Расчет мощности трансформатора онлайн калькулятор: Расчет трансформатора — audiohobby.ru

Содержание

Расчет трансформатора — audiohobby.ru

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:

  1. — поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта,
  2. — поле жёлтого цвета заполнять не требуется – так как данные автоматически выбираются из справочных таблиц, в случае клика , поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет ввести собственные значение,
  3. — 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

Расчет мощности силовых трансформаторов

Трансформатор – элемент, использующийся для преобразования напряжений. Он входит в состав трансформаторной подстанции. Ее задача – передача электроэнергии от питающей линии (воздушной или кабельной) потребителям в объеме, достаточном для обеспечения всех режимов работы их электрооборудования.

Встраиваемая комплектная трансформаторная подстанция

В роли потребителей выступают жилые многоэтажные здания, поселки или деревни, заводы или отдельные их цеха. Подстанции, в зависимости от условий окружающей среды и экономических факторов, имеют различные конструкции: комплектные (в том числе киосковые, столбовые), встраиваемые, расположенные на открытом воздухе или в помещениях. Они могут располагаться в специально предназначенном для них здании или занимать отдельное помещение здания.

Выбор трансформаторов подразумевает определение его мощности и количества трансформаторов. От результатов зависят габариты и тип трансформаторных подстанций. При выборе учитываются факторы:

Критерий выбора

Определяемый параметр

Категория электроснабженияЧисло трансформаторов
Перегрузочная способностьМощность трансформаторов
Шкала стандартных мощностей
График распределения нагрузок по времени суток и дням недели
Режимов работы их соображений экономии

Выбор числа трансформаторов

Для трансформаторных подстанций используют схемы с одним или двумя трансформаторами. Распределительные устройства, в состав которых входит более 2 трансформаторов, встречаются только на предприятиях или электрических станциях, где применение небольшого их числа не соответствует условиям бесперебойности электроснабжения, условиям эксплуатации. Там экономически целесообразнее установить несколько трансформаторов сравнительно небольшой мощности, чем один или два мощных. Так проще проводить ремонт, дешевле обходится замена неисправного аппарата.

Устанавливают однотрансформаторные подстанции в случаях:

  • электроснабжения потребителей III категории надежности;
  • электроснабжения потребителей любых категорий, имеющих другие независимые линии питания и собственную автоматику резервирования, переключающую их на эти источники.

Но к однотрансформаторным подстанциям есть дополнительное требование. Потребители III категории по надежности электроснабжения, хоть и допускают питание от одного источника, но перерыв его ограничен временем в одни сутки. Это обязывает иметь эксплуатирующую организацию складской резерв трансформаторов для замены в случае аварийной ситуации. Расположение и конструкция подстанции не должны затруднять эту замену. При обслуживании группы однотрансформаторных подстанций мощности их трансформаторов, по возможности, выбираются одинаковыми, либо максимально сокращается количество вариантов мощностей. Это минимизирует количество оборудования, находящегося в резерве.

Киосковая подстанция

К потребителям третьей категории относятся:

  • деревни и села;
  • гаражные кооперативы;
  • небольшие предприятия, остановка которых не приведет к массовому браку выпускаемой продукции, травмам, экологическому и экономическому ущербу, связанному с остановкой технологического процесса.
Схема питания потребителей III категории

Для потребителей, перерывы электроснабжения которых не допускаются или ограничиваются, применяют двухтрансформаторные подстанции.

Категория электроснабженияВремя возможного перерыва питанияСхема питания
IНевозможноДва независимых источника с АВР и собственный генератор
IIНа время оперативного переключения питанияДва независимых источника
III1 суткиОдин источник питания

Отличие в питании категорий I и II – в способе переключения питания. В первом случае оно происходит автоматически (схемой автоматического ввода резерва – АВР) и дополнительно имеется собственный независимый источник питания. Во втором – переключение осуществляется вручную. Но минимальное количество трансформаторов для питания таких объектов – не менее двух.

Схема питания потребителей II категории

В нормальном режиме работы каждый из двух трансформаторов питается по своей линии и снабжает электроэнергией половину потребителей подстанции. Эти потребители подключаются к шинам секции, питаемой трансформатором. Второй трансформатор питает вторую секцию шин, соединенную с первой секционным автоматом или рубильником.

В аварийном режиме трансформатор должен взять на себя нагрузку всей подстанции. Для этого включается секционный автоматический выключатель. Для потребителей первой категории его включает АВР, для второй включение производится вручную, для чего вместо автомата устанавливают рубильник

Поэтому мощность трансформаторов выбирается с учетом питания всей подстанции, а в нормальном режиме они недогружены. Экономически это нецелесообразно, поэтому, по возможности, усложняют схему электропитания. Имеющиеся потребители III категории в аварийном режиме отключают, что приводит к снижению требуемой мощности.

Выбор конструкции трансформатора

По способу охлаждения и изоляции обмоток трансформаторы выпускают:

  • масляными;
  • с синтетическими жидкостями;
  • воздушными.
Масляный трансформатор

Наиболее распространенные – масляные трансформаторы. Их обмотки размещены в баках, заполненных маслом с повышенными изоляционными характеристиками (трансформаторное масло). Оно выполняет роль дополнительной изоляции между витками обмоток, обмотками разных фаз, разных напряжений и баком трансформатора. Циркулируя внутри бака, оно отводит тепло обмоток, выделяемое при работе. Для лучшего теплоотвода к корпусу трансформатора привариваются трубы дугообразной формы, позволяющие маслу циркулировать вне бака и охлаждаться за счет окружающего воздуха. Мощные масляные трансформаторы комплектуются вентиляторами, обдувающими элементы, в которых происходит охлаждение.

Недостаток масляных трансформаторов – риск возникновения пожара при внутренних повреждениях. Поэтому их можно устанавливать только в подстанциях, расположенных отдельно от зданий и сооружений.

Трансформатор с воздушным охлаждением (сухой)

При необходимости установить распределительное устройство с трансформатором поближе к нагрузке или во взрыво- или пожароопасных цехах, используются трансформаторы с воздушным охлаждением. Их обмотки изолированы материалами, облегчающими передачу тепла. Охлаждение происходит либо за счет естественной циркуляции воздуха, либо с помощью вентиляторов. Но охлаждение сухих трансформаторов все равно происходит хуже масляных.

Решить проблему пожарной безопасности позволяют трансформаторы с синтетическим диэлектриком. Их устройство похоже на конструкцию масляного трансформатора, но вместо масла в баке находится синтетическая жидкость, которая не так склонна к возгоранию, как трансформаторное масло.

Группы и схемы соединений

Критериями выбора группы электрических соединений разных фаз обмоток между собой являются:

  1. Минимизация в сетях уровней высших гармоник. Это актуально при увеличении доли нелинейных нагрузок потребителей.
  2. При несимметричной загрузке фаз трансформатора токи первичных обмоток должны выравниваться. Это стабилизирует режим работы сетей питания.
  3. При питании четырехпроводных (пятипроводных) сетей трансформатор должен иметь минимальное сопротивление нулевой последовательности для токов короткого замыкания. Это облегчает защиту от замыканий на землю.

Для соблюдения условий №1 и №2 одна обмотка трансформатора соединяется в звезду, при соединении другой – в треугольник. При питании четырехпроводных сетей наилучшим вариантом считается схема Δ/Yo. Обмотки низшего напряжения соединяются в звезду с выведенным наружу нулевым ее выводом, используемым в качестве PEN-проводника (нулевого проводника).

Еще лучшими характеристиками обладает схема Y/Zo, у которой вторичные обмотки соединяются по схеме «зигзаг» с нулевым выводом.

Схема Y/Yo имеет больше недостатков, чем достоинств, и применяется редко.

Выбор мощности трансформатора

Типовые мощности трансформаторов стандартизированы.

Стандартные мощности трансформаторов
2540601001602504006301000

Для расчета присоединенной к трансформатору мощности собираются и анализируются данные о подключенных к нему мощностях потребителей. Однозначно цифры сложить не получится, нужны данные о распределении нагрузок по времени. Потребление электроэнергии многоквартирным домом варьируется не только в течение суток, но и по временам года: зимой в квартирах работают электрообогреватели, летом – вентиляторы и кондиционеры. Типовые графики нагрузок и величины потребляемых мощностей для многоквартирных домов определяются из справочников.

Для расчета мощностей на промышленных предприятиях требуется знание принципов работы их технологического оборудования, порядок его включения в работу. Определяется режим максимальной загрузки, когда в работу включено наибольшее число потребителей (Sмакс). Но все потребители одновременно включиться не могут никогда. Но при расчетах требуется учитывать и возможное расширение производственных мощностей, а также – вероятность в дальнейшем подключения дополнительных потребителей к трансформатору.

Учитывая число трансформаторов на подстанции (N) мощность каждого рассчитывают по формуле, затем выбирают из таблицы ближайшее большее значение:

В этой формуле Кз – коэффициент загрузки трансформатора. Это отношение потребляемой мощности в максимальном режиме к номинальной мощности аппарата. Работа с необоснованно пониженным коэффициентом загрузки экономически не выгодна. Для потребителей, в зависимости от категории бесперебойности электроснабжения, рекомендуются коэффициенты:

Категория потребителейКоэффициент загрузки
I0,65-0,7
II0,7-0,8
II0,9-0,95

Из таблицы видно, что коэффициент загрузки учитывает взятия одним трансформатором дополнительной нагрузки, переходящей к нему при выходе из строя другого трансформатора или его питающей линии. Но он ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя по мощности некоторый запас.

Систематические перегрузки трансформаторов возможны, но их время и величина ограничиваются требованиями заводов-изготовителей этих устройств. По правилам ПТЭЭП длительная перегрузка трансформаторов с масляным или синтетическим диэлектриком ограничивается до 5%.

Отдельно ПТЭЭП определяется длительность аварийных перегрузок в зависимости от их величины.

Для масляных трансформаторов:

Величина перегрузки, %30456075100
Длительность, мин12080452010

Для сухих трансформаторов:

Величина перегрузки, %2030405060
Длительность, мин604532185

Из таблиц видно, что сухие трансформаторы к перегрузкам более критичны.

Оцените качество статьи:

Расчет автотрансформатора своими руками

При проектировании трансформатора, основной параметр устройства представлен показателями его мощности.
Зная, как рассчитать мощность трансформатора, можно самостоятельно выбрать и приобрести качественный прибор, позволяющий преобразовывать напряжение в большие или меньшие значения.

Как рассчитать мощность трансформатора

Особенность работы стандартного трансформатора представлена процессом преобразования электроэнергии переменного тока в показатели переменного магнитного поля и наоборот. Самостоятельный расчет трансформаторной мощности может быть выполнен в соответствии с сечением сердечника и в зависимости от уровня нагрузки.


Расчет обмотки преобразователя напряжения и его мощности

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.

Расчетная формула такой взаимосвязи:

Sо х Sс = 100 х Рг / (2,22 х Вс х А х F х Ко х Кc), где

  • Sо — показатели площади окна сердечника;
  • Sс — площадь поперечного сечения сердечника;
  • Рг — габаритная мощность;
  • Bс — магнитная индукция внутри сердечника;
  • А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
  • F — показатели частоты переменного тока;
  • Ко — коэффициент наполненности окна;
  • Кс — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

Самые распространенные разновидности трансформаторов производятся с применением Ш —образного и П — образного сердечников.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

  • категорией электрического снабжения;
  • перегрузочной способностью;
  • шкалой стандартных мощностей приборов;
  • графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.


Варианты трансформаторов

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

В системах электрического снабжения показатели трансформаторной мощности приборов должны позволить обеспечивать стабильное питание всех потребителей электроэнергии.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.

То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.

Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.

На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.

Определение габаритной мощности трансформатора

Показатели габаритной мощности трансформатора могут быть приблизительно определены в соответствии с сечением магнитопровода. В этом случае уровень погрешности часто составляет порядка 50%, что обусловлено несколькими факторами.

Трансформаторная габаритная мощность находится в прямой зависимости от конструкционных характеристик магнитопровода, а также качественных показателей материала и толщины стали. Немаловажное значение придаётся размерам окна, индукционной величине, сечению проводов на обмотке, а также изоляционному материалу, который располагается между пластинами.


Схема трансформатора

Безусловно, вполне допустимо экспериментальным и стандартным расчётным способом выполнить самостоятельное определение максимальной трансформаторной мощности с высоким уровнем точности. Однако, в приборах заводского производства такие данные учтены, и отражаются количеством витков, располагающихся на первичной обмотке.

Таким образом, удобным способом определения этого показателя является оценка размеров площади сечения пластин: Р = В х S² / 1,69

В данной формуле:

  • параметром P определяется уровень мощности в Вт;
  • B — индукционные показатели в Тесла;
  • S — размеры сечения, измеряемого в см²;
  • 1,69 — стандартные показатели коэффициента.

Индукционная величина — табличные показатели, которые не могут быть максимальными, что обусловлено риском значительного отличия магнитопроводов с разным уровнем качественных характеристик.

При выборе прибора, преобразующего показатели напряжения, следует помнить, что более дешевые трансформаторы обладают невысокой относительной габаритной мощностью.

Расчет понижающего трансформатора

Выполнить самостоятельно расчет показателей мощности для однофазного трансформатора понижающего типа – достаточно легко. Поэтапное определение:

  • показателей мощности на вторичной трансформаторной обмотке;
  • уровня мощности на первичной трансформаторной обмотке;
  • показателей поперечного сечения трансформаторного сердечника;
  • фактического значения сечения трансформаторного сердечника;
  • токовых величин на первичной обмотке;
  • показателей сечения проводов на первичной и вторичной трансформаторных обмотках;
  • количества витков на первичной и вторичной обмотках;
  • общего числа витков на вторичных обмотках с учетом компенсационных потерь напряжения в кабеле.

На заключительном этапе определяются показатели площади окна сердечника и коэффициента его обмоточного заполнения. Определение сечения сердечника, как правило, выражается посредством его размеров, в соответствии с формулой: d1=А х В, где «А» — это ширина, а «В» — толщина.

Следует отметить, что при самостоятельном расчете, необходимо увеличивать количество витков на вторичной обмотке примерно на 5-10%.

Правильный расчет силового трансформатора

Упрощенный расчет 220/36 В

Стандартный трансформатор с 220/36 В, представлен тремя основными компонентами в виде первичной и вторичной обмотки, а также магнитопровода. Упрощенный расчет силового трансформатора включает в себя определение сечения сердечника, количества обмоточных витков и диаметра кабеля. Исходные данные для простейшего расчета представлены напряжением на первичной U1 и на вторичной обмотке – U2, а также током на вторичной обмотке или I2.

В результате упрощенного расчета устанавливается зависимость между сечением сердечника Sсм², возведенным в квадрат и общей трансформаторной мощностью, измеряемой в Вт. Например, прибором с сердечником, имеющим сечение 6,0 см², легко «перерабатывается» мощность в 36 Вт.


Понижающий трансформатор

При расчете используются заведомо известные параметры в виде мощности и напряжения на вторичной цепи, что позволяет вычислить токовые показатели первичной цепи. Одним из важных параметров является КПД, не превышающий у стандартных трансформаторов 0,8 единиц или 80%.

Сами занимаетесь установкой электрооборудования? Схема подключения трансформатора представлена на нашем сайте.

Подозреваете, что трансформатор неисправен? О том, как проверить его мультиметром, вы можете почитать тут.

Чем отличается трансформатор от автотрансформатора, вы узнаете из этой темы.

Показатели полной или полезной мощности многообмоточных трансформаторов, являются суммой мощностей на всех вторичных обмотках прибора. Знание достаточно простых формул позволяет не только легко произвести расчёт мощности прибора, но также самостоятельно изготовить надежный и долговечный трансформатор, функционирующий в оптимальном режиме.

Сергей Комаров

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 силового трансформатора 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 (иными словами, 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 «вышибания» 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. А по сему, 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 по сему, 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-и 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 по сему, 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:

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

1. 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.

2. 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 Km 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 Km может иметь значения и до 0,6 … 0,65. Для справки: теоретический предел значения Km для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне — 0,87.

Приведенные практические значения Km 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 вольт, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.

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

Где: η

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

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

Где: U1

,
U2
,
U3
, … — напряжения обмоток в вольтах, а
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 увеличить в 1/√η

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», выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.

Надо открыть это руководство на 13-ой странице, внимательно рассмотреть график на рисунке 1, и уяснить 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.

5. 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.

6. 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.

7. Делаем проверку расчета. Мощность первичной обмотки — произведение питающего напряжения на потребляемый ток, должна быть равна сумме мощностей всех вторичных обмоток. То есть: U1 x I1 = U2 x I2 + U3 x I3 + U4 x I4 + …

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 Ватт, который я сам, вручную, мотал в 1982 году на сердечнике от сгоревшего бытового переходного 400-ваттного автотрансформатора 127/220 вольт, называвшегося в торговой сети «Юг-400», имел следующие параметры: Магнитная индукция при напряжении 220 вольт — 1,2 Тесла, Число витков первичной обмотки (220 вольт) — 1100. Диаметр провода первичной обмотки — 0,96 мм. Число витков вторичной обмотки (127 вольт) — 635. Диаметр провода вторичной обмотки — 1,35 мм. При этом, ток холостого хода получился 7 (семь!) миллиампер.

На протяжении восемнадцати лет, не выключаясь, через этот трансформатор у меня питался «холостяцкий» холодильник «Саратов-II» (тот самый, при работе с которым сгорел автотрансформатор «Юг») после перевода нашего района на напряжение сети 220 вольт.

Для сравнения. «Родная», промышленная, обмотка того самого трансформатора «Юг» на 220 вольт содержала 880 витков. Не удивительно, что он грелся как сволочь, даже будучи лишь автотрансформатором, и в конце-концов сгорел. Да, это и понятно, ведь, советская бытовая промышленность была заинтересована в увеличении покупательского спроса. Ну, вот и достигалось это не широкой номенклатурой товаров, а ограниченным сроком их работы!

Не надо экономить, — это, ведь, то же самое, что самому себе гадить.

Желаю удачи!

РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА | Радиотехника

Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.

Первым делом необходимо рассчитать  площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).

Для тороидального трансформатора:

  • Sc = H * (D – d)/2
  • S0 =  π * d2 / 4

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

  • η — КПД трансформатора,
  • Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2,
  • So — площадь поперечного сечения окна, см2,
  • f — рабочая частота трансформатора, Гц,
  • B — магнитная индукция, T,
  • j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2,
  • Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
  • Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  • напряжение первичной обмотки U1
  • напряжение вторичной обмотки U2
  • ток вторичной обмотки l2
  • мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых
  • площадь поперечного сечения сердечника Sc
  • площадь поперечного сечения окна So
  • рабочая частота трансформатора f = 50 Гц

КПД (η) трансформатора можно взять из таблицы, при условии что Рвых = I2 * U2 (где I2 ток во вторичной обмотке, U2 напряжение вторичной обмотки), если в трансформаторе несколько вторичных обмоток, что считают Pвых каждой и затем их складывают.

B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

j — плотность тока в проводе обмоток , так же выбирается в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью

Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью

Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.

При первоначальном расчете необходимо соблюдать условие — Pгаб ≥ Pвых, если это условие не выполняется то при расчете уменьшите ток или напряжение вторичной обмотки.

После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:

где Sc — площадь поперечного сечения сердечника, f — рабочая частота (50 Гц), B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Теперь определяем число витков первичной обмотки:

w1=U1/u1

где U1 напряжение первичной обмотки, u1 — напряжение одного витка.

Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:

где w1 — кол-во витков первичной обмотки, U1 напряжение первичной обмотки, U2 напряжение вторичной обмотки.

Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:

Р1 = Рвых /  η

где η — КПД трансформатора.

Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1/U1

Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:

d = 0,632*√ I

где d — диаметр провода, мм, I — ток обмотки, А (для первичной и вторичной обмотки).

Для упрощения расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором — https://rcl-radio.ru/?p=20670

Пример расчета

РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА на сайте rcl-radio.ru

Как рассчитать время работы, мощность ИБП. Формулы расчета

Онлайн калькуляторы расчета параметров работы ИБП оперируют установленными значениями КПД инвертора и других коэффициентов – мощности нагрузки, глубины разряда, доступной емкости. Заложенные в программу данные могут не совпадать с реальными, в этом случае только результат самостоятельного расчета по формуле будет точным.

Расчет времени работы ИБП

Если требуется приблизительно оценить автономность бесперебойника в работе с конкретной нагрузкой при заданной емкости АКБ, можно воспользоваться упрощенной формулой:

T=C*U/P

T – расчетное время резерва (ч), C – суммарная емкость АКБ (Ач) (55 Ач, 75 Ач, 100 Ач и т.п.), U – суммарное напряжение АКБ (В) (12 В, 24 В или 48 В), P – полная мощность нагрузки (Вт) (100 Вт, 200 Вт, 1000 Вт и т.п.).

Пример: Мощность подключенной нагрузки к ИБП —  150 Вт (типичная для газового котла), емкость АКБ — 100 Ач, напряжение АКБ — 12 В. Ориентировочно ИБП проработает в режиме резерв следующие время:

Т=(100 Ач*12 В)/150 Вт = 8 ч.

Более точная формула  расчета времени резервной работы ИБП, учитывает КПД и глубину разряда АКБ, выглядит так:

T=C*(U/P*КПД)*

КПД инвертора – паспортная величина, P – мощность нагрузки, U – напряжение АКБ, Kр – коэффициент разряда (глубина разярда) АКБ (0.6 — 0.8).

КПД инвертора в онлайн калькуляторах зачастую устанавливается 0.8, тогда как бесперебойники «Сибконтакт» демонстрируют 0.9. 

Расчет мощности ИБП

Если мощность ИБП меньше суммарной нагрузки, тогда прибор сразу же отключится после запуска. Перед покупкой бесперебойника подсчитайте потребление всех устройств, которые будут от него запитаны. Найдите данные на корпусе или в техпаспорте изделий, затем сложите.

Для индуктивной нагрузки (аппараты с электродвигателями, люминесцентные лампы) обычно указывают полную мощность в вольт амперах (ВА). Если фигурируют ватты, надо рассчитать необходимую мощность ИБП с учетом реактивной составляющей:

P=Pa/cos φ

Здесь Pа – активная мощность (Вт), cos φ – коэффициент мощности (если неизвестен, примите равным 0.7).

Также учитывайте, что в технике с электродвигателями пусковые токи до пяти раз больше, чем в рабочем режиме: бытовой холодильник, например, потребляет в момент включения компрессора около киловатта. Приятная новость: подобным устройствам требуется синусоидальный ток, и все ИБП «Сибконтакт» выдают на выходе именно такую форму переменного напряжения.

Расчет емкости батарей ИБП

После определения времени работы и мощности нагрузки проводится расчет необходимой емкости аккумуляторов ИБП по формуле:

С=(P*t)/U*Kр

P – мощность нагрузки, t – необходимое время резерва,  U – напряжение АКБ, Kр – коэффициент разряда (глубина разярда) АКБ (0.6 — 0.8).

Помните, что емкость АКБ суммируется только при параллельном соединении. При последовательном подключении складывается вольтаж батарей, а емкость остается равной номинальному значению одного источника питания.

Все вышеприведенные формулы, в упрощенном виде, встроены в наш онлайн «КАЛЬКУЛЯТОР» (виджет). Меняя параметры, можно легко определить, например, время работы ИБП от аккумулятора или  наоборот — емкость аккумулятора, для необходимого времени работы ИБП в режиме резерв.

Теперь пора перейти в интернет-магазин «Сибконтакт», где в наличии бесперебойники мощностью от 300 Вт, в том числе модели со сквозной нейтралью для газовых котлов.

Для серьезных задач подойдет  UPS ИБП МИ3024 Offline номиналом 3,3 кВт, выдерживающий двойную нагрузку в течение пяти секунд.

Перейти в каталог ИБП

Перейти в каталог АКБ

Проблемы с блоком розжига газового котла  в частном доме? Рекомендуем к прочтению статью — Ошибка на котле Е01

Если у Вас остались вопросы — сообщите нам. Мы подберем для Вас лучшее решение!

Калькулятор радиолюбителя онлайн расчет трансформатора

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик Виктора Егель. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Трансформаторы часто используются для питания цепей управления, для освещения и в различных электронных устройствах. С такой задачей, как расчет трансформатора тока, сталкиваются не только специалисты в данных областях, но и обычные любители. Поэтому очень часто мы сталкиваемся с проблемой, когда не знаем, как производится простой расчет трансформатора и расчет параметров трансформатора. К счастью существует решение этой проблемы.

Расчет трансформатора онлайн

Существует формула расчета трансформатора, которая помогает совершить расчет трансформатора питания. Чтобы упростить себе жизнь и избежать ошибок в вычислениях, вы можете воспользоваться данной программой. Она позволит вам конструировать трансформаторы на различные напряжения и мощности очень быстро и без проблем. Это очень удобный калькулятор для радиолюбителей и профессионалов. Он поможет не только рассчитать трансформатор, но и поможет изучить его устройство, как всё работает. Это самый простой и быстрый способ всё рассчитать. Для этого нужно заполнить все известные вам данные и нажать кнопку. Получается вам нужно нажать одну кнопку, чтобы произвести расчет трансформатора!

Достоинство и плюсы этого способа

  • Вам не нужно ничего считать
  • Вы можете самостоятельно мотать трансформатор для своих целей
  • По размеру сердечника можно определить необходимые расчёты
  • Упрощенный расчет трансформатора
  • Всё понятно даже для новичков
  • Есть инструкция
  • Для расчёта нужно нажать всего одну кнопку!

Магнит проводы бывают трёх конструкций: броневая, тороидальная и стержневая. Существует и другие более редкие конструкция, но обычно для их расчёта требуются всегда: входное напряжение, частота, выходное напряжение, выходной ток, габаритные размеры магнитопровода.

Мы получаем рабочий онлайн калькулятор трансформатора, способный решить наши задачи по формулам расчёта. Если вы взяли старый, отработавший свой срок трансформатор, теперь вы сможете всё рассчитать для безопасной работы с ним. Полученные расчёты окажутся оптимальными, скорее даже идеальными, поэтому провода подходящего диаметра может просто не быть. Поэтому подбирайте максимально близкое значение к оптимальному.

Одним из часто применяемых устройств в областях энергетики, электроники и радиотехники является трансформатор. Часто от его параметров зависит надёжность работы приборы в целом. Случается так, что при выходе трансформатора из строя или при самостоятельном изготовлении радиоприборов не получается найти устройство с нужными параметрами серийного производства. Поэтому приходится выполнять расчёт трансформатора и его изготовление самостоятельно.

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

  • сердечника;
  • обмотки;
  • каркаса для расположения обмоток;
  • изолятора;
  • дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

  • S — площадь сечения сердечника.
  • K — постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

  • напряжение первичной и вторичной обмотки;
  • габаритны сердечника;
  • толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

  • U1 — напряжение первичной обмотке, В.
  • S — площадь сердечника, см².
  • K1, K2 — число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

  • d — диаметр провода, мм.
  • I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются аналогично простым трансформаторам, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разницы напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разница напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Такое значение тока соответствует мощности 12,5*240=3000 Вт. Потребление сетевого тока составляет 12,5+250/220=13,64А, что как раз и соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключён к сети. Участок между отводом и выходом мотается проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе мощность значительно больше, чем трансформатор на таком же сердечнике при небольшом коэффициенте передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньший размер, меньший вес и при этом большее КПД. При этом они легко наматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчёта тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» поэкспериментировать с разными вводными данными. В качестве таких данных используются:

  • напряжение входной обмотки, В;
  • напряжение выходной обмотки, В;
  • ток выходной обмотки, А;
  • наружный диаметр тора, мм;
  • внутренний диаметр тора, мм;
  • высота тора, мм.

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

  1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
  2. Габаритная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, берущийся из справочника (0,76−0,96).
  3. Фактическое сечение «железа» в месте размещения катушки: Sch= ((D-d)*h)/2, мм2.
  4. Расчётное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1.2, мм2
  5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
  6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ справочная величина (от 0,85 до 0,94).
  7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J- плотность тока, берущаяся из справочника (от 3 до 5).
  8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное значение, которое зависит от суммарной мощности выходных обмоток.
  9. Остается найти выходную мощность и расчёт тороидального силового трансформатора считается выполненным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проводом, Kct —коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

Рекомендации по сборке и намотке

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10—20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

Расчет мощности трансформатора онлайн калькулятор

Силовой трансформатор является нестандартным изделием, которое часто применяется радиолюбителями, промышленности и при конструировании многих бытовых приборов. Под этим понятием подразумевается намоточное устройство, изготовленное на металлическом сердечнике, набранном из пластин электротехнической стали. Стандартными являются немногие подобные изделия, поэтому чаще всего радиолюбители изготавливают их самостоятельно. Поэтому весьма актуален вопрос: как выполнить расчет трансформатора по сечению сердечника калькулятор использовав для этого?

Необходимые сведения

Для изготовления намоточного изделия необходимо руководствоваться множеством сведений. От этого напрямую будет зависеть качество, срок службы готового блока питания. Следует грамотно подойти к процессу расчета, учесть такие показатели, как магнитную индуктивность, КПД и плотность тока. Иначе изделие получится ненадежным и скоро выйдет из строя. К основным характеристикам следует отнести:

  • Входное напряжение сети. Оно зависит от источника, к которому будет подключен трансформатор. Стандартными являются: 110 В, 220 В, 380 В, 660 В. На практике оно может быть любым, что зависит от характеристик промежуточных цепей.
  • Выходное напряжение трансформатора — величина, требуемая для обеспечения стабильной работы потребителя. Часто требуется изготовить изделие с несколькими номиналами или с регулируемым напряжением. Тогда необходимо учитывать максимальную его величину.
  • Ток в нагрузке. При фиксированном значении рассчитываются жесткие характеристики устройства, но часто требуется обеспечить регулируемую величину, тогда потребуется учесть максимальную его величину.
  • Частота сети. У нас применяется европейский стандарт, то есть 50 Гц.
  • Мощность нагрузки. Это не основной параметр, потому что ее можно определить по напряжению и току.
  • Количество выходных обмоток. В некоторых электронных приборах используются блоки питания с несколькими выходными напряжениями. Для изготовления силовой электроники используется в основном один номинал, например, для сварочных трансформаторов.

Также потребуется учесть тип сердечника, потому что от его конструкции напрямую зависит принцип расчета показателей изделия. Существует много разновидностей как конструкций, так и материалов. Если учитывать последние нет смысла из-за незначительных погрешностей, то форма и размеры имеют большое значение. Поэтому необходимы разные алгоритмы расчета, что зависит от этого критерия. Начнем с самого простого и распространенного.

Не всегда требуется расчет вести с требуемых данных. Нередко в наличии есть какое-то железо, тогда потребуется определить мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Программы онлайн, имеющиеся в интернете, позволяют определять параметры любым порядком.

Расчет броневого трансформатора

Распространен вид трансформаторов, используемый практически во всех устройствах от зарядных аппаратов для шуруповертов, заканчивая боками питания магнитофонов. В процессе эксплуатации всех этих устройств часто возникают поломки в питателе, связанные со сгоревшим намоточным изделием. Тогда для его восстановления потребуется перемотка, но это проблемы не решает.

Часто требуется увеличить мощность источника, тогда как рассчитать трансформатор, чтобы его железо не перегревалось? Потребуется выбрать железо больших размеров и использовать более толстый провод. Такой ход поможет сохранить работоспособность устройства и даже улучшить характеристики, сделав его стабильнее и устойчивее при скачках напряжений в сети.

К сожалению, не все производители учитывают этот фактор, а ведь наша сеть неустойчива и регулярно в ней наблюдаются помехи в виде высоковольтных игольчатых импульсов. Также возникают ситуации, когда наблюдается просадка сети до 170 В, что характерно в зимний период. Тогда необходимо предусмотреть запас по напряжению как минимум на 40−45%, увеличив мощность и компенсационного стабилизатора. Часто такие ситуации наблюдаются в частном секторе.

Вернемся к расчету Ш-образного трансформатора на ШП-сердечнике. Принцип будет одинаков и с сердечником типа ПЛ при условии размещения обмотки на средней части. Для чего потребуется выполнить следующие шаги:

  • Определить площадь поперечного сечения средней части сердечника. Она выражается буквой S сеч. и находится из произведения ее сторон. Взяв линейку, измеряем параметры сечения, перемножаем и получаем значение в квадратных сантиметрах.
  • На следующем этапе решается вопрос, как рассчитать мощность трансформатора. Это расчетная величина, которую можно определить, возведя S сеч. в квадрат. Значение будет измеряться в Вт и обозначаться буквой «P».
  • При расчете мощности сердечника необходимо учитывать тип использованных пластин. Например, если были применены для набора Ш-20, то общая толщина сердечника должна быть 30 мм при мощности в 36 Вт. Если для трансформатора были использованы пластины Ш-30, то толщина набора будет достаточно в 20 мм, а при использовании Ш-24 — 25 мм. Существуют справочные таблицы, в которых можно найти мощность трансформатора по сечению магнитопровода для конкретной ситуации. Для обеспечения наилучшей стабильности работы источников питания следует использовать железо с избытком мощности как минимум на 25%. То есть, если ранее была расчетная мощность равна 6 Вт, то для надежности работы и исключения насыщения сердечника следует брать в расчет как минимум 8 Вт. Это обязательное условие. Если использовать магнитопровод с меньшей площадью сечения сердечника, то трансформатор быстро выйдет из строя, потому что железо окажется в насыщении, что приведет к увеличению токов в обмотках.
  • На следующем этапе необходимо определиться с количеством обмоток. Для современных транзисторных устройств достаточно будет всего одной или сдвоенной со средней точкой. Поэтому рассмотрим пример расчета именно такого трансформатора. Для этого потребуется воспользоваться понятием «вольт на виток». Значение определяется следующим образом: W /В=(50÷70) / S сеч. Формула справедлива только для сердечников типа ШП и П. Л. При расчете первичной и вторичной обмоток потребуется взять произведение полученного отношения и входного напряжения: W1 = W / B∙U1, W2 = 1,2 ∙ W /B∙U2.
  • Выполняется расчет и выбор диаметра провода. Он выбирается исходя из хорошего теплоотвода и изоляции, для чего рекомендуется применять ПЭЛ или ПЭВ, покрытые лаком. Определить его размер можно по формуле: d =0,7∙√ I. Величина выражается в мм. Провод выбирается с небольшим запасом до 4−6%.

Все программы расчета трансформаторов позволяют находить параметры изделий в любом порядке. Они используют стандартные алгоритмы, по которым выводятся значения. При необходимости можно создать собственный калькулятор с помощью таблиц Excel. Подобным образом работает и калькулятор расчета трансформатора на стержневом сердечнике.

Программы для расчета

Известно много программ, которые предлагают онлайн расчет параметров любого трансформатора на броневом или стержневом сердечнике. Одной из таких может стать сервис на сайте «skrutka». Для определения характеристик потребуется указать ряд следующих данных:

  • входное напряжение — U1;
  • выходное напряжение — U2;
  • ширину пластины — а;
  • толщину стопки — b ;
  • частоту сети — Гц;
  • габаритная мощность — В*А;
  • КПД;
  • магнитную индуктивность магнитопровода — Тл;
  • плотность тока в обмотках — А/мм кв.

Последние 4 величины являются табличными, поэтому потребуется воспользоваться справочником.

Необходимо грамотно и ответственно отнестись к расчету параметров трансформатора, потому что от качества выполненной работы будет зависеть и качество функционирования вашего блока питания. Не всегда стоит надеяться на программы, в них могут быть ошибки. Выберите один или несколько параметров и пересчитайте их вручную по ранее приведенным формулам. Если получится примерно равное значение, то результат можно считать правильным.

Чтобы рассчитать параметры трансформатора, введите данные мощности и напряжения подключаемого устройства, а также напряжение сети.

Площадь сердечника выражается произведением ширины железной пластины сердечника (или средней части пластины при Ш-образном железе) на толщину всего набора пластин.

При расчетах мощность сети берется равной 1,2 мощности трансформатора (потери трансформатора ≈ 20%).

*Расчет производится по методике, описанной в руководстве для технических кружков «Техническое Творчество».

Данный онлайн расчет трансформатора выполнен по типовым расчетам электрооборудования. В типовых расчётах все начинается с определения необходимой мощности вторичной обмотки, а уж потом с поправкой на КПД – коэффициент полезного действия, находим мощность всего трансформатора, и на основании этого рассчитываем необходимое сечение и тип сердечника и так далее.

Изначально так и было в моём расчете. Пока не появились предложения от посетителей сайта внести изменения в расчет. По имеющимся размерам трансформаторного железа рассчитываем полную мощность трансформатора, а уж потом видим, какой ток и напряжение можно снять с этого железа. Далее все как по типовому расчёту, выбираем тип: броневой или стержневой, указываем напряжение первичной обмотки, вторичной, частоту переменного тока и так далее.

В результате получаем необходимые расчетные данные трансформатора, например сечение обмоточных проводов, которые сравниваются со стандартными обмоточными проводами и представляются для дальнейшего расчёта. Диапазон обмоточных проводов сечением от 0,000314 до 4,906 мм 2 , всего 63 позиции. На основании имеющихся данных рассчитывается площадь занимаемой обмотками трансформатора, для определения возможности их размещения в окнах трансформатора.
Хотелось бы узнать в комментариях ваше мнение, и практические результаты, чтобы если это возможно сделать более качественный расчёт.

Просмотр и ввод комментариев к статье

Процентное сопротивление трансформатора и его расчет

Что такое процентное сопротивление?

Полное сопротивление трансформатора в процентах указано на большинстве паспортных табличек, но что это такое и что означает значение Z%?

Импеданс трансформатора — это полное сопротивление переменному току. Это можно рассчитать для каждой обмотки.

Однако довольно простой тест обеспечивает практический метод измерения эквивалентного импеданса трансформатора без разделения импеданса обмоток.

Под импедансом трансформатора подразумевается эквивалентный импеданс .

Определение

Импеданс трансформатора в процентах — это падение напряжения при полной нагрузке из-за сопротивления обмотки и реактивного сопротивления утечки, выраженное в процентах от номинального напряжения.




Это также процент от нормального напряжения на клеммах, необходимого для циркуляции тока полной нагрузки в условиях короткого замыкания.

Другими словами, импеданс трансформатора в процентах — это процент номинального напряжения, приложенного к одной стороне (первичной обмотке) для передачи номинального тока по трансформатору, сохраняя его другую сторону (вторичную обмотку) в условиях короткого замыкания.

Указывается в процентах на паспортной табличке силовых трансформаторов каждой электрической подстанции.

Процентное сопротивление на паспортной табличке трансформатора 11 кВ / 415 В

Объяснение процентного сопротивления

Если мы приложим номинальное напряжение к первичной обмотке трансформатора, сохраняя его вторичную обмотку замкнутой накоротко , то величина тока на обеих обмотках будет чрезвычайно высокой по сравнению с номинальным током.

Схема подключения трансформатора в процентах

Этот ток называется током короткого замыкания , и его величина очень высока из-за нулевого импеданса нагрузки (вторичная обмотка закорочена).

Теперь, если мы уменьшим приложенное напряжение на первичной обмотке трансформатора, то есть применим процент от номинального напряжения в первичной обмотке трансформатора, ток на обеих обмотках также уменьшится.

При определенном проценте номинального напряжения номинальный ток будет течь по обмоткам трансформатора.Этот процент номинального напряжения на одной стороне трансформатора, который обеспечивает циркуляцию номинального тока по обмоткам трансформатора, сохраняя при этом короткозамкнутую обмотку другой стороны, называется импедансом процентов трансформатора .

Расчет процентного сопротивления

Для определения эквивалентного импеданса одна обмотка трансформатора закорачивается. К другой обмотке приложено напряжение, достаточное для создания тока полной нагрузки, протекающего по короткозамкнутой обмотке.

Это напряжение называется импедансным напряжением.

Импеданс трансформатора в процентах

Обмотка может быть замкнута накоротко для этого испытания, но обычно удобнее закоротить обмотку низкого напряжения.

На паспортной табличке трансформатора указано значение импеданса в процентах. Это означает, что падение напряжения из-за импеданса выражается в процентах от номинального напряжения.

Подробнее здесь: Как проверить процентное сопротивление трансформатора?

Пример расчета

Например, если трансформатор на 2400/240 В имеет измеренное импедансное напряжение 72 В на обмотках высокого напряжения, его полное сопротивление (Z), выраженное в процентах, составляет:

Z% = (полное сопротивление / номинальное напряжение) x 100

процентов Z = (72/2400) * 100 = 3 процента

Это означает, что при полной нагрузке в высоковольтной обмотке будет падение напряжения 72 В из-за потерь в обмотках и сердечнике.Только 1-2% потерь происходят из-за сердечника; около 98% связано с сопротивлением обмотки.

