Формула нахождения количества витков. Как расчитать сетевой трансформатор

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Рисунок 3 Обзор трансформатора мощности. Пример:  Фаза: номер фазы трансформатора  50 Гц: номинальная частота использования трансформатора  Охлаждение.  Высокое напряжение: возможно значение первичного номинального напряжения.  Низкое напряжение: значение номинального напряжения и вторичный номинальный ток.  Уровень изоляции: максимальное напряжение между обмоткой и землей и между обмотками.

Типы трансформаторов Однофазный силовой трансформатор Рисунок 4: Однофазный трансформатор и их символ. Поток определяется соотношением. Как и в /, мы получаем выражение эффективного значения. Это формула Бушерота. Связь между напряжениями Для идеального трансформатора весь поток, создаваемый первичной обмоткой, пересекает вторичную обмотку.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Рисунок 5: Описание трансформатора. Коэффициент трансформации. Находятся в оппозиции к фазе. Преобразование энергии. Рисунок 7: Представление реального трансформатора. От первичного до вторичного или множественного. И наоборот, если мы переместим вторичное. Рисунок 8: Энергетический баланс Потери железа связаны с гистерезисом ферримагнитного материала и вихревым током. Потери железа пропорциональны.

И частота Баланс мощности. Силы Активная мощность Реактивная мощность Видимая мощность или. Трехфазный силовой трансформатор. Рисунок 9: Трехфазный силовой трансформатор и символ. Рисунок 11: Звездный крутящий момент Рисунок 10: Дельта-крутящий момент Рисунок 13: Крутящий момент зигзага Рисунок 14: Звездный крутящий момент Рисунок 12: Дельта-крутящий момент.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Это приводит к способам связи между первичным и вторичным. Звездная звезда Звездный треугольник Звездный треугольник Треугольник-треугольник Звездный зигзаг Треугольник-зигзаг Наиболее часто используемые модели: соответствуют звезде. Схемы соединений и их символы.

Рисунок 16: соединительная муфта со стволом Рисунок 17: звездообразно-зигзагообразная муфта Рисунок 15: нейтральная нейтральная нейтральная муфта. Уравнения трехфазного преобразования. Силы Активная мощность √ Реактивная мощность √ Видимая мощность √ или.

Ток в √ Напряжение в токе при напряжении в √. Фазовый сдвиг между током и напряжением. Особенности проектирования и эксплуатации трансформаторов. Известно, что трансформаторы являются статическими устройствами, предназначенными для преобразования одного напряжения в другое в системах переменного тока с помощью электромагнитной индукции с неизменной частотой и без существенных потерь. Среди других преимуществ - простая конструкция, высокая эффективность и отсутствие движущихся частей. В этой публикации мы познакомим вас с основными техническими характеристиками силовых трансформаторов среднего и низкого напряжения и инновационными подходами к их дизайну.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Номинальная мощность и напряжение Номинальная мощность трансформатора определяется как возможная непрерывная мощность, которую он может доставить, не превышая его температуры для соответствующего класса тепла. Номинальная мощность рассчитывается по зависимости. Обычно они имеют коммутацию ± 5% или 4х ± 2, 5%.

Измерение входной и выходной мощности с высокой точностью очень сложно. Из всех потерь - только те, что находятся в магните. Они обусловлены гистеризисом, встряхиванием и отвлечением. Максимальный КПД при максимальной нагрузке достигается при потере обмоток и магнита. Связь между температурой и временем жизни изоляции. Известно, что свечение является неизбежным процессом, который сопровождает работу электрических машин. Это связано с тепловым действием тока и вихревых токов, индуцированных в магнитных системах электрических машин.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

Обычно считается, что машина светит только в пределах допусков, рассчитанных конструкторами, подтвержденных практикой и регулируемых соответствующими стандартизационными документами. Особенно уязвимым для неприемлемого затенения является изоляция обмоток. Некоторые авторы указывают на так называемые. 6-градусное правило как показатель износа теплоизоляции. Существуют различные возможности регулирования температуры путем измерения температуры масла с помощью ртутных, мембранных и других термометров, но они не подходят для трансформаторов в рабочем режиме.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Ведущие компании в своем производстве используют устройства, встроенные в трансформаторы. Применяются специальные тепловые модели, которые имитируют тепловое состояние обмотки в реальных условиях и радиаторы, которые измеряют температуру масла, всасываемого каналом непосредственно на обмотку. Также используются датчики температуры, установленные в самой катушке и передающие данные о состоянии температуры через конкретный канал. Допустимые уровни шума Шум, создаваемый трансформатором, обусловлен электромагнитными силами, возникающими из-за полей утечки магнитной обмотки.

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Источниками этого шума являются: вибрация стен резервуаров, магнитных экранов и самих обмоток. Он определяется как дополнительный шум, излучаемый трансформатором, по сравнению с уровнями без нагрузки. Шум пропорционален квадрату тока. В хорошо спроектированном и заводском силовом трансформаторе отсутствуют резонансные колебания элементов с частотой 100 Гц. Трансформатор можно рассматривать как пространственную систему с распределенными параметрами, в которых основными осциллирующими подсистемами являются магнит, а также обмотки высокого и низкого напряжения, имеющие собственные механические резонансные частоты.

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Допустимый уровень колебаний не регулируется. Единственным ограничивающим условием является допустимый уровень шума. Следует иметь в виду, что вибрация, постоянно действующий фактор, приводит к ослаблению крепления магнитопровода, обмоток, а также к трению изоляции и, в конечном счете, к повреждению трансформатора. Короткие соединения линий электропередач представляют собой дополнительные пиковые нагрузки, ускоряя процесс старения и нанося им ущерб. В роли внешних средств снижения шума трансформаторов используются: звукопоглощающие стенки; двухслойные легкие панели и кирпичные или бетонные стены.

Максимальные ориентировочные значения индукции.


В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

Коэффициент расширения резервуара Коэффициент расширения очень важен для защиты от разрыва резервуара, особенно в случае серьезного отказа, когда трудно опираться на защитное устройство. Давление в баке из-за повреждения будет меньше, чем больше коэффициент расширения. Известно, что большинство средств безопасности стремится ограничить ущерб, а не разрешать его. Надежность оборудования способствует проведению проверок профессионального планирования. Коэффициент расширения зависит от конструкции и размеров резервуара.

В процессе строительства необходимо учитывать, что увеличение прочности обычно приводит к уменьшению протяженности. Поэтому для поддержания эластичности контейнера требуется особая осторожность. Эффективно предполагается увеличить краны резервуара с помощью дополнительных элементов, таких как зажимы. Коэффициент расширения, характерный для хорошо сконструированного резервуара, равен 1.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 - 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Более высокая гармоническая фильтрация Среди мер, которые необходимо принимать во внимание при проектировании и эксплуатации силовых трансформаторов, - фильтрация высших гармоник, обеспечение хороших возможностей по удалению огня и тепла и другие. Чтобы уменьшить потери в трансформаторах, необходимо минимизировать высшие гармоники. Для этой цели устанавливаются дроссели, пассивные или активные фильтры, гибридные фильтры, линейные дроссели и т.д. также используются возможности инфракрасной термографии для мониторинга состояния трансформатора, включая раннее обнаружение возможного перегрева его катушек, вызванных гармониками.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного - подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 - напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 - ток во вторичной цепи, в нагрузке.

Для предотвращения пожара достаточно концентрации 3-6% галона в воздухе. Практическое решение для удаления тепла, удаляемого из трансформатора, использовалось для целей отопления. Снижение потерь Среди основных направлений совершенствования конструкции силовых трансформаторов является снижение потерь. Таким образом, плавный переход от ядра к ярмо происходит по кривой, совпадающей с направлением магнитного потока. Типичным из них является то, что потери в стали не превышают 0, 1% от номинальной мощности трансформатора.

Инновационные подходы к строительству Технологическое развитие трансформаторов включает в себя различные подходы, в том числе увеличение количества сердечников сердечника, нетрадиционных обмоток и использование транспонированного проводника. Другим направлением является улучшение основной, продольной и барьерной изоляции. Он также работает над улучшением технологии изготовления различных частей трансформатора, например, изогнутых магнитных проводов. Использование специальной программы для резки пластины позволяет использовать чрезвычайно круглую секцию сердечников, что приводит к уменьшению длины обмотки.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

В традиционном подходе неравномерное распределение магнитной индукции увеличивает потери и холостой ток. Он продолжается и развивается в области производства специальной трансформаторной стали. Он инвестирует в изучение кристаллографической структуры стали. Другим, вполне логичным направлением в развитии силовых трансформаторов является их уменьшающийся размер и масса.

Полупроводниковые материалы Обнаружение в 1980-х годах полупроводниковых материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью создает новые перспективы для технического совершенствования трансформаторов. Они в основном направлены на создание моделей с малыми датчиками и органическими потерями. Преодолено основное препятствие для практического применения сверхпроводимости, а именно использование крупных криогенных систем для получения жидкого гелия. Эти системы были заменены элементарными устройствами для получения жидкого азота при атмосферном давлении.

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Еще одно техническое руководство относится к использованию гексафторида серы в качестве изолятора. В нормальных условиях это бесцветный, необратимый, негорючий газ без запаха. Современные методы диагностики трансформаторов. Хорошо известно, что диагностика играет чрезвычайно важную роль в обеспечении оптимального обслуживания машин и оборудования. Его заслуга заключается в повышении надежности, сокращении потерь обслуживания, предотвращении несчастных случаев и продлении межпериодного периода. Среди наиболее широко используемых методов диагностики трансформаторов - измерение изоляции и омического сопротивления обмоток, анализ - по импедансу короткого замыкания, газохроматографическому анализу масла и т.д. бесконтактная диагностика считается одним из методов, позволяющих раннее выявление ухудшения прочностных свойств строительных материалов.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 √P1

Где:
S - площадь в квадратных сантиметрах,
P1 - мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

s = 0,8 d²

где: d - диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
- второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

  1. Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.

Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.

Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.

Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.

К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.

В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.

При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:

120 Вт: 0,8 = 150 Вт.

  1. По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.

S (см 2) = (1,0 ÷1,2) √Р

Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.

Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см 2 .

  1. Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.

N = (50 ÷70)/S (см 2)

Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:

N = 60/13,5 = 4,44

Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.

Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

  1. Осталось определить диаметр провода обмоток.

Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.

Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).

I 1 = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

D(мм) = (0,7÷0,8)√I(А)

Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.

Диаметр провода первичной обмотки:

D 1 = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D 2 = 0,75 √6 = 1,84 мм

Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода, диаметр каждого из которых вдвое меньше нужного.

Вот и весь расчет.

Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.

Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор , но и подобрать уже готовый.

Материал статьи продублирован на видео:



Статьи по теме: