Методика расчета маломощного силового трансформатора.

 

3.2.1 Определяем номинальную мощность трансформатора :

 

,                     (3.1)

        

где  - число вторичных обмоток.

 

3.2.2 Определяем габаритную мощность трансформатора :

 

         (3.2)

 

Причем больший множитель относится к трансформатору с номинальной мощностью до 10 В·А, а меньший - к трансформаторам с мощностью до 100 В·А.

 

3.2.3 Определяем произведение площади окна на площадь сечения магнитопровода:

 

,      (3.3)

 

где  - площадь она магнитопровода, см²;

- площадь сечения магнитопровода, см²;

 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (в Тл), которая определяется по графику рис.10;

   - частота питающей сети, Гц;

 - плотность тока в обмотках трансформатора. Ее выбирают от 2 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью более 100 В·А) до 6 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью менее 10 В·А);

 - коэффициент заполнения окна магнитопровода. Для броневых и кольцевых трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.28 до 0.34, а для стержневых трансформаторов – в пределах 0.25…0.35; 

- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Для магнитопроводов из штампованных пластин и трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.7 до 0.85, а для витых (ленточных) трансформаторов – в пределах 0.75…0.90.

 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (в Тл), которая определяется по графику, представленному на рисунке 10.

 

Определяем сечение магнитопровода:

 

 

где - площадь сечения магнитопровода, см²;

 - коэффициент, зависящий от типа магнитопровода. Для магнитопровода, состоящего из штампованных пластин 1,3; для ленточного магнитопровода 0,9 – 1,0

По рассчитанному значению  и полученному сечению магнитопровода, с помощью приложения 5 выбирают размеры магнитопровода. При этом должно выполняться условие:

 

.                        (3.4)

 

При этом учитывают, что должно выполняться условие: .

В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера.

1.0

1.6

1.4

1.2

100

10

20

50

200

Bm, Тл

Рис. 3.3 График для определения амплитуды магнитной индукции: 1 – ленточный магнитопровод; 2 – магнитопровод из штампованных пластин

1

500

РГАБ, В·А

2

                       (6.5)

 

3.2.4  Определяют число витков первичной и вторичной  обмоток:

 

,          (3.6)

 

.     (3.7)

 

Здесь площадь сечения магнитопровода подставляют в см², частоту в Гц, магнитную индукцию в Тл, напряжение в В.

 

3.2.5 Определяют рабочий ток первичной обмотки:

 

                             (3.8)

 

3.2.6 Определяют диаметры провода первичной и вторичной обмоток в мм:

 

,                  (3.9)

 

,                   (3.10)

 

С помощь приложения 4 выбирают ближайшие большие значения диаметров проводов.

 

3.2.7 Проверим размещение обмоток в окне магнитопровода. Для этого найдем число витков в слое цилиндрической обмотки:

 

,                 (3.11)

 

где ‒ толщина материала каркаса (обычно 0.5…0.8 мм);

 ‒ высота окна магнитопровода (см.рис.8);

 ‒ диаметр провода обмотки с изоляцией.

    Определим число слоев обмотки:

 

,                                (3.12)

 

где  ‒ число витков обмотки.

    Определим толщину обмотки:

,                (3.13)

где  ‒ толщина изоляционной прокладки между отдельными слоями обмотки (от 0,02 до 0.08 мм).

 

3.2.8 Проверяем выполнения условия размещения обмоток в магнитопроводе:

 

,           (3.14)

 

где ‒ суммарная толщина всех обмоток;

‒ толщина изоляционных прокладок между обмотками (от 0,02 до 0,08 мм);

‒ ширина окна магнитопровода (см. рис.3.2).

     Если условие (3.14) не выполняется необходимо выбрать магнитопровод больших размеров и повторить расчет трансформатора сначала.

 

 Полученные в результате расчетов данные трансформатора заносим в таблицу 3.1

 

Таблица 3.1 Расчетные значения для трансформатора

 

№ п/п	Наименование показателя	Значение
1	Входное (сетевое) напряжение питания, В
2	Выходное напряжение, В
3	Ток нагрузки, А
4	Номинальная мощность трансформатора, Вт
5	Габаритная мощность трансформатора, Вт
6	Тип магнитопровода
7	Размеры магнитопровода, а×в×h
8	Сечение магнитопровода, см2
9	Число витков первичной  обмотки,
10	Число витков вторичной  обмотки,
11	Рабочий ток первичной обмотки, А
12	Диаметр провода первичной обмотки, мм
13	Диаметр провода вторичной обмотки, мм

 

4. ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА

Таблица 4.1 Исходные данные для расчета трансформатора.