Если бы трансформатор не работал с полной нагрузкой, падение напряжения было бы меньше. Если для стороны высокого напряжения требуется фактическое значение импеданса в омах (закон Ома):

Z = V / I

где V — падение напряжения или, в данном случае, 72 вольта; I — ток полной нагрузки в первичной обмотке.

Если ток полной нагрузки составляет 10 ампер:

Z = 72 В / 10 А = 7.2 Ом

Конечно, нужно помнить, что импеданс — это комбинация резистивной и реактивной составляющих.

Изменение значения импеданса в процентах

Наиболее экономичное расположение сердечника и обмоток приводит к «естественному» значению импеданса, определяемому потоком рассеяния .

Поток рассеяния является функцией ампер-витков обмотки, а также площади и длины пути потока рассеяния.

Их можно изменить на этапе проектирования, изменив вольты на виток и геометрическое соотношение обмоток.

Влияние более высокого и низкого процентных сопротивлений

Процентное сопротивление трансформатора имеет большое влияние на уровней неисправности системы . Он определяет максимальное значение тока, который будет протекать в условиях неисправности.

Легко рассчитать максимальный ток, который трансформатор может выдать в условиях симметричного повреждения.

В качестве примера рассмотрим трансформатор 2 МВА с импедансом 5%. Максимальный уровень неисправности, доступный на вторичной стороне:

2 МВА x 100/5 = 40 МВА

и по этому рисунку можно рассчитать эквивалентные первичные и вторичные токи короткого замыкания.

Роль процентного сопротивления в расчетах короткого замыкания

Импеданс трансформатора в процентах играет чрезвычайно важную роль в расчетах сети, т.е.

  • Расчет короткого замыкания
  • Расчет падения напряжения.

Как мы обсуждали в предыдущем разделе, когда мы прикладываем номинальное напряжение к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого закорочена, ток короткого замыкания будет течь по обмоткам трансформатора.

Величина тока короткого замыкания,

I sc = I номинальный × 100 / Z%

Значение импеданса в процентах одинаково для обеих обмоток, так как это процент от номинального напряжения. Однако значение номинального тока будет различным для первичной и вторичной обмоток. Соответственно, значение тока короткого замыкания также будет различным для первичной и вторичной обмоток.

Меньшее процентное сопротивление имеет как положительные, так и отрицательные эффекты.

  1. Если Z% трансформатора меньше, ток короткого замыкания будет больше, что вызовет на большее напряжение в изоляции . Это отрицательный фактор .
  2. С другой стороны, это уменьшит падение напряжения в обмотке трансформатора. Это будет способствовать лучшему регулированию напряжения . Это положительный фактор .

Следовательно, необходимо точно выбирать процентное сопротивление трансформатора, чтобы поддерживать надлежащий баланс между уровнем неисправности и регулированием напряжения.

Роль процентного сопротивления при параллельной работе трансформаторов

Импеданс в процентах играет важную роль при параллельной работе трансформаторов.

Если отношение номинальной мощности кВА к процентному сопротивлению двух параллельно работающих трансформаторов одинаково, они будут иметь одинаковую нагрузку. Однако, если соотношение другое, они будут разделять неравную нагрузку. Это может привести к перегреву одного трансформатора.

Допуск в Z% трансформатора

Полное сопротивление трансформатора в процентах указывается при заказе.Но следует отметить, что IEC 60076 допускает допуск + 1-10% для процентного импеданса со стороны производителя.

Пример : Если мы заказываем трансформатор с импедансом 8%, его фактический Z% после изготовления может быть любым значением от 7,2% (-10% от 8) до 8,8% (+ 10% от 8), если только это не специально согласовывается с производителем при оформлении заказа.

Допуск импеданса в процентах должен учитываться при расчетах энергосистемы и, соответственно, должен быть окончательно согласован уровень неисправности системы и регулирование напряжения.

Ссылка: IEEE C57.112.10

Что такое коэффициент мощности? | Как рассчитать формулу коэффициента мощности

Как понять коэффициент мощности

Пиво — это активная мощность (кВт) — полезная мощность, или жидкое пиво, — это энергия, которая выполняет работу. Это то, что вам нужно.

Пена — это реактивная мощность (кВАр) — пена — это потраченная впустую или потерянная мощность. Это производимая энергия, которая не выполняет никакой работы, например, производство тепла или вибрации.

Кружка — кажущаяся мощность (кВА) — кружка — это потребляемая мощность или мощность, поставляемая коммунальным предприятием.

Если бы схема была эффективна на 100%, потребляемая мощность была бы равна доступной мощности. Когда спрос превышает имеющуюся мощность, на энергосистему оказывается нагрузка. Многие коммунальные предприятия добавляют плату за спрос к счетам крупных потребителей, чтобы компенсировать разницу между спросом и предложением (когда предложение ниже спроса). Для большинства коммунальных предприятий спрос рассчитывается на основе средней нагрузки, размещенной в течение 15–30 минут.Если требования к нагрузке нерегулярны, коммунальное предприятие должно иметь больше резервных мощностей, чем если бы требования к нагрузке оставались постоянными.

Пик спроса — это период наибольшего спроса. Перед коммунальными предприятиями стоит задача предоставить мощность, чтобы справиться с пиковыми потребностями каждого клиента. Использование электроэнергии в тот момент, когда она пользуется наибольшим спросом, может нарушить общее предложение, если не будет достаточно резервов. Таким образом, коммунальные услуги выставляют счет за пиковый спрос. Для некоторых более крупных клиентов коммунальные предприятия могут даже взять самый большой пик и применить его в течение всего расчетного периода.

Коммунальные предприятия применяют надбавки к компаниям с более низким коэффициентом мощности. Издержки более низкой эффективности могут быть огромными — сродни вождению автомобиля, потребляющего много бензина. Чем ниже коэффициент мощности, тем менее эффективна схема и тем выше общие эксплуатационные расходы. Чем выше эксплуатационные расходы, тем выше вероятность того, что коммунальные предприятия накажут клиента за чрезмерную загрузку. В большинстве цепей переменного тока коэффициент мощности никогда не бывает равным единице, потому что на линиях электропередачи всегда присутствует некоторое сопротивление (помехи).

Как рассчитать коэффициент мощности

Для расчета коэффициента мощности вам понадобится анализатор качества электроэнергии или анализатор мощности, который измеряет как рабочую мощность (кВт), так и полную мощность (кВА), а также рассчитывает соотношение кВт / кВА.

Формулу коэффициента мощности можно выразить другими способами:

PF = (Истинная мощность) / (Полная мощность)

OR

PF = W / VA

Где ватты измеряют полезную мощность, а VA измеряют потребляемую мощность. Отношение этих двух значений по существу представляет собой полезную мощность к подаваемой мощности, или:

Как показывает эта диаграмма, коэффициент мощности сравнивает реальную потребляемую мощность с полной мощностью или потребляемой нагрузкой.Мощность, доступная для выполнения работы, называется реальной мощностью. Вы можете избежать штрафов за коэффициент мощности, корректируя коэффициент мощности.

Низкий коэффициент мощности означает, что вы используете электроэнергию неэффективно. Это важно для компаний, поскольку может привести к:

  • Тепловому повреждению изоляции и других компонентов схемы
  • Уменьшению доступной полезной мощности
  • Требуемое увеличение размеров проводов и оборудования

Наконец, коэффициент мощности увеличивает общая стоимость системы распределения энергии, потому что более низкий коэффициент мощности требует более высокого тока для питания нагрузок.

Связанные ресурсы

Полное руководство по извлечению квадратного корня из трех в расчетах мощности • Услуги по обучению электротехнике Valence

Зак Стоун, П.Е. связался со мной после того, как я (прямо сейчас пишет Крис Верстюк) опубликовал свой недавний пост «Понимание великих дебатов о ведущей и отстающей силе», потому что я неправильно определил кажущуюся силу. Благодаря его проницательности и знаниям в этой области, никто из тех, кто купил The Relay Testing Handbook: Generator Relay Protection Testing, никогда не видел моей ошибки, и я все еще могу выглядеть как эксперт 😃

После того, как он позвонил мне, я проверил его сайта и спросил себя: «Где был этот парень, когда я взял P.E. экзамен? » Он любезно предложил написать гостевой пост о квадратном корне из трех, который, вероятно, является наиболее распространенным числом, используемым при тестировании реле, которое мало кто действительно понимает.

Надеюсь, вам понравился этот гостевой пост от Зака.

Крис Верстюк

Вы когда-нибудь задумывались, почему квадратный корень из трех используется при таком большом количестве вычислений трехфазной мощности?

Откуда взялось это число и почему оно такое особенное?

Хотя подробный ответ на эти вопросы дает тригонометрия, хорошая новость заключается в том, что мы можем использовать векторные диаграммы, чтобы сделать объяснение очень простым для понимания.

Понимание векторных диаграмм — важный навык для тестирования реле, и работа с примерами в этой статье даст вам гораздо более глубокое понимание и понимание величин векторов на векторных диаграммах. Независимо от того, в какой части отрасли вы работаете, это значительно улучшит вашу карьеру в области тестирования электроэнергии и реле.

Так как часть приведенной ниже математики может быть вам незнакома, мы рассмотрим ее шаг за шагом с четкими диаграммами и пояснениями, чтобы упростить выполнение.

Меня зовут Зак Стоун, PE, я ведущий преподаватель популярной онлайн-программы обучения к экзамену NCEES® Electrical Power PE на сайте www.electricalpereview.com, и в этой статье я собираюсь помочь вам узнать, почему квадратный корень из трех так часто появляется в трехфазном питании.

Давайте начнем с знакомого соединения звездой силового трансформатора.

1. Соединение звездой

Давайте представим, что у нас есть три отдельных измерителя напряжения, подключенных к каждой линии к нейтрали на каждой фазе вторичных клемм трансформатора, соединенного звездой:

Рисунок 1: Вторичные выводы трансформатора, соединенного звездой

Если мы используем опорный угол в ноль градусов для линии фазы A и нейтрали (VAN), результирующая векторная диаграмма напряжения для системы прямой (ABC) последовательности будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 2: Фазовая диаграмма фазного звезды

Оглядываясь на схему трансформатора, мы можем использовать измерения напряжения между фазой и нейтралью для расчета линейного напряжения на фазе A трансформатора (VAB) путем суммирования векторных величин напряжения, последовательно от клеммы фазы A до клемма B-фазы:

Рисунок 3: Напряжение линии А-фазы трансформатора (VAB)

Давайте сравним положительное опорное напряжение (+) на клемме A-фазы и отрицательное опорное напряжение (-) на клемме B-фазы для линейного напряжения фазы A (VAB) с фазой A и фазой B. линейное напряжение к нейтрали (VAN и VBN):

  • Полярность линии фазы A относительно нейтрали (VAN) такая же ориентация , что и полярность линейного напряжения фазы A (VAB)
  • Полярность линии фазы B относительно напряжения нейтрали ( VBN) находится в , противоположном , ориентации полярности линейного напряжения фазы A (VAB)

Вот почему линия фазы B к напряжению нейтрали (VBN) является отрицательной, когда мы суммируем напряжение от Вывод фазы A на вывод фазы B при вычислении линейного напряжения фазы A (VAB) по формуле:

ВАБ = ВАН — ВБН.

Помните, что это не обычные числа, это векторные величины с величиной и фазовым углом. Чтобы использовать приведенное ниже сложение векторов, будет легче думать об этой формуле как о сложении двух векторов. За исключением того, что один из них был умножен на минус, например:

VAB = VAN + (-VBN).

2. Соединение «звезда» — умножение фазора на отрицательный

Умножение векторной (или векторной) величины на отрицательную — это то же самое, что ее поворот на плюс или минус 180 градусов на векторной диаграмме без изменения величины.

Мы можем использовать это отношение, чтобы найти -VBN из VBN:

Рисунок 4: Поворот VBN на 180 градусов

Поскольку фазовый угол между фазой B и нейтралью (VBN) составляет отрицательные 120 градусов, фазовый угол для -VBN будет положительным 60 градусов и равным по величине.

Поскольку мы будем складывать VAN и -VBN для расчета линейного напряжения A-фазы (VAB), давайте покажем только эти два вектора на векторной диаграмме:

Рисунок 5: Фазорная диаграмма VAN и -VBN

Теперь мы готовы использовать сложение векторов для нахождения линейного напряжения A-фазы (VAB).

3. Соединение звездой — добавление фазора

Чтобы сложить два вектора (или вектора) вместе, наложите их друг на друга от головы до хвоста, затем нарисуйте новый вектор, начиная с начала координат и заканчивая в начале последнего вектора.

Поскольку у нас есть два разных вектора, мы можем сделать это двумя разными способами и по-прежнему получить одинаковую величину вектора для линейного напряжения A-фазы (VAB):

F Рис. 6. Добавление фазора VAN и -VBN

Мы собираемся произвольно использовать первую диаграмму сложения векторов, приведенную выше слева, для расчета линейного напряжения A-фазы (VAB), но в любом случае мы получим одно и то же конечное значение.

Мы также будем предполагать, что система сбалансирована, что означает, что значения напряжения каждой линии относительно нейтрали в каждой фазе равны. Чтобы упростить последующую математику, мы также собираемся произвольно использовать значение в один вольт для этих значений (VAN = VBN = VCN = 1V).

Чтобы рассчитать линейное напряжение A-фазы (VAB) с использованием векторного сложения, мы собираемся использовать немного тригонометрии, но я обещаю, что это будет просто, поэтому не пугайтесь, если вы не слишком хорошо знакомы с синусом. , косинус и касательные функции.

Сначала мы вычислим действительную (a) и мнимую составляющие (b) -VBN, что является просто еще одним способом сказать, что мы собираемся вычислить длину двух других сторон прямоугольного треугольника, который делает -VBN. с горизонтальной осью:

Рисунок 7: Реальная (а) и мнимая (б) компоненты -VBN

Действительный компонент (a) -VBN равен 0,5, который находится с помощью функции косинуса:

Помните, что когда мы вращали VBN, чтобы найти -VBN, величина не изменилась.Это означает, что величина -VBN по-прежнему равна одному вольту, поскольку мы произвольно устанавливали амплитуды напряжения линии относительно нейтрали для каждой фазы на 1 вольт ранее, чтобы упростить математику (VAN = VBN = VCN = 1V).

Мнимая составляющая (b) -VBN составляет приблизительно 0,866, что находится с использованием синусоидальной функции:

Мы можем использовать реальную (a) и мнимую составляющие (b) -VBN вместе с величиной VAN = 1 вольт при нулевом градусе, чтобы заполнить недостающие значения для векторной диаграммы линейного напряжения фазы A (VAB ):

Рисунок 8: Фазорная диаграмма линейного напряжения A-фазы (VAB)

Обратите внимание на рисунок выше, что мнимая составляющая линейного напряжения A-фазы (VAB) равна мнимой составляющей -VBN (0.866).

Чтобы найти реальную составляющую линейного напряжения фазы A (VAB), мы просто сложим величину VAN (1 вольт) с реальной составляющей -VBN (0,5), поскольку они оба находятся под углом в ноль градусов. .

Реальная составляющая линейного напряжения фазы A (VAB) равна 1 + 0,5 = 1,5:

Рисунок 9: Реальные и мнимые компоненты линейного напряжения A-фазы (VAB)

Теперь мы готовы, наконец, рассчитать как величину, так и фазовый угол линейного напряжения A-фазы (VAB), откуда и берется квадратный корень из трех.

4. Соединение «звезда» — расчет величины линейного напряжения и фазового угла

Сначала мы вычислим величину линейного напряжения фазы A (VAB), используя теорему Пифагора, где C — величина VAB, A — действительная составляющая VAB (1.5), а B — мнимая составляющая VAB. (0,866):

Величина линейного напряжения фазы A (VAB) составляет 1,732 вольт.

Затем мы вычислим фазовый угол линейного напряжения A-фазы (VAB), используя тангенс:

Фазовый угол (ɸ) линейного напряжения фазы A (VAB) составляет 30 градусов.

Завершенная векторная диаграмма линейного напряжения фазы A (VAB) выглядит так:

Рисунок 10: Напряжение линии A-фазы (VAB) Заполненная фазовая диаграмма

Если вы знакомы с расчетами трехфазной мощности, то величина 1,732 также должна быть вам знакома.

Поскольку мы использовали значение 1 вольт для амплитуды напряжений между фазами A, B и C и нейтралью (VAN = VBN = VCN = 1 В), линейное напряжение фазы A (VAB) ровно в 1,732 раза больше. чем напряжение между фазой А и нейтралью (VAN).

1,732 — это фактически квадратный корень из трех:

5. Соединение «звезда» — зависимость линии от фаз

Линейное напряжение сбалансированной трехфазной системы всегда будет больше, чем линейное напряжение на нейтраль, точно на квадратный корень из трех из-за сложения векторов.

В нашем случае мы добавили линию фазы A к напряжению нейтрали (VAN) с отрицательной линией фазы B к напряжению нейтрали (-VBN), чтобы найти линейное напряжение фазы A (VAB):

Рисунок 11: Напряжение линии А-фазы трансформатора (VAB)

Поскольку мы использовали опорный угол в ноль градусов для линии A-фазы к напряжению нейтрали (VAN), линейное напряжение A-фазы (VAB) опережает линию A-фазы к напряжению нейтрали (VAN) ровно на 30 градусов.

Эта же взаимосвязь сложения векторов также является причиной того, почему линейное напряжение всегда будет опережать напряжение от линии к нейтрали на 30 градусов для системы сбалансированной и прямой последовательности (ABC).

Если бы мы завершили весь этот процесс для двух других оставшихся фаз B и C и нарисовали результирующую векторную диаграмму, мы бы увидели, что это применимо к каждой фазе:

Рисунок 12: Диаграмма вектора напряжения для всех трех фаз соединения звездой

Вы заметите, что приведенная выше векторная диаграмма представляет собой векторную диаграмму напряжения для симметричного соединения звездой прямой последовательности (ABC), с которым вы, скорее всего, уже знакомы.

6. Соединение звездой — Использование калькулятора

Если у вас есть калькулятор, который может обрабатывать векторы как в полярной (величина и угол), так и в прямоугольной (действительный компонент и мнимый компонент), вы можете сделать все вышеперечисленное за один шаг в своем калькуляторе, хотя это действительно помогает знать что делает калькулятор в процессе, чтобы вы понимали, откуда берутся эти значения.

Вот такое же соединение вторичного трансформатора звездой, как и раньше, с линейным напряжением фазы A (VAB), показанным как разность между линией A-фазы и нейтралью (VAN) и линией B-фазы к напряжению нейтрали (VBN). :

Рисунок 13: Напряжение линии А-фазы трансформатора (VAB)

Рассчитаем линейное напряжение фазы А (VAB) с помощью калькулятора.

Я использую Texas Instruments 36X Pro (TI 36X Pro), который мне больше всего нравится для электрических расчетов, поскольку он легко может обрабатывать векторы как в полярной, так и в прямоугольной форме.

Мы будем использовать значение 1 В для величины напряжения между фазой A и нейтрали (VAN) и 1 В для величины напряжения между фазой B и нейтрали (VAB), как мы это делали вручную.

Мы также будем использовать 0 градусов для угла фазы между фазой A и нейтрали (VAN) и отрицательные 120 градусов для фазы B-фазы и напряжения нейтрали (VAB):

Обратите внимание, что мы получаем то же значение 1.732 для величины линейного напряжения A-фазы (VAB) и 30 градусов для фазового угла линейного напряжения A-фазы (VAB).

Обратите внимание, что это идентично величине квадратного корня из трех под углом 30 градусов:

7. Соединение треугольником

Теперь, когда мы понимаем, откуда берется квадратный корень из трех для соединений «звезда», как насчет дельта-соединений?

Давайте посмотрим на вторичные клеммы трансформатора, соединенного треугольником, и покажем фазные токи внутри соединения треугольником:

Рисунок 14: Клеммы вторичной обмотки трансформатора, соединенные треугольником

Используя амперметр в каждой фазе и опорный угол в ноль градусов для фазного тока в A-фазе соединения треугольником (IBA), результирующая векторная диаграмма токов дельта-фазы будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 15: Фазорная диаграмма тока дельта-фазы

Оглядываясь на схему трансформатора, мы можем рассчитать линейный ток фазы A, покидающий вторичную обмотку трансформатора, соединенную треугольником, используя закон Кирхгофа по току:

Рисунок 16: Линейный ток A-фазы на выходе из вторичной обмотки трансформатора, подключенного треугольником

Текущий закон Кирхгофа гласит, что сумма тока, входящего в узел, должна равняться сумме тока, выходящего из того же узла.

Глядя на клемму A-фазы выше, обратите внимание, что единственный входящий ток — это дельта-фазный ток A-фазы (IBA), в то время как ток, выходящий из узла, — это ток дельта-фазы C-фазы (IAC) и A-фаза. линейный ток (IA).

Мы воспользуемся законом тока Кирхгофа, чтобы установить их равными друг другу, а затем изменим порядок, чтобы найти линейный ток A-фазы (IA):

Ток A-линии (IA), выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенной треугольником, равен разности тока треугольника фазы A (IBA) и тока треугольника фазы C (IAC).

Или, если мы вместо этого хотим мыслить в терминах сложения, ток A-линии (IA), покидающий вторичную обмотку трансформатора, соединенную треугольником, равен сумме тока фазы A-фазы, дельта-фазы (IBA) и отрицательного значения, умноженного на C -фазный дельта-фазный ток (IAC).

Знакомо? Это очень похоже на соотношение, с которым мы работали для предыдущего примера напряжения линии А для соединения звездой.

8. Дельта-соединение — умножение фазора на отрицательный

Как и раньше, сначала найдем -ICA, повернув ICA на плюс или минус 180 градусов:

Рисунок 17: Вращение IAC на 180 градусов

Поскольку ток дельта-фазы C-фазы (IAC) имеет фазовый угол 120 градусов, фазовый угол для отрицательного IAC будет отрицательным 60 градусов.Помните, что это не влияет на величину.

Поскольку IA = IBA — ICA, давайте покажем на векторной диаграмме только IBA и -ICA:

Рисунок 18: Фазорная диаграмма IBA и -IAC ​​

Как и раньше, мы готовы использовать сложение векторов, складывая каждый вектор поверх другого и отрисовывая результирующий вектор из начала координат.

9. Соединение треугольником — добавление фазора

Так как мы добавляем два вектора, мы выполняем сложение векторов двумя разными способами и по-прежнему получаем одинаковое значение фазора для линейного тока фазы A (IA):

Рисунок 19: Добавление фазора IBA и -IAC ​​

Мы собираемся произвольно выбрать первую диаграмму сложения векторов вверху слева, чтобы рассчитать линейный ток A-фазы (IA).

Как и раньше, мы также будем предполагать, что система сбалансирована, что означает, что величина тока дельта-фазы в каждой фазе одинакова. Чтобы упростить последующую математику, мы также собираемся произвольно использовать значение в один ампер для этих значений (IBA = ICB = IAC = 1A).

Для вычисления IA мы будем использовать те же тригонометрические отношения, что и раньше.

Сначала мы вычислим действительную (a) и мнимую составляющие (b) -IAC, что является просто еще одним способом сказать, что мы собираемся вычислить длину двух других сторон треугольника, который -IAC ​​образует с горизонтальная ось:

Рисунок 20: Реальная (a) и мнимая (b) компоненты -IAC ​​

Реальный компонент (a) -IAC ​​равен 0.5, который находится с помощью косинуса:

Помните, что когда мы вращали IAC, чтобы найти -IAC, величина не изменилась. Это означает, что величина -IAC ​​по-прежнему равна одному ампер, поскольку мы произвольно устанавливаем величину тока дельта-фазы в каждой фазе равной 1 ампер, чтобы упростить математику (IBA = ICB = IAC = 1A).

Мнимая составляющая (b) -IAC ​​приблизительно равна -0,866, что находится с использованием синуса:

.

Мы можем использовать реальную (a) и мнимую составляющие (b) -IAC ​​вместе с величиной IBA = 1 ампер при нулевом градусе, чтобы заполнить значения векторной диаграммы для линейного тока A-фазы (IA). :

Рисунок 21: Фазорная диаграмма линейного тока (IA) фазы A

Обратите внимание, что мнимая составляющая линейного тока A-фазы (IA) равна мнимой составляющей -IAC ​​(0.866).

Чтобы найти реальную составляющую линейного тока A-фазы (IA), мы просто добавим величину IBA (1 ампер) с реальной составляющей -IAC ​​(0,5), поскольку они оба находятся под одним и тем же нулевым углом. градусов.

Реальная составляющая линейного тока фазы A (IA) равна 1 + 0,5 = 1,5:

Рисунок 22: Реальные и мнимые компоненты линейного тока (IA) фазы A

Теперь мы готовы, наконец, рассчитать как величину, так и фазовый угол линейного тока A-фазы (IA), откуда и берется квадратный корень из трех.

10. Соединение треугольником — расчет величины линейного напряжения и фазового угла

Сначала мы вычислим величину линейного тока (IA) фазы A, используя теорему Пифагора, где C — величина IA, A — действительная составляющая IA (1.5), а B — мнимая составляющая IA. (-0,866):

Величина линейного тока A-фазы (IA) составляет 1,732 ампер.

Затем мы вычислим фазовый угол тока линии A-фазы (IA), используя тангенс:

Фазовый угол (ɸ) линейного тока A-фазы (IA) составляет минус 30 градусов.

Полная векторная диаграмма для линейного тока фазы A (IA) выглядит следующим образом:

Рисунок 23: Завершенная фазовая диаграмма тока линии A (IA)

Опять же, если вы знакомы с расчетами трехфазной мощности, то величина 1,732 также должна быть такой же знакомой.

Поскольку мы использовали значение 1 ампер для величины токов дельта-фазы фаз A, B и C (IBA = ICB = IAC = 1A), линейный ток фазы A (IA) точно в 1,732 раза больше, чем ток фазы А-дельта-фаза (IBA).

1,732 — это фактически квадратный корень из трех:

11. Соединение треугольником — соотношение фаз и линий

Линейный ток сбалансированной трехфазной системы всегда будет больше тока дельта-фазы точно на квадратный корень из трех из-за сложения векторов.

В нашем случае мы добавили ток дельта-фазы A-фазы (IBA) с отрицательным током дельта-фазы C-фазы (-IAC), чтобы найти линейный ток A-фазы (IA):

Рисунок 24. Линейный ток A-фазы на выходе из вторичной обмотки трансформатора, подключенного треугольником

Поскольку мы использовали опорный угол в ноль градусов для тока дельта-фазы A-фазы (IBA), линейный ток A-фазы (IA) отстает от тока дельта-фазы A-фазы (IBA) ровно на 30 градусов.

Эта же взаимосвязь сложения векторов также является причиной того, почему линейный ток системы всегда будет отставать от тока дельта-фазы на 30 градусов для системы сбалансированной и прямой последовательности (ABC).

Если бы мы завершили весь этот процесс для двух других оставшихся фаз B и C и нарисовали результирующую векторную диаграмму, мы бы увидели, что это применимо к каждой фазе:

Рисунок 25: Текущая фазовая диаграмма для всех трех фаз соединения треугольником

Вы заметите, что приведенная выше векторная диаграмма — это текущая векторная диаграмма для соединения треугольником сбалансированной и прямой последовательности (ABC), с которым вы, скорее всего, уже знакомы.

12. Дельта-соединение — Использование калькулятора

Как и раньше, давайте воспользуемся TI 36X Pro для расчета линейного тока A-фазы (IA), выходящего из соединения треугольником, и сравним его со значением, полученным нами вручную.

Вот такое же соединение вторичного трансформатора треугольником, с током линии A-фазы (IA), показанным как разница между током дельта-фазы A-фазы (IBA) и током дельта-фазы C-фазы (IAC):

Рисунок 26: Линейный ток A-фазы на выходе из вторичной обмотки трансформатора, подключенного треугольником

Мы будем использовать значение 1А для величины тока дельта-фазы A-фазы (IBA) и 1A для величины тока дельта-фазы C-фазы (IAC), как мы это делали вручную.

Мы также будем использовать 0 градусов для угла фазы дельта-фазы тока A-фазы (IBA) и положительные 120 градусов для тока дельта-фазы C-фазы (IAC):

Обратите внимание, что мы получаем такое же значение 1,732 для величины линейного тока A-фазы (IA) и отрицательные 30 градусов для фазового угла линейного тока A-фазы (IA).

Обратите внимание, что это идентично величине квадратного корня из трех под углом отрицательных 30 градусов:

13. Трехфазная полная мощность и квадратный корень из трех

Мы исследовали, откуда берется квадратный корень из трех для соединений звезда и треугольник, но как насчет квадратного корня из трех в формуле трехфазной полной мощности?

Формула полной трехфазной мощности представляет собой произведение квадратного корня из трех, величины линейного напряжения (VL) и величины линейного тока (IL):

Эти значения составляют звездных величин, только , поэтому избегайте распространенной ошибки использования векторных величин в этой формуле для расчета как полной мощности, так и угла мощности.

Эта формула чаще всего используется для расчета ампер полной нагрузки силового трансформатора путем включения номинальной трехфазной полной мощности трансформатора [вольт-амперы] и либо линейного напряжения первичного соединения для расчета полной первичной ток нагрузки, потребляемый трансформатором, или линейное напряжение вторичной обмотки для расчета ампер полной нагрузки вторичной обмотки, подаваемой трансформатором:

Рисунок 27: Номинальный ток первичной и вторичной обмоток

Чтобы увидеть, откуда в этой формуле берется квадратный корень из трех, давайте начнем с того, что покажем, как он вычисляется из полной однофазной мощности (S1ø).

Для сбалансированной трехфазной системы количество полной мощности в каждой фазе всегда равно. Это означает, что полная трехфазная мощность (S3ø) на самом деле всего в три раза больше полной мощности в любой одной данной фазе (S1ø) сбалансированной трехфазной системы:

Полная однофазная мощность (S1ø) в любой данной фазе сбалансированной трехфазной системы является произведением величины фазного напряжения (VP) и величины фазного тока (IP):

Давайте снова подключим это к формуле полной трехфазной мощности (S3ø):

Теперь давайте воспользуемся этой версией формулы полной трехфазной мощности (S3ø) и посмотрим, как она применяется к соединению звезда или треугольник, чтобы выяснить, откуда берется квадратный корень из трех в исходной формуле.

Давайте начнем с соединения звездой.

14. Соединение звездой, полная трехфазная мощность и квадратный корень из трех

Для соединения звездой величина напряжения между фазой и нейтралью (VP) меньше, чем величина линейного напряжения системы (VL), на коэффициент квадратного корня из трех, как мы обнаружили в первой половине этой статьи. .

Однако величина фазного тока (IP) соединения звездой равна величине линейного тока (IL) системы.

Когда мы вводим соотношение фазного напряжения и тока в звезду в формулу полной трехфазной мощности (S3ø), она меняется и выглядит следующим образом:

Мы можем начать упрощение, отделив коэффициенты (3 и 1 / √3) от переменных (VL и IL):

А теперь самое сложное. Мы собираемся умножить квадратный корень из трех на квадратный корень из трех (√3 / √3). Поскольку это то же самое, что и умножение на 1, оно не меняет значения формулы (любое число, умноженное на 1, будет тем же числом, что и раньше):

Итак, два квадратного корня из троек внизу каждой дроби при умножении будут равны трем (√3 X √3 = 3):

Наконец, тройка в верхней части дроби и три в нижней части дроби будут отменены (3/3 = 1):

Результатом является знакомая нам формула трехфазной полной мощности (S3ø), которая включает квадратный корень из трех.

Квадратный корень из трех в этой формуле получается в результате включения соотношений фазового напряжения и фазного тока в формулу трехфазной полной мощности (S3ø).

Верно ли то же самое для соединения треугольником?

15. Соединение по схеме «треугольник», полная трехфазная мощность и квадратный корень из трех

Для соединения треугольником величина фазного тока (IP) меньше, чем величина тока линии системы (IL), на коэффициент квадратного корня из трех, как мы обнаружили в первой половине этой статьи.

Однако величина фазного напряжения (VP) соединения треугольником равна величине линейного напряжения (VL) системы.

Когда мы подставляем соотношение тока дельта-фазы и фазного напряжения в формулу полной трехфазной мощности (S3ø), она меняется и выглядит следующим образом:

Опять же, мы можем начать упрощение, отделив коэффициенты (3 и 1 / √3) от переменных (VL и IL):

Давайте еще раз умножим квадратный корень из трех на квадратный корень из трех (√3 / √3), так как это то же самое, что умножение на 1, а затем продолжаем упрощать выражение, используя те же методы, что и раньше:

В результате снова получается та же знакомая нам формула полной трехфазной мощности, которая включает квадратный корень из трех.Квадратный корень из трех в этой формуле получается в результате включения соотношения между фазным напряжением и фазным током в формулу полной трехфазной мощности (S3ø).

Обратите внимание, что квадратный корень из трех в формуле полной трехфазной мощности (S3ø) существует независимо от того, присутствует ли соединение треугольником или звездой, пока мы используем линейные значения системы. Аккуратный!

16. Кто я и где меня найти

Надеюсь, вам понравилось исследовать, откуда берется квадратный корень из трех в большинстве расчетов трехфазной электроэнергии.

Меня зовут Зак Стоун, П.Э. и я являюсь ведущим инструктором популярной онлайн-программы обучения к экзамену NCEES® Electrical Power PE на сайте www.electricalpereview.com. Я создаю все их учебные материалы и провожу их уроки каждый семестр.

Зак Стоун, П.Е.
Electrical PE Review, INC

Вот моя 10-секундная биография:

  • Я профессиональный инженер из штата Флорида.
  • В 2010 году я получил диплом инженера-электрика, аккредитованный ABET.
  • Я сдал экзамены FE и PE с первой попытки.
  • У меня богатый опыт в области промышленной автоматизации, управления двигателями, производства электроэнергии и подстанций среднего напряжения.
  • Мне нравится математика, лежащая в основе электротехники и обучение других.

Если вы инженер-электрик и планируете сдать экзамен PE в будущем, или если вы хотите прочитать больше статей о математических нюансах, лежащих в основе электротехники, вы можете найти меня на сайте www.electricpereview.com.

Если вы действительно хотите чему-то научиться, неплохо было бы посмотреть, как разные люди описывают тему. Я кратко освещаю эту тему в Руководстве по тестированию реле: принципы и практика / Глава 1, раздел D) Трехфазные соединения [стр. 14 и 15]. Вы можете просмотреть, если хотите сравнить два разных объяснения, чтобы глубже копнуть и по-настоящему понять, откуда берется квадратный корень из трех.

Мы всегда ищем разные точки зрения здесь, в RelayTraining.сеть. Свяжитесь с нами по адресу [адрес электронной почты защищен], если вы хотите отправить гостевое сообщение по теме тестирования реле.

Крис Верстюк
Калькулятор трансформатора

: Найдите кВА, ток и обмотки для 3-фазных трансформаторов

Идеальное уравнение трансформатора относится к первичному и вторичному напряжению,

Вс = Вп * Нс / Np

, где

  • Вс [В ] = напряжение на вторичной катушке
  • Vp [В] = напряжение на первичной катушке
  • Ns = количество обмоток вторичной катушки
  • Np = количество обмоток первичная обмотка

Второе уравнение, которое связывает первичный и вторичный токи трансформатора:

Is = Ip * Np / Ns

, где

  • Is [A] = ток на вторичной обмотке
  • Ip [A] = ток в первичной катушке

Обратите внимание, что электрическая мощность в первичной катушке и вторичной катушке одинакова

P = Ip * Vp = Is * V s

Это знак сохранения энергии.В реальном трансформаторе из-за потерь мощность на вторичной обмотке всегда будет меньше, чем мощность на первичной обмотке.

Калькулятор трансформатора Пример задачи

Однофазный трансформатор мощностью 50 кВА имеет первичную сторону 4000 В и вторичную сторону 400 В. Предполагая идеальный трансформатор, определите:

  1. Первичный и вторичный токи полной нагрузки
  2. Коэффициент трансформации трансформатора.

Часть 1. В 1 = 4000 В, В 2 = 400 В,

Номинал трансформатора = 50 кВА = В 1 × I 1 = В 2 × I 2

Следовательно, перестановка для I 1 и I 2 :

Первичный ток полной нагрузки, I 1 = (50 × (1000/2000)) = 25 A

Вторичный ток полной нагрузки, I 2 = (50 × (1000/200)) = 250 А

Часть 2. Коэффициент трансформации равен N 1 / N 2 = V 1 / V 2 = (2000/200) = 10

Обратите внимание, что мы также можем рассчитать это с помощью токов полной нагрузки I 1 и I 2 через V 2 / V 1 = 10

Вот как рассчитывается типоразмер трансформатора.

Обратите внимание, что если напряжение на первичной стороне выше, чем напряжение на вторичной стороне, то это понижающий трансформатор.

Если напряжение на первичной стороне ниже напряжения на вторичной стороне, то это повышающий трансформатор.

Как спроектировать и рассчитать высокочастотный трансформатор?

Введение

Трансформатор — это пассивное электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой или нескольким схемам. Его ток передачи — переменный ток. Трансформатор обычно используется для увеличения или уменьшения подачи. В качестве одного из типов высокочастотные трансформаторы используют частоты от 20 кГц до более 1 МГц. В этой статье рассказывается о процессе проектирования высокочастотных трансформаторов (HFT), то есть как рассчитать высокочастотный трансформатор?

Как сделать высокочастотный трансформатор?

Каталог


Ⅰ Сердечник трансформатора

В реальных трансформаторах две катушки намотаны на один и тот же железный сердечник.Сердечник трансформатора обеспечивает магнитный путь для направления потока. Использование высокопроницаемого материала (который описывает способность материала переносить флюс), а также более совершенные методы изготовления сердечника помогают обеспечить желаемый путь потока с низким сопротивлением и ограничить линии потока к сердечнику. Ниже представлены некоторые важные аспекты сердечника трансформатора.

1.1 Материал магнитного сердечника

Какой материал лучше всего подходит для сердечника высокочастотного трансформатора? Мягкий феррит широко используется в импульсных источниках питания благодаря своим характеристикам.Его преимуществами являются высокое сопротивление, низкие потери на вихревые токи переменного тока, низкая цена и простота обработки в различных формах. Он также имеет недостатки, в том числе низкую рабочую плотность магнитного потока, низкую проницаемость, большую магнитострикцию и относительно чувствительность к изменениям температуры. Выбор подходящих материалов может полностью удовлетворить требования к конструкции высокочастотных трансформаторов, и они имеют идеальные характеристики и ценовое преимущество.

1.2 Структура сердечника

Сердечник трансформатора как основная часть, факторы, которые следует учитывать при выборе структуры магнитного сердечника, включают: уменьшение магнитной утечки и индуктивности рассеяния, увеличение расстояния отвода тепла катушки, что способствует экранированию, простота обмотка катушки, удобная сборка и разводка.Магнитная утечка и индуктивность рассеяния напрямую связаны со структурой сердечника. Если магнитный сердечник не требует воздушного зазора, лучше использовать замкнутый магнитопровод кольцевой или квадратной формы.

1.3 Параметры сердечника

При разработке параметров магнитного сердечника особое внимание следует уделять плотности магнитного потока при работе, ограниченной не только кривой намагничивания, но также потерями и рабочим режимом передачи энергии. Когда магнитный поток изменяется в одном направлении: ΔB = Bs-Br, что ограничивается не только плотностью магнитного потока насыщения, но также, главным образом, потерями (потеря вызывает повышение температуры, влияющее на плотность магнитного потока).Рабочая плотность магнитного потока Bm = 0,6 ~ 0,7ΔB.
Открытие воздушного зазора может уменьшить Br, чтобы увеличить значение изменения плотности магнитного потока ΔB. После этого ток возбуждения увеличивается, но объем магнитопровода можно уменьшить. Для работы магнитного потока в двух направлениях: ΔB = 2Bm. В этом случае также необходимо обратить внимание на то, что вольт-секундная область положительных и отрицательных изменений возбуждения не равна по разным причинам, и возникает проблема смещения постоянного тока. Поэтому к магнитному сердечнику можно добавить небольшой воздушный зазор или в конструкцию схемы можно добавить блокирующий конденсатор постоянного тока.

1.4 Параметры катушки

Параметры катушки включают количество витков, сечение (диаметр) провода, форму провода, расположение обмоток и расположение изоляции.
Диаметр проволоки определяется плотностью тока обмотки. Обычно J составляет 2,5 4 А / мм2. При выборе диаметра проволоки следует учитывать скин-эффект. При необходимости внесите корректировки после проверки превышения температуры трансформатора.

1,5 витка катушки

Обычно используемое расположение обмоток: первичная обмотка расположена близко к магнитному сердечнику, а обмотка обратной связи вторичной обмотки постепенно выходит наружу.Рекомендуется использовать две схемы расположения обмоток:
1) Если напряжение первичной обмотки высокое, а напряжение вторичной обмотки низкое, вторичную обмотку можно использовать рядом с магнитопроводом, затем следует обмотка обратной связи и Первичная обмотка находится в самом дальнем конце, что выгодно для первичной обмотки по отношению к магнитному сердечнику. Устройство изоляции.
2) Чтобы увеличить связь между первичной и вторичной обмотками, половина первичных обмоток может быть близко к сердечнику, затем обмотка обратной связи и вторичные обмотки, а другая половина первичных обмоток во внешнем слое, что значительно снизит индуктивность рассеяния. .

1.6 Конструкция сборки

Конструкция сборки высокочастотного силового трансформатора делится на два типа: горизонтальная и вертикальная. При использовании плоских магнитных сердечников, чиповых магнитных сердечников и тонкопленочных магнитных сердечников все они имеют горизонтальную структуру сборки.

1.7 Проверка превышения температуры

Проверка превышения температуры может быть проведена путем расчета и испытания образцов. Экспериментальное превышение температуры ниже допустимого превышения температуры более чем на 15 градусов, что увеличивает плотность тока и соответственно уменьшает сечение провода.Если она превышает допустимое превышение температуры, соответственно уменьшите плотность тока и увеличьте сечение провода. Например, увеличьте площадь рассеивания тепла магнитопровода и диаметр провода.

Символ трансформатора

Ⅱ Типы высокочастотных трансформаторов

2.1 Классификация трансформаторов

Силовые трансформаторы делятся на три категории в зависимости от топологии:
(1) Обратный трансформатор
(2) Прямой трансформатор
(3) Двухтактный трансформатор (в полном мосту / полумосте)
Подходящая топологическая структура структуры магнитопровода показана в следующей таблице:

Основная структура

Тип цепи трансформатора

Обратный ход

Форвард Тип

Двухтактный Тип

E ядер

+

+

0

Ядра Planar E

+

0

Ядра EFD

+

+

Ядра ETD

0

+

+

Ядра ER

0

+

+

U Ядра

+

0

0

Ядра RM

0

+

0

EP Сердечники

+

0

P Ядра

+

0

Кольцевые сердечники

+

+


Примечания: « + » = Соответствующий « 0 » = Нормальный «» = Нет

2.2 Правила проектирования

1) Если индуктор фильтра постоянного тока и сердечник индуктора работают только в одном квадранте, индукторы, относящиеся к этому типу, включают в себя индукторы повышения, понижающие индукторы, понижающие / повышающие индукторы, индукторы прямой и двухтактной фильтрации трансформатора, и несимметричные трансформаторы.
2) Магнитный сердечник переднего трансформатора работает только в одном квадранте, поэтому трансформатор необходимо сбросить магнитным способом.
3) Магнитный сердечник двухтактного трансформатора имеет двунаправленное переменное намагничивание.Преобразователи, относящиеся к этой категории, включают двухтактные преобразователи, полумостовые и полномостовые преобразователи, а также катушки индуктивности фильтров переменного тока.

Ⅲ Выбор сердечника трансформатора

1) Мягкий феррит широко используется в импульсных источниках питания из-за его низкой цены, хорошей адаптируемости и высокочастотных характеристик.
2) Мягкие ферриты бывают двух серий: феррит марганец-цинк и феррит никель-цинк. Составляющими марганцево-цинкового феррита являются Fe2O3, MnCO3 и ZnO.Он в основном используется в различных фильтрах ниже 1 МГц, катушках индуктивности, трансформаторах и т. Д. С широким спектром применений. Компонентами никель-цинкового феррита являются Fe2O3, NiO, ZnO и т. Д., Которые в основном используются для различных индукционных обмоток с частотой выше 1 МГц, магнитных шариков для защиты от помех и совместных устройств согласования антенн.
3) Марганцево-цинковые ферритовые сердечники наиболее широко используются в импульсных источниках питания. В зависимости от их использования различается и выбор материалов. Сердечники, используемые в части фильтра входного питания, в основном обладают высокой проницаемостью, а их материалы в основном относятся к классам R4K ~ R10K, то есть ферритовые сердечники с относительной проницаемостью 4000 ~ 10000.Что касается основных трансформаторов и выходных фильтров, большинство из них имеют высокую плотность магнитного потока насыщения, а их B составляет около 0,5 Тл (т. Е. 5000 GS).

Ⅳ Параметры главного трансформатора

a. Топология трансформатора

При более высокой плотности магнитного потока насыщения Bs и более низкой остаточной плотности магнитного потока Br, Bs оказывает определенное влияние на трансформатор и результаты обмотки. Теоретически, если Bs высокий, количество витков обмотки будет уменьшаться, и потери в меди также уменьшатся.В практических приложениях существует множество схем импульсных высокочастотных преобразователей питания. Для трансформаторов их рабочие формы можно разделить на две категории:

Схема является полумостовой, полной мостовой, двухтактной и т. Д. Положительные и отрицательные токи возбуждения полупериода в первичной обмотке трансформатора идентичны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора также перемещаются симметрично вверх и вниз. Максимальный диапазон изменения B составляет △ B = 2Bm, и постоянная составляющая в сердечнике в основном нейтрализуется.

Схема является несимметричной прямой, несимметричной обратной связью и т. Д. Первичная обмотка трансформатора добавляет однонаправленное прямоугольное импульсное напряжение за один цикл (в случае несимметричного обратного хода). Сердечник трансформатора возбуждается однонаправленно, и плотность магнитного потока изменяется от максимального значения Bm до остаточной плотности магнитного потока Br. В это время △ B = Bm - Br. Если Br уменьшается, а плотность магнитного потока Bs насыщения увеличивается, B может увеличиваться. Это может уменьшить количество витков и потери в меди.

г. Низкие потери мощности на высоких частотах
Потери мощности в феррите не только влияют на выходную эффективность источника питания, но также вызывают нагрев сердечника, искажение формы сигнала и другие нежелательные последствия.
Проблема нагрева трансформатора очень часто встречается на практике. Это в основном вызвано потерями в меди и сердечнике. Если Bm выбрано слишком низким при проектировании трансформатора, и большее количество витков обмотки вызовет нагрев обмотки и в то же время передачу тепла магнитному сердечнику.И наоборот, если сердечник является основным нагревательным телом, это также вызовет нагрев обмотки.
При выборе ферритовых материалов потери мощности должны иметь отрицательную зависимость от температурного коэффициента. Если потери в сердечнике являются основным источником тепла, температура трансформатора будет расти, что приведет к дальнейшему увеличению потерь в сердечнике, что в конечном итоге приведет к сгоранию силовой трубки, трансформатора и других компонентов. Поэтому при разработке силовых ферритов в стране и за рубежом необходимо решить проблему отрицательного температурного коэффициента самого магнитного материала.Это также важная особенность магнитного материала для источника питания.

г. Проницаемость
Какова подходящая проницаемость? Это следует определять в соответствии с частотой коммутации реальной цепи. Обычно материалы с относительной проницаемостью 2000 имеют применимую частоту ниже 300 кГц, а иногда она может быть выше, менее 500 кГц. Для материалов с более высоким значением следует выбирать более низкую магнитную проницаемость, обычно около 1300.

г. Более высокая температура Кюри
Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства, обычно выше 200 ℃. Однако фактическая рабочая температура трансформатора не должна превышать 80 ℃. Это связано с тем, что, когда температура выше 100 ℃, его плотность магнитного потока насыщения Bs упала до 70% от значения при комнатной температуре. Следовательно, чрезмерно высокая рабочая температура вызовет более сильное падение плотности потока насыщения магнитопровода.Кроме того, когда он выше 100 ° C, его потребляемая мощность имеет положительный температурный коэффициент, что приведет к порочному кругу. Для материала R2KB2 температура, соответствующая допустимой потребляемой мощности, достигла 110 ° C, а температура Кюри — 240 ° C, что соответствует требованиям для высокотемпературного использования.

Ⅴ Как рассчитать высокочастотный трансформатор?

5.1 Принципы и методы проектирования трансформаторов

Существует два основных метода проектирования трансформаторов: метод произведения площади AP.AP является произведением площади поперечного сечения сердечника Ae и эффективной площади окна Aw катушки.

PT — мощность трансформатора
Ae — эффективная площадь поперечного сечения
Aw — площадь окна сердечника
Ko — коэффициент использования окна сердечника, типичное значение 0,4.
Kf — коэффициент формы, прямоугольная волна — 4, синусоида — 4,44.
Bw — рабочая магнитная напряженность магнитопровода
Fs — рабочая частота переключателя
Kj — коэффициент плотности тока, взять 395A / см2
X — коэффициент структуры ядра

5.2 Анализ метода AP

В соответствии с методом проектирования силового трансформатора, общие этапы проектирования трансформатора с методом произведения площадей AP:
1. Выберите материал сердечника и рассчитайте полную мощность трансформатора.
2. Определите размер AP жилы в поперечном сечении, а затем выберите размер жилы в соответствии с ним.
3. Рассчитайте индуктивность и количество витков первичной и вторичной сторон.
4. Рассчитайте длину воздушного зазора.
5. Найдите диаметр провода в соответствии с плотностью тока и действующим значением тока первичной и вторичной сторон.
6. Определите, соответствуют ли потери меди и железа требованиям (допустимые потери и превышение температуры).

5.3 Параметры источника питания

Входное напряжение: 175-264 В переменного тока
Выходное напряжение: 21 В
Выходная мощность: 3 А
Частота установлена ​​на 60 кГц, а рабочий цикл изначально установлен на 0,45.
Используя обратную топологию, выберите материал сердечника и определите полную мощность PT трансформатора.
Учтите стоимость, выберите здесь материал PC40:
Проверьте данные PC40 и получите Bs = 0.39Т, Br = 0,06Т

Bm = ΔBmax * 0,6 = 0,198T, округлите до 0,2T
Чтобы предотвратить мгновенное насыщение магнитопровода, зарезервируйте определенный запас и возьмите Bm = ΔBmax * 0,6 = 0,198T, возьмите 0,2T.
Полная мощность трансформатора PT, для обратноходового трансформатора:

Рассчитать AP:

Где:
Дж — плотность тока, обычно принимается 395 А / см2.
Ku — это эффективный коэффициент использования медного окна, который определяется в соответствии с требованиями безопасности и количеством выходных каналов, обычно 0.B * Ae)
Np = 1434uH * 1,257A / (0,2 * 84,8) = 106,28T округлить до 106T
2) Число витков вторичной обмотки
Ns = Np / n
Ns = 106T / 7,8 = 13,58T , округлить до Ns = 14T
3) Обороты обратной связи
Nv = (Vcc + Vf) / [(Vo + Vf) / Ns]
Nv = (14,5V + 1V) / [(21V + 1V) / 14T] = 9,87T, круглый это к Nv = 10T

Чтобы избежать насыщения магнитопровода, к магнитной цепи добавляется соответствующий воздушный зазор, и расчет выглядит следующим образом:

Может потребоваться скорректировать количество витков в зависимости от краевого эффекта магнитного потока в воздушном зазоре.n / Vimin
Iprms = 63W / 0,8 / 210V = 0,375A
Диаметр провода (плотность тока J составляет 4A / мм2)

Используйте два провода диаметром 0,18 мм и намотайте их вместе или используйте одножильный провод AWG # 28.
Диаметр вторичной обмотки

Используйте 4 провода диаметром 0,25 мм для параллельной намотки и рассчитайте текущую глубину скин-слоя:

Диаметр многопроволочной проволоки должен быть меньше или равен dwH. Для однопроволочной намотки, если диаметр проволоки превышает dwH, необходимо рассмотреть возможность использования нескольких жил.

Расчет потерь в меди Pcu и потерь в стали Pfe (полные потери в трансформаторе Ploss)
a) Потери в первичной и вторичной обмотках. Среди них MLT — это средняя длина витка магнитопровода.

b) Рассчитайте допустимые общие потери Ploss и потери в стали при КПД η .

c) Найдите фактические потери при эксплуатации в соответствии с кривой потерь в сердечнике.
Потери железа на единицу веса, фактически произошло

Фактические потери в стали должны быть ниже допустимого значения.

d) Рассчитайте потери на единицу площади Φ = Ploss / As. Если повышение температуры, вызванное значением Φ, составляет менее 25 градусов, конструкция в порядке.
Bw Расчет:

Рабочая плотность магнитного потока Bw должна соответствовать требованиям расчетного индекса, Bw , чтобы избежать насыщения магнитопровода.

Часто задаваемые вопросы о конструкции высокочастотного трансформатора

1. Что такое высокочастотный трансформатор?
Основное отличие состоит в том, что, как следует из их названия, они работают на гораздо более высоких частотах — в то время как большинство трансформаторов сетевого напряжения работают на частоте 50 или 60 Гц, высокочастотные трансформаторы используют частоты от 20 кГц до более 1 МГц…. Для любой данной номинальной мощности, чем выше частота, тем меньше может быть трансформатор.

2. Каковы особенности конструкции высокочастотного трансформатора?
Проектирование ВЧ трансформаторов. Трансформаторы высокой частоты передают электроэнергию. Физический размер зависит от передаваемой мощности, а также от рабочей частоты. Чем выше частота, тем меньше физический размер.

