате расчета Км.

В расчете я принял что во вторичке провод круглого сечения, из-за особенности формулы. Если мотать шиной того-же сечения — результат Км будет тот-же.

Диаметр провода в расчет желательно брать с изоляцией.

Для работы трансформатора при кратковременной перегрузке, нужно учитывать периодичность включения, ПВ %

Для зарядно-пусковых можно брать ПВ=10. 20%, для сварочников ПВ 40. 60%. Таким образом, можно применить железо на меньшую мощность по сравнению с мощностью нагрузки.

Величина перегрузки в зависимости от ПВ считается так:

квадратный корень из 100/ПВ %.

Если например, нужно во вторичке сварочника получить 3кВт, при ПВ 60% то понадобится трансформатор с габаритной мощностью 2,3кВт. Для зарадно пускового с ПВ 20%, при мощности на вторичке 1,5кВт, мощность трансформатора понадобится 0,7 кВт. Но учитывая повышенные потери в сопротивлении обмоток, при большем токе, то габаритная мощность железа, понадобится на 10% больше.

ПВ 20% — 1 минута под нагрузкой, 4 минуты х.х.

Еще по перегрузкам трансформаторов

Допускается перегрузка трансформатора 30% — 2 ч, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10,5 мин, 200% — 1 мин.