№ п/п	Наименование показателя	Значение
1	Входное (сетевое) напряжение питания, В	220 ±10
2	Выходное напряжение, В	24
3	Ток нагрузки, А	4,3
4	Тип магнитопровода	ПЛМ

 

4.1 Определяем номинальную мощность трансформатора :

 

,    (4.1)                    

        

где  ‒ число вторичных обмоток = 1

 

Определяется габаритная мощность трансформатора :

 

 

 

 

4.2  Определяем произведение площади окна на площадь сечения магнитопровода:

 

,   (4.2)                             

 

где площадь она магнитопровода, см²;

‒ площадь сечения магнитопровода, см²;

 ‒ амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (в Тл), которая определяется по графику рис.10;

‒ частота питающей сети, Гц;

 ‒ плотность тока в обмотках трансформатора. Ее выбирают от 2 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью более 100 В·А) до 6 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью менее 10 В·А);

 ‒ коэффициент заполнения окна магнитопровода. Для броневых и кольцевых трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.28 до 0.34, а для стержневых трансформаторов – в пределах 0.25…0.35; 

- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Для магнитопроводов из штампованных пластин и трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.7 до 0.85, а для витых (ленточных) трансформаторов – в пределах 0.75…0.90.

 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (в Тл), которая определяется по графику, представленному на рисунке 10;

 

см⁴

 

Определяем сечение магнитопровода:

 

 

 

 = 9,14см²

 

По рассчитанному значению  с помощью приложения 5 выбирают размеры магнитопровода. Выбираем ПЛМ32х50х58.

Проверим по выполнению условия:

 

. См⁴

 

278,4 ˃ 79,141 см⁴

S _сеч = 3,2×5 = 16 см² > 9,14 см²

Условие выполняется.

При этом учитывают, что также должно выполняться условие:

 

 Условие выполняется.

 

Определим число витков первичной и вторичной обмоток:

 

,витков

 

виток

 

Здесь площадь сечения магнитопровода подставляют в см², частоту в Гц, магнитную индукцию в Тл, напряжение в В.

 

4.2.1 Определяем рабочий ток первичной обмотки:

 

Ампера

 

4.2.2 Определяем рабочий ток вторичной обмотки:

 

Ампера

 

 

4.2.3 Определяют диаметры провода первичной и вторичной обмоток в мм:

 

,                                  (6.9)

 

,                                     (6.10)

 

С помощь приложения 4 выбирают ближайшие большие значения диаметров проводов.

Выбираем провод ПЭВ-1, для первичной обмотки диаметром 0,59 – 064 мм (с изоляцией).

Для вторичной обмотки диаметром 1,8 – 1,89 мм (с изоляцией).

 

4.2.4  Проверяем размещение обмоток в окне магнитопровода. Для этого найдем число витков в слое цилиндрической первичной обмотки:

 

65 витков                 (6.11)

 

где  ‒ толщина материала каркаса (обычно 0.5…0.8 мм);

 ‒ высота окна магнитопровода (см.рис.8);

 ‒ диаметр провода обмотки с изоляцией.

 

найдем число витков в слое цилиндрической вторичной обмотки:

 

витков

                  

    Определим число слоев первичной обмотки:

 

 

Определим число слоев вторичной обмотки:

 

 

    где  - число витков обмотки.

    Определим толщину первичной обмотки:

 

, мм

        

где  - толщина изоляционной прокладки между отдельными слоями обмотки (от 0,02 до 0.08 мм).

Определим толщину вторичной обмотки:

 

, мм

 

Проверяем выполнения условия размещения обмоток в магнитопроводе:

 

,

, мм

 

где ‒ суммарная толщина всех обмоток;

‒ толщина изоляционных прокладок между обмотками (от 0,02 до 0,08 мм);

‒ ширина окна магнитопровода (см. рис.8).

     Условие выполняется.

 

 

4.2.5 Полученные в результате расчетов данные трансформатора заносим в таблицу 4.2

Таблица 4.2 Данные рассчитанного трансформатора

№ п/п	Наименование показателя	Значение
1	Входное (сетевое) напряжение питания, В	220 ±10
2	Выходное напряжение, В	24
3	Ток нагрузки, А	4,3
4	Номинальная мощность трансформатора, Вт	103,2
5	Габаритная мощность трансформатора, Вт	113,52
6	Тип магнитопровода	ПЛМ
7	Размеры магнитопровода, а×в×h	30х50х58
8	Сечение магнитопровода, см2	16
9	Число витков первичной  обмотки,	380
10	Число витков вторичной  обмотки,	41
11	Рабочий ток первичной обмотки, А	0,52
12	Диаметр провода первичной обмотки, мм	0,59
13	Диаметр провода вторичнй обмотки, мм	1,8

 

 

Приложение 1

Медные обмоточные провода

Медные обмоточные провода применяют для намотки обмоток катушек индуктивности, силовых, выходных и согласующих трансформаторов, дросселей и т.п. Такие провода имеют изоляционное покрытие из эмали и волокнистых материалов.

   При использовании обмоточных проводов учитывают рабочую температуру, электрическую прочность и надежность. Провода типа ПЭЛ используют в аппаратуре общего назначения, типу ПЭВ-2, ПЭВТЛ-2 ‒ при повышенных требованиях к аппаратуре, типу ПЭВШО, ПЭЛШО ‒ когда требуется значительные механические нагрузки. Основные особенности основных марок обмоточных проводов приведены в таблице 1, а их параметры в таблице 2.

 

Таблица 1 ‒ Основные типы обмоточных проводов

Марка	Особенности	Применение
ПЭВ-1	Провод с эмалевой высокопрочной изоляцией одним слоем эмали	Для обычных обмоток до температуры 120 ОС
ПЭВ-2	Провод с эмалевой высокопрочной изоляцией с двумя слоями эмали	Для повышенной надежности до температуры 120 ОС
ПЭЛ-2	Провод с эмалевой лакостойкой изоляцией с двумя слоями эмали	Для обычных обмоток до температуры 105 ОС
ПЭТВ-2	Провод с эмалевой высокопрочной и высокотемпературной изоляцией с двумя слоями эмали	Для повышенной надежности до температуры 130 ОС
ПЭВШО	Имеет дополнительную изоляцию из шелковой нитки	До температуры 105 ОС
ПЭВТЛ-2	Провод с эмалевой высокопрочной и высокотемпературной изоляцией с двумя слоями эмали	Может лудиться без снятия эмалевой изоляции, используется до температуры 120 ОС

 

Таблица 2 – Основные параметры медных обмоточных проводов

Диаметр медной жилы, мм	Диаметр провода с изоляцией, мм
	ПЭЛ-2	ПЭВ-1	ПЭВ-2	ПЭЛШО
1	2	3	4	5
0,05	0,065	0,07	0,08	0,12
0,06	0,075	0,085	0,09	0,13
0,07	0,085	0,095	0,10	0,14
0,08	0,096	0,0105	0,11	0,15
0,09	0,105	0,115	0,12	0,16
0,10	0,12	0,125	0,13	0,18
0,12	0,14	0,145	0,15	0,20
0,14	0,16	0,165	0,17	0,20
0,16	0,18	0,19	0,20	0,24
0,18	0,20	0,21	0,22	0,26
0,20	0,225	0,23	0,24	0,29
0,23	0,255	0,27	0,28	0,32
0,25	0,275	0,29	0,3	0,34
0,27	0,31	0,31	0,32	0,37
0,31	0,35	0,35	0,365	0,42
0,35	0,39	0,39	0,415	0,45
0,41	0,45	0,45	0,46	0,52
0,47	0,52	0,51	0,545	0,58
0,49	0,54	0,53	0,57	0,60
0,51	0,56	0,56	0,58	0,63
0,53	0,58	0,58	0,60	0,65
0,55	0,60	0,60	0,63	0,67
0,57	0,62	0,62	0,65	-
0,59	0,64	0,64	0,67	0,71
Продолжение таблицы 2
1	2	3	4	5
0,62	0,67	0,67	0,70	0,75
0,64	0,69	0,69	0,73	0,76
0,67	0,72	0,72	0,75	0,79
0,69	0,74	0,74	0,77	0,81
0,72	0,76	0,77	0,80	0,85
0,74	0,78	0,80	0,83	0,87
0,77	0,80	0,83	0,86	0,90
0,80	0,86	0,86	0,89	0,93
0,83	0,89	0,89	0,92	0,96
0,86	0,92	0,92	0,94	0,99
0,90	0,96	0,96	0,99	1,03
0,93	0,99	0,99	1,02	1,06
0,96	1,02	1,02	1,04	1,09
1,00	1,07	1,08	1,10	1,14
1,06	1,14	1,13	1,16	1,21
1,08	1,16	1,16	1,19	1,24
1,12	1,2	1,19	1,22	1,28
1,18	1,26	1,26	1,28	1,34
1,25	1,33	1,33	1,35	1,41
1,32	1,4	1,4	1,42	1,47
1,4	1,48	1,48	1,51	1,56
1,45	1,53	1,53	1,56	1,61
1,5	1,58	1,58	1,61	1,68
1,6	1,68	1,68	1,71	-
1,7	1,78	1,78	1,81	-
1,8	1,89	1,89	1,92	-
1,9	1,99	1,99	2,02	-
2,0	2,1	2,1	2,12	-
2,12	2,22	2,22	2,24	-
2,24	2,34	2,34	2,46	-
2,36	2,46	2,46	2,48	-
2,5	2,6	2,6	2,63	-

 

Приложение 2