3. Какая польза от высокочастотного трансформатора?
Эти трансформаторы предназначены для безопасного и точного управления напряжением до 15 000 вольт, преобразуя уровни высокого напряжения и тока между катушками за счет магнитной индукции.Высоковольтные и высокочастотные трансформаторы используются в самых разных областях, от источников питания до лазерного оборудования и ускорителей частиц.

4. В чем разница между высокой и низкой частотой?
Когда мы говорим о звуке, мы говорим о высоких и низкочастотных волнах. … Это измерение количества циклов в секунду выражается в герцах (Гц), причем более высокий Гц соответствует более высокочастотному звуку. Низкочастотные звуки составляют 500 Гц или ниже, а высокочастотные волны — более 2000 Гц.

5. Какая частота трансформатора?
Что такое частота трансформатора. Доступны три распространенные частоты: 50 Гц, 60 Гц и 400 Гц. Мощность в Европе обычно составляет 50 Гц, а в Северной Америке — 60 Гц. Частота 400 Гц зарезервирована для мощных приложений, таких как аэрокосмическая промышленность, а также для некоторых специализированных компьютерных источников питания и ручных станков.

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производителей Категория Описание
ПроизводительЧасть #: NAND01GR3B2BZA6F Сравнить: NAND01GR3B2CZA6E VS NAND01GR3B2BZA6F Производитель: Micron Категория: Описание: Параллельная флэш-память NAND 1.8 В, 1 Гбит / с, 128 Мбит / с x 8, 25 мкс, 63-контактный VFBGA T / R
Производитель № детали: NAND01GR3B2CZA6F Сравнить: NAND01GR3B2CZA6E против NAND01GR3B2CZA6F Производитель: Micron Категория: Описание: Вспышка, 128MX8, 25000 нс, PBGA63, 9 X 11 мм, ВЫСОТА 1 мм, 0.ШАГ 8ММ, БЕЗ СВИНЦА, VFBGA-63
Производитель № детали: NAND01GW3B2AN6E Сравнить: Текущая часть Производитель: ST Microelectronics Категория: Чип памяти Описание: Параллельная флэш-память NAND 3 В / 3.3 В 1 Гбит 128M x 8 25us 48Pin TSOP Tray
Производитель № детали: NAND01GW3A2AN6E Сравнить: NAND01GW3B2AN6E против NAND01GW3A2AN6E Производитель: ST Microelectronics Категория: Чип памяти Описание: 128 Мбит, 256 Мбит, 512 Мбит, 1 Гбит (x8 / x16) 528 байт / 264 Word Page, 1.8 В / 3 В, флэш-память NAND

Калькуляторы преобразования энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Калькуляторы энергии, используемой в США

Примечание. Британские тепловые единицы — британские тепловые единицы.

Измерение энергии в продуктах питания

Пищевые калории — это мера энергии в пище. Одна калория пищи равна 1000 калорий или 1 килокалории. Например, количество энергии в рожке мороженого на 300 калорий примерно такое же, как количество электричества, необходимое для того, чтобы зажечь 100-ваттную лампочку накаливания на 3 часа.5 часов.

Объяснение научных обозначений

Научная запись — это сокращенный способ записи числа, состоящего из большого количества цифр. Например, число 525000000 можно записать как 5,25E + 08. +08 указывает, что десятичную дробь следует переместить на восемь позиций вправо. Отрицательное число после E означает, что десятичную дробь следует переместить на определенное количество разрядов влево. Например, 5.25E-03 то же самое, что 0.00525.

Единицы общей энергетики Научная запись
Британская тепловая единица (британские тепловые единицы) 1,0
миллионов британских тепловых единиц 1.0E + 06 BTU
терм 1.0E + 05 BTU
миллиардов BTU 1.0E + 09 британских тепловых единиц
четырехъядерный 1.0E + 15 BTU
калорий 1,0 ккал
килокалорий 1.0E + 03 кал.
пищевая калорийность 1.0E + 03 кал.
термо 1.0E + 05 калорий
теракалория 1.0E + 12 калорий
мегаджоуль 1.0E + 06 джоуль
джоуль 1,0 джоуль
гигаджоуль 1.0E + 09 джоуль
тераджоуль 1.0E + 12 джоулей
Ватт 1,0
киловатт-час (кВтч) 1.0E + 03 Вт-ч
мегаватт-час (мВтч) 1.0E + 06 Вт-час
гигаватт-час (гВтч) 1.0E + 09 Вт-ч
тераватт-час (тВтч) 1.0E + 12 Вт / ч

Последнее обновление: 12 мая 2021 г.

⚡ Быстрый калькулятор из 【ВА в ватты】 Простое преобразование

С помощью этого инструмента автоматически рассчитывается из ВА в ватты, он основан на электрической формуле из ВА в ватт.Он также показывает простым способом , шаг за шагом, как выполнить преобразование .

Для улучшения понимания, сделаны несколько примеров и представлена ​​таблица с основными эквивалентами ВА в Ватт.

Часто бывает непросто найти , коэффициент мощности нагрузки , поэтому мы предлагаем вам наиболее распространенных значений .

В преобразовать из ВА в Ватты вы просто умножаете ВА на , коэффициент мощности нагрузки , как показано формулой ВА в Ватты.

Обычно коэффициент мощности можно получить, выполнив поиск в Интернете по ссылкам оборудования , однако другой способ — использовать таблицу с общими коэффициентами мощности .

Где:

    • Вт = Активная мощность (P) или ватты, это значение, которое необходимо найти.
    • ВА = Вольт-ампер (S), собственная стоимость каждого оборудования, обычно это мощность ИБП, трансформаторов, двигателей, кондиционеров, лифтов и индуктивного оборудования с двигателями.
    • Fp = Коэффициент мощности — это значение каждой группы, однако есть несколько таблиц с эталонными коэффициентами мощности.

Формула для выполнения преобразования состоит из трех переменных (ВА, Ватт и коэффициент мощности) , которые связаны в предыдущей формуле.

Из значений, необходимых для выполнения преобразования, всего 2 (VA и FP) , эти два значения могут быть получены из паспортных табличек или путем измерения с помощью специального оборудования, такого как мультиметры или измерители мощности, но вы может также получить оценочные значения коэффициента мощности здесь , эти значения являются справочными, потому что каждое конкретное оборудование будет иметь разные значения.

Желательно всегда получать значение коэффициента мощности из каталогов оборудования.


☝Как преобразовать из VA в ватты


✍Практические примеры преобразования.

Пример 1, ВА в Вт мощность сушилки

Сушилка для белья имеет мощность 2800 ВА и коэффициент мощности 0,91 , сколько мощности в ваттах потребляет сушилка?

Rta: // Только VA должен быть умножен на на коэффициент мощности , как показано ниже: 2800VAx0.91, результат будет: 2548 Вт.

Пример 2, сколько мощности имеет компьютер в ваттах

Компьютер имеет мощность , равную 500 ВА, и коэффициент мощности , , коэффициент , равный 0,92 , какова мощность компьютера в ваттах?

Rta: // Вы должны умножить переменные, как указано в формуле VAxF.p , в результате получится: 500 × 0,92 = 460 Вт

Пример 3, преобразование мощности в ватт для морозильника

Морозильник имеет мощность 5000 ВА и коэффициент мощности 0.89 , сколько мощности в ваттах будет у морозильной камеры?

Rta: // Как показывает формула, необходимо умножить ВА на коэффициент мощности морозильной камеры , как показано ниже: 5000 ВА x 0,89 = 4450 Вт.

Таблица соответствия ватт ваттам для систем с коэффициентом мощности 0,8.


⭐Самые распространенные преобразования

500 ВА в ватты

Для преобразования 500 ВА в ватты необходимо знать коэффициент мощности. Предполагая, что коэффициент мощности равен 0.8 результат будет 400 Вт. По формуле: 500 ВА x 0,8 = 400 Вт.

Преобразователь 1000 ВА в ватт

1000 ВА равняется 800 Вт при коэффициенте мощности 0,8 и по формуле: 1000 ВА x 0,8 = 800 Вт.

Преобразование 6 ВА в ватты

Простой ответ составляет 4,8 Вт с учетом коэффициента мощности 0,8 и использования формулы преобразования ВА в ватты: 6 ВА x 0,8 = 4,8 Вт.

Примечание: Его нельзя преобразовать из ватт в ватты постоянного тока, потому что мощность в ВА применима только к переменному току


🎯Таблица из ВА в ватты для ИБП

(коэффициент мощности 0.8):

Во многих источниках бесперебойного питания мощностью менее 2000 ВА коэффициент мощности обычно составляет менее 1,0, а во многих случаях — всего 0,6 для небольших систем.

Это позволяет производителям ИБП предлагать ИБП мощностью 300 Вт, который может выдавать мощность 500 ВА, что кажется гораздо более надежным оборудованием, чем оно есть на самом деле. Эта практика становится все менее распространенной, поэтому так важно проверять мощность и мощность ИБП.

Это становится еще более важным по мере увеличения размера сборов.ИБП большего размера обычно имеют более высокий коэффициент выходной мощности, по крайней мере, 0,9. Устаревшие системы можно найти около 0,8, а новейшие источники бесперебойного питания, как правило, выпускаются на рынок с выходным стандартом 1, где тот же ИБП будет обеспечивать аналогичные значения в ваттах и ​​ВА.

В этой таблице показаны коммерческие значения некоторых ИБП с коэффициентом мощности, равным 0,8:

9 3000 9 98 9

1258700 8498 8 9 0 9178
ВА Вт
2500 2000 2400
3500 2800
4000 3200
4500 3600
5000 4000
4000
6500 5200
7000 5600
7500 6000
8000 6400 8000 6400
9500 7600
10000 8000
10500 8400
11000 8800
11500 9200
12000 9600 9600 9600
13500 10800
14000 11200
14500 11600
15000 12000
12000
4000 32000
5000 40000
6000 48000
80000 64000
100000 875 что 👌 что ВА и Ватты используются для.

Ватты (Вт) и вольт-амперы (ВА) являются единицами измерения электрической энергии.

Вт (Вт) относятся к «реальной мощности» , а вольт-ампер (ВА) относятся к «полной мощности ».

Как правило, электронные продукты отображают одно или оба этих значения , чтобы предоставить информацию о количестве энергии, которое они будут потреблять, или о величине тока, которую они будут потреблять. Каждое из этих значений может использоваться для различных целей.

Что такое ватт?

Реальная мощность в Вт (Вт) — это мощность, которая выполняет работу или выделяет тепло . Мощность в ваттах (Вт) — это скорость, с которой энергия потребляется (или генерируется). Ватт — это один джоуль (энергия) в секунду (1 Вт = 1 Дж / с).

Вы платите своей коммунальной компании за ватт (Вт) , выраженный как энергия, которая представляет собой энергию, потребляемую за определенный период времени, которую коммунальная компания обычно показывает в киловатт-часах. Например, лампа мощностью 100 Вт, которая остается включенной на 10 часов, потребляет 1000 Вт-час энергии (100 Вт x 10 часов = 1000 Вт-часов = 1 кВт-час).

Для чего используются ватты?

Эти значения полезны, если вам нужно исключить тепло, выделяемое устройством, потребляющим ватт, или , если вы хотите знать, сколько вы заплатите своей коммунальной компании за использование вашего оборудования, поскольку оно платит за киловатт- час (энергия, используемая в течение определенного периода времени).

Чтобы объединить реальную мощность нескольких устройств постоянного или переменного тока, вы можете просто сложить индивидуальные значения мощности в ваттах каждого устройства , чтобы получить общую мощность (сумма ватт вычисляется линейно).

Что такое вольт-амперы (ВА)?

Полная мощность в ВА используется для упрощения значений мощности , что упрощает расчет потребления тока. Поскольку VA = RMS вольт x RMS ампер, вы можете разделить мощность VA на его RMS напряжение, чтобы получить RMS тока , который устройство будет принимать в зависимости от того, является ли оно однофазным, двухфазным или трехфазным. Знание силы тока RMS поможет вам правильно подобрать кабели и автоматические выключатели, средства защиты, прерыватели или предохранители , которые обеспечивают питание вашего устройства.

Для чего используются вольт-амперы (ВА)?

ВА предоставляет информацию о величине тока, потребляемого компьютером или схемой , если вы знаете напряжение.

Например, стандартное напряжение для жилых помещений в США составляет 120 В RMS. Если устройство имеет номинальную мощность 300 ВА и питается от сети переменного тока с напряжением 120 В RMS , вы можете рассчитать максимальный ожидаемый ток , равный 300 VA / 120 V RMS = 2,5 A .Следовательно, вам нужно убедиться, что кабели и связанные с ними цепи, которые подают питание на это оборудование, соответствуют силе тока не менее 2,5 A RMS.


🔥Разница в ВА и ваттах. От

до правильно рассчитать размер оборудования, такого как ИБП, трансформаторы , электростанции и т. Д., Важно понимать взаимосвязь между ваттами или ваттами и ВА.

Однако сначала мы должны провести краткое обсуждение терминологии питания . Реальная мощность (измеряется в ваттах) — это часть мощности, потребляемой машиной .Потребляемая энергия в ваттах связана с сопротивлением в электрической цепи. Примером потребляемой энергии в ваттах является нить накала в лампочке.

реактивная мощность (измеряется в ВАр или реактивных вольтамперионах) является частью общей мощности в кВА и обычно является типом сохраняемой мощности. Накопленная энергия связана с наличием индуктивности и / или емкости в электрической цепи . Примером запасенной энергии является лампа-вспышка фотоаппарата.

Полная мощность (измеренная в ВА или вольт-ампер) — это математическая комбинация реальной мощности и реактивной мощности.

Математически реальная мощность (ватт) равна по отношению к полной мощности (ВА) с использованием числового соотношения, называемого коэффициентом мощности (PF) , который выражается в десятичном формате и всегда имеет значение от 0 до 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *