Как найти напряжение в трансформаторе

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Как бы ни развивалась электроника, но всё же отказаться от такого устройства, как трансформатор пока не удаётся. Каждый надёжный блок питания и преобразователь напряжения содержит этот электромагнитный аппарат с гальванической развязкой обмоток. Они применяются широко и на производстве, и в быту, и представляют собой статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу взаимоиндукции. Состоят такие устройства из двух основных элементов:

замкнутого магнитопровода;
двух и более обмоток.

Обмотки трансформаторов не имеют между собой никакой связи, кроме индуктивной. Предназначен он для преобразования только переменного напряжения, частота которого, после передачи по магнитопроводу, будет неизменна.

Расчет параметров трансформатора необходим для того, чтобы на вход этого устройства было подано одно напряжение, а на выходе генерировалось пониженное или повышенное напряжение другой заданной величины. При этом нужно учесть токи, протекающие во всех обмотках, а также мощность устройства, которая зависит от подключаемой нагрузки и от назначения.

Любой даже простейший расчет трансформатора состоит из электрической и конструктивной составляющей. Электрическая часть включает в себя:

Читайте также: Как найти мощность электрического тока: формулы и расчёты

Определение напряжений и токов, протекающих по обмоткам;
Определение коэффициента трансформации.

К конструктивным относятся:

Размеры сердечника и тип устройства;
Выбор материала сердечника трансформатора;
Возможные варианты закрывающего корпуса и вентиляции.

Через один квадратный сантиметр сечения магнитопровода протекает магнитная индукция, единица измерения её — Тесла. Тесла, в свою очередь, выдающийся физик, в честь которого и она и названа. Это значение напрямую зависит от частоты тока. И так при частоте 50 Гц и, допустим, 400 Гц величины индукция (тесла) будет разной, а значит и габариты устройства с увеличением частоты снижаются.

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно. Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания. Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке. Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет однофазного трансформатора

Особенности применения и устройства сварочных трансформаторов

Рассчитывая понижающие трансформаторы однофазного тока, как самые распространенные в быту, для начала нужно выяснить его мощность. Конечно, понизить напряжение можно и другими способами, но этот самый эффективный и даёт ещё вдобавок гальваническую развязку, а значит возможность подключения силовой нагрузки.

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему. Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

Примерная мощность будет равна произведению тока на напряжение. Стоит учесть также и КПД. Для силовых аппаратов он составляет примерно 0,8–0,85. Тогда с учётом этого коэффициента полезного действия расчётная мощность будет составлять:

Именно эта мощность и ложится в основу расчёта поперечного сечения сердечника, на котором будут произведены намотки обмоток. Кстати, видов этих сердечников магнитопровода может быть несколько, как показано на рисунке снизу.

Далее, по этой формуле определяем сечение

Коэффициент 1–1,3 зависит от качества электротехнической стали. К электротехнической стали относится чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1–8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.

Читайте также: Расчет компенсации реактивной мощности в электрических сетях 0.4 кВ

После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.

Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток. Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции. Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

Ток в обмотке равен

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

где 0,7-0,9 это коэффициент плотности тока в проводнике. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе.

Существует множество методов расчёта характеристик и параметров, этот же самый простой, но и примерный (неточный). Более точный расчет обмоток трансформатора применяется для производственных и промышленных нужд.

Определение поперечного сечения стержня и ярма сердечника трансформатора

Отношение потерь в меди обмоток трансформатора к потерям в стали сердечника в маломощных силовых трансформаторах, работающих приблизительно при номинальных нагрузках, по условиям максимума КПД желательно иметь в пределах:

Отношение веса стали сердечника к весу меди обмотки составляет:

где Bс и j берутся из позиции 2.

Удельные потери в стали сердечника kс при B = 1 Тл и f = 50 Гц, по данным ГОСТ 802-581, в зависимости от марки стали и толщины листа δс, составляют:

– марка стали Э41:

Читайте также: Какой лучший частотный преобразователь для одной фазы в три?

при δс = 0,5 мм – kс = 1,6 Вт/кг при δс = 0,35 мм – kс = 1,35 Вт/кг

– марка стали Э11:

при δс = 0,5 мм – kс = 3,3 Вт/кг

– марки стали Э310 и Э320:

при δс = 0,5 мм – kс = 1,25 Вт/кг; kс = 1,15 Вт/кг при δс = 0,35 мм – kс = 1,00 Вт/кг; kс = 0,9 Вт/кг

Поперечное сечение стержня сердечника трансформатора определяется по следующей формуле:

где P1 = U1 × I1 – потребляемая мощность однофазным трансформатором, ВА; P1 = √3 × U1 × I1 – потребляемая мощность, трехфазным трансформатором, ВА; α = Gс / Gм – отношение веса стали к весу меди обмотки, определяемое по предыдущей формуле; U1 и f – берутся из задания; I1 – из позиции 1, Bс и j – из позиции 2.

Постоянный коэффициент C в среднем может быть приближенно принят:

для однофазных стержневых трансформаторов ……… для однофазных броневых трансформаторов ………… для трехфазных стержневых трансформаторов ………

С = 0,6 С = 0,7 С = 0,4

Поперечное сечение ярма трансформатора стержневого типа можно принять:

Sя = (1,0 ÷ 1,2) × Sс [см2] .

Поперечное сечение ярма трансформатора броневого типа:

Размер сторон квадратного поперечного сечения стержня (рисунки 2, 3 и 4):

Возможно отступление от квадратной формы поперечного сечения стержня, при этом bс = (1,2 ÷ 2,0) × aс.

Высота ярма (рисунки 2, 3 и 4):

где kз – коэффициент заполнения сечения сердечника сталью, выбираемый из таблицы 1 в зависимости от принятой толщины листа δс. По размерам aс, bс и hя можно выбрать ближайшую стандартную П-образную или Ш-образную пластины сердечника трансформатора из таблицы 2.

Толщина листа, мм	Коэффициент заполнения поперечного сечения стержня сталью	Изоляция между листами
0,5 0,35 0,2 0,1	0,92 0,86 0,76 0,65	лак – – –

Тип сердечника	Размеры сердечника, мм
Тип сердечника	aс	bс	hя	H	b
Ш-10 × 10 Ш-10 × 15 Ш-10 × 20 Ш-12 × 12 Ш-12 × 18 Ш-12 × 24 Ш-14 × 14 Ш-14 × 21 Ш-14 × 28 Ш-16 × 16 Ш-16 × 24 Ш-16 × 32 Ш-18 × 18 Ш-18 × 27 Ш-18 × 36 Ш-20 × 20 Ш-20 × 30 Ш-20 × 40 Ш-24 × 24 Ш-24 × 36 Ш-24 × 48 Ш-30 × 30 Ш-30 × 45 Ш-30 × 60 Ш-40 × 40 Ш-40 × 60 Ш-40 × 80	10 10 10 12 12 12 14 14 14 16 16 16 18 18 18 20 20 20 24 24 24 30 30 30 40 40 40	10 15 20 12 18 24 14 21 28 16 24 32 18 27 36 20 30 40 24 36 48 30 45 60 40 60 80	5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 12 12 12 15 15 15 20 20 20	15 15 15 18 18 18 21 21 21 24 24 24 27 27 27 30 30 30 36 36 36 45 45 45 60 60 60	5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 12 12 12 15 15 15 20 20 20	bс – толщина пакета

В этом случае возможно отступление от квадратной формы поперечного сечения стержня для получения заданного значения сечения Sс; при этом обычно bс ≥ aс.

Расчёт трехфазного трансформатора

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Читайте также: Бездоговорное и безучетное потребление электроэнергии

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Выбор размеров окна сердечника и укладка обмоток на стержнях трансформатора

Форма окна сердечника трансформатора оказывает значительное влияние на величину намагничивающего тока, расход стали на сердечник и меди на обмотки трансформатора. Излишняя высота окна сердечника H повышает намагничивающий ток Iμ и увеличивает расход стали и вес трансформатора. Заниженная высота окна повышает нагрев обмотки и увеличивает расход меди на них.

Как показывает опыт, наивыгоднейшая форма окна сердечника трансформатора получается при отношении высоты окна H к его ширине b в пределах 2,5 – 3 (рисунки 2, 3 и 4).

Если при расчете сердечника трансформатора принята стандартная форма П-образных или Ш-образных пластин из таблицы 2, то размеры H и b берутся из этой же таблицы.

При расположении обмоток на стержнях сердечника трансформатора нужно иметь в виду следующее: чем меньше диаметр обмоточного провода, тем выше его стоимость. Поэтому для уменьшения общей стоимости трансформатора целесообразно обмотку с более тонким проводом располагать на стержне первой.

Для уточнения ширины окна сердечника b необходимо вычислить радиальную толщину обмоток трансформатора.

Число витков первичной обмотки в одном слое:

где d1н – берется из позиции 5; ε1 – расстояние от обмотки до ярма, обычно ε1 = 2 – 5 мм.

Число слоев первичной обмотки однофазного однокатушечного или трехфазного трансформаторов (рисунок 5, б и в):

Полученное значение m1 округляется до ближайшего большего целого числа.

В случае однофазного двухкатушечного трансформатора стержневого типа число витков на стержне будет (рисунок 5, а):

Толщина первичной обмотки:

где γ1 – толщина изоляционной прокладки между слоями. Изоляционные прокладки следует применять лишь при напряжении между слоями свыше 50 В. Толщина изоляционных прокладок обычно не превышает 0,03 – 0,10 мм; d1н – берется из позиции 5.

Рисунок 5. Формы катушек маломощных двухобмоточных трансформаторов: а – стержневого двухкатушечного; б – стержневого однокатушечного; в – броневого

Число витков вторичной обмотки в одном слое:

Число слоев вторичной обмотки однофазного однокатушечного или трехфазного трансформаторов (рисунок 5, б и в):

Полученное значение m2 также округляется до ближайшего большего числа.

В однофазном двухкатушечном трансформаторе стержневого типа число витков на стержне W2 / 2 (рисунок 5, а):

Толщина вторичной обмотки:

где d2н берется из позиции 5.

Ширина окна сердечника однофазного трансформатора с одной круглой катушкой (рисунок 5, б):

b = ε0 + ε2 + δ1 + δ12 + δ2 + ε3 ,

– зазор от стержня до катушки (рисунок 5, б); ε0 = 1,0 – 2,0 – толщина изоляции между катушкой и стержнем, выполняемой обычно из электрокартона; δ12 – толщина изоляции между обмотками, выполняемая обычно в маломощных трансформаторах из электрокартона и лакоткани толщиной 0,10 – 1,0 мм; ε3 – расстояние от катушки до второго стержня, принимаемое обычно в пределах ε3 = 3 – 5 мм; δ1 и δ2 – толщина соответствующих обмоток, мм.

Ширина окна однофазного трансформатора с двумя круглыми катушками, а также трехфазного трансформатора с аналогичными катушками (рисунок 5, а):

b = 2 × (ε0 + ε2 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3 .

Ширина окна однофазного трансформатора с одной прямоугольной катушкой (рисунок 5, в):

b = k2 × (ε0 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3 ,

где k2 = 1,2 – 1,3 – коэффициент увеличения толщины катушки за счет неплотностей прилегания слоев, в результате чего катушка приобретает овальный вид.

Ширина окна однофазного трансформатора с двумя прямоугольными катушками, а также трехфазного трансформатора с аналогичными катушками:

b = 2 × k2 × (ε0 + δ1 + δ12 + δ2) + ε3.

Расчет тороидального трансформатора

Задача и особенности заземления трансформаторов.

Такая конструкция трансформаторов используется в радиоэлектронной аппаратуре, они обладают меньшими габаритами, весом, а также повышенным значением КПД. За счёт применения ферритового стержня помехи практически отсутствует, это даёт возможность не экранировать данные устройства.

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
Площадь сечения сердечника и его размеры

Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.

Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Вес меди и потери обмоток трансформатора

Вес меди обмоток трансформаторов определяется по следующим формулам:

а) однофазный трансформатор:

Gм1 = 8,9 × W1 × q1 × lω1 × 10-5 [кг] ; Gм2 = 8,9 × W2 × q2 × lω2 × 10-5 [кг] ;

б) трехфазный трансформатор:

Gм1 = 3 × 8,9 × W1 × q1 × lω1 × 10-5 [кг] ; Gм2 = 3 × 8,9 × W2 × q2 × lω2 × 10-5 [кг] .

Читайте также: Принцип работы и виды герконовых датчиков, схема и применение

Полный вес меди обмоток:

Gм = Gм1 + Gм2 [кг] ,

где W1 и W2 берутся из позиции 4, q1 и q2 – из позиции 5; lω1 – средняя длина витка обмотки в сантиметