Najprostsze obliczenia transformatorów mocy i autotransformatorów
Czasami trzeba zrobić własny transformator zasilający dla prostownika. W takim przypadku najprostsze obliczenia transformatorów mocy o mocy do 100-200 W przeprowadza się w następujący sposób.
Znając napięcie i największy prąd, jaki musi dostarczyć uzwojenie wtórne (U2 i I2), znajdujemy moc obwodu wtórnego: W przypadku kilku uzwojeń wtórnych moc oblicza się, dodając moce poszczególnych uzwojeń.
Ponadto, przyjmując sprawność transformatora małej mocy równą około 80%, wyznaczamy moc pierwotną:
Moc jest przenoszona z pierwotnego do wtórnego poprzez strumień magnetyczny w rdzeniu. Dlatego wartość mocy P1 zależy od pola przekroju poprzecznego rdzenia S, które wzrasta wraz ze wzrostem mocy. Dla rdzenia wykonanego ze zwykłej stali transformatorowej S można obliczyć ze wzoru:
gdzie s jest w centymetrach kwadratowych, a P1 w watach.
Wartość S określa liczbę zwojów w' na wolt. Podczas używania stali transformatorowej
Jeśli chcesz wykonać rdzeń ze stali niższej jakości, np. z cyny, blachodachówki, stali lub drutu żelaznego (należy je podgrzać, aby stały się miękkie), to S i w' należy zwiększyć o 20-30%
Teraz możesz obliczyć liczbę zwojów cewek
itp.
W trybie obciążenia może wystąpić zauważalny spadek napięcia na rezystancji uzwojeń wtórnych. Dlatego zaleca się, aby wykonywali liczbę zwojów o 5-10% większą niż obliczono.
Prąd pierwotny
Średnice drutów uzwojenia określane są wartościami prądów i opierają się na dopuszczalnej gęstości prądu, którą dla transformatorów przyjmuje się średnio 2 A/mm2. Przy takiej gęstości prądu średnicę drutu bez izolacji każdego uzwojenia w milimetrach określa się z tabeli. 1 lub obliczone według wzoru:
Gdy nie ma drutu o wymaganej średnicy, można wziąć kilka cieńszych drutów połączonych równolegle. Ich całkowite pole przekroju poprzecznego musi być co najmniej takie, jakie odpowiada obliczonemu pojedynczemu przewodowi. Pole przekroju poprzecznego drutu określa się zgodnie z tabelą. 1 lub obliczone według wzoru:
W przypadku uzwojeń niskiego napięcia, które mają niewielką liczbę zwojów grubego drutu i znajdują się na innych uzwojeniach, gęstość prądu można zwiększyć do 2,5 lub nawet 3 A / mm2, ponieważ uzwojenia te mają lepsze chłodzenie. Następnie we wzorze na średnicę drutu stały współczynnik zamiast 0,8 powinien wynosić odpowiednio 0,7 lub 0,65.
Na koniec sprawdź rozmieszczenie cewek w oknie głównym.Całkowite pole przekroju poprzecznego zwojów każdego uzwojenia wynosi (mnożąc liczbę zwojów w przez pole przekroju poprzecznego drutu równe 0,8d2 od, gdzie dz jest średnicą drutu w izolacji .Można to określić na podstawie tabeli 1, która również pokazuje masę przewodnika.Pola przekrojów wszystkich uzwojeń są sumowane.Aby uwzględnić w przybliżeniu luźność uzwojenia, wpływ ramy izolacyjnej uszczelnień między uzwojeniami a ich warstwami, konieczne jest zwiększenie znalezionej powierzchni o 2-3 razy. Powierzchnia okna rdzenia nie powinna być mniejsza niż wartość uzyskana z obliczeń.
Tabela 1
Jako przykład obliczmy transformator mocy dla prostownika zasilającego jakieś urządzenie lampowe. Niech transformator ma uzwojenie wysokiego napięcia przeznaczone na napięcie 600 V i prąd 50 mA, a także uzwojenie do ogrzewania lamp, o U = 6,3 V i I = 3 A. Napięcie sieciowe 220 V.
Określ całkowitą moc uzwojeń wtórnych:
Moc pierwotna
Znajdź pole przekroju stalowego rdzenia transformatora:
Liczba zwojów na wolt
Prąd pierwotny
Liczba zwojów i średnica drutów cewek są równe:
• dla uzwojenia pierwotnego
• aby zwiększyć uzwojenie
• do nawijania żarówek
Załóżmy, że okno rdzenia ma pole przekroju poprzecznego 5×3 = 15 cm2 lub 1500 mm2, a średnice wybranych izolowanych przewodów są następujące: d1iz = 0,44 mm; d2iz = 0,2 mm; d3out = 1,2 mm.
Sprawdźmy rozmieszczenie cewek w głównym oknie. Znajdujemy pole przekroju poprzecznego uzwojeń:
• dla uzwojenia pierwotnego
• aby zwiększyć uzwojenie
• do nawijania żarówek
Całkowita powierzchnia przekroju uzwojeń wynosi około 430 mm2.
Jak widać jest to ponad trzykrotnie większa powierzchnia okna, a zatem cewki się zmieszczą.
Obliczenia autotransformatora mają pewne cechy szczególne. Jego rdzeń należy liczyć nie dla całkowitej mocy wtórnej P2, ale tylko dla tej części, która jest przenoszona przez strumień magnetyczny i którą można nazwać mocą transformującą RT.
Moc tę określają wzory:
— dla autotransformatora podwyższającego napięcie
— dla autotransformatora obniżającego napięcie i
Jeśli autotransformator ma zaczepy i będzie pracował przy różnych wartościach n, to w obliczeniach należy przyjąć wartość n najbardziej różną od jedności, ponieważ w tym przypadku wartość Pt będzie największa i to niezbędny jest rdzeń, aby móc przesyłać taką moc.
Następnie określa się obliczoną moc P, którą można przyjąć jako 1,15 • RT. Współczynnik 1,15 uwzględnia tutaj sprawność autotransformatora, która jest zwykle nieco wyższa niż sprawność transformatora. mi
Ponadto stosowane są wzory do obliczania pola przekroju poprzecznego rdzenia (w stosunku do mocy P), liczby zwojów na wolt, wyżej wymienionych średnic drutu dla transformatora. Należy zauważyć, że w części uzwojenia, która jest wspólna dla obwodów pierwotnego i wtórnego, prąd jest równy I1 — I2, jeśli autotransformator rośnie, a I2 — I1, jeśli maleje.