..Упрощённый расчет трансформатора до 1кВт для сети частотой 50Гц
- Предполагают известными напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки.
- Определяют полную мощность вторичной обмотки: P2=U2*I2 — для однофазного трансформатора; P2=3*U2Ф*I2Ф — для трехфазного, где U2Ф , I2Ф — соответственно фазные напряжение и ток. Если вторичных обмоток несколько, необходимо вычисляют мощность каждой и суммируют все.
- Рассчитывают мощность первичной обмотки: P1=P2/ŋ, где ŋ — КПД трансформатора; его определяют из таблицы (BМ — амплитудное значение индукции в магнитопроводе).
- Вычисляют площадь поперечного сечения магнитопровода Q в см2: стержневого — Q=k(P1/2f)1/2; броневого (центрального керна) — Q=k(P1/f)1/2; трехфазного трансформатора — Q=k(P1/3f)1/2, где k = 4…6 — для маслозаполненных трансформаторов, k = 6…8 — для воздушных трансформаторов, f — частота сети. Для понижающего автотрансформатора: P1=(U1-U2)I1/ŋ (рис. 1,а), повышающего P1=(U2-U1)I2/ŋ (рис. 1,б). Будем считать, что охлаждение — наиболее распространенное в радиолюбительских условиях — воздушное. Если монтаж аппаратуры, включая и блок питания, очень плотный и объем внутреннего пространства мал, то принимают k = 8. При свободном размещении элементов и узлов аппаратуры k = 6. Когда рассчитывают автотрансформатор (одна обмотка для сетевого и вторичного напряжений с необходимыми отводами), значение k увеличивают на 20 %.
- Выбирают магнитопровод с поперечным сечением (произведение ширины стержня или центрального керна для броневого магнитопровода на толщину пакета пластин) не менее расчетного. В крайнем случае допустимо использовать магнитопровод с меньшей площадью по сравнению с рассчитанной, но не более чем на 10 %. Следует учитывать, что применение такого магнитопровода скорее всего приведет к повышенной температуре нагрева трансформатора под нагрузкой, а также катушка (или катушки) может не поместиться в отведенном для нее окне.
- Рассчитывают число витков обмоток. Для первичной обмотки одно-и трехфазных трансформаторов w1=100U1(2,22BMQ) , a w2=w1U2/U1. Можно рассчитать число витков на 1 В рабочего напряжения по формуле: w0=45/Q, где 45 — постоянная для трансформаторной стали. Правда, точность расчета при этом будет хуже, чем для вышеприведенных формул. В этом случае число витков обмоток w2=w0U2, w1=w0U1. Чтобы компенсировать потери, увеличивают число витков вторичных обмоток примерно на 10 % для проводов диаметром до 0,2 мм и на 5 % для остальных.
- Отдельно рассмотрим понижающий (рис. 1,а) и повышающий (рис. 1 ,б) автотрансформаторы. Число витков w1+w2=100U1(2,22BMQ), w2=100U2/(2,22BMQ) — для понижающего автотрансформатора; w1=100U1(2,22BMQ), w2=100(U2-U1)/(2,22BMQ) -для повышающего автотрансформатора. Число витков вторичных частей обмоток также корректируют, как в пункте 6.
- Рассчитывают ток обмоток однофазных трансформаторов I1=P1/U1, и трехфазных I1=P1/(√3U1Л), I2=P2/(√3U2Л). Для трехфазного трансформатора учитывают соединение обмоток: в звезду — UЛ=√3UФ, в треугольник — UЛ=UФ. Ток вторичной обмотки либо известен, либо рассчитывают исходя из мощности вторичных обмоток трансформатора P2 : однофазного I2=P2/U2 ; трехфазного I2=P2/(√3UЛ2). Для автотрансформатора I1=P2/(ŋU1), I2=P2/U2.
- Рассчитывают диаметры проводов обмоток по формуле: d=1,13(Iпр/δ)1/2, где Iпр — максимальный ток провода в А. Значение плотности тока δ выбирают из таблицы. Следует помнить, что по обмотке w2 автотрансформатора протекает ток, равный разности входного и выходного I1-I2. Если необходимо вычислить, какой ток можно пропустить по проводу определенного диаметра, применяют формулу Iпр=d2δ/1,277. Рассчитав d для всех обмоток, выбирают ближайшие значения из ряда стандартных проводов, выпускаемых промышленностью.
- Проверяют заполнение окна магнитопровода. Суть этого заключается в уточнении — поместятся ли все обмотки на каркасе катушки (рис. 2). Вначале рассчитывают число витков одного слоя на ширину заполнения каркаса: wc=(0,9…0.95)c/dпр.из, где dпр.из — диаметр провода в изоляции (мм). Далее определяют число слоев для каждой обмотки отдельно: x=wобм/wc. Вычисляют толщину заполнения каркаса катушки каждой из обмоток: y=x*dпр.из+Δ, где Δ — суммарная толщина межслойной и межобмоточной изоляции (мм). Проверяют высоту заполнения каркаса проводом: hЗ=y1+y2+.., hЗ<h, если это условие не выполняется, нужно выбрать магнитопровод трансформатора с большим окном.
И последние рекомендации по сборке трансформатора. Катушки не должны соприкасаться с магнитопроводом. Магнитопровод собирают как можно плотнее. Чтобы не было “выпячивания» пластин после стягивания их винтами, накладывают стягивающий каркас. Если магнитопровод собран не плотно, он греется на холостом ходу и прослушивается низкочастотный шум. Перед сборкой надо не полениться проверить каждую пластину, очистить их от ржавчины и покрыть с одной стороны тонким слоем быстросохнущего лака.
Наматывая катушку, следят, чтобы не было перехлёстов проводов. Каждые несколько слоев сетевой обмотки (соответствующие 50…60 В) изолируют одним слоем изоляции. Если к блоку питания предъявляют жесткие требования по прохождению помех из сети, первичную обмотку экранируют от вторичных незамкнутым слоем фольги, не забывая об изоляции между обмотками. Экранирующую обмотку соединяют с общим проводом источника питания.
Предложенная методика обеспечивает высокую точность расчета (в пределах 5 %) лишь для частоты сетевого напряжения не более 50 Гц.
Источник: И.Никифоров Упрощенный расчёт сетевого трансформатора, — Радио, 2000, №10, с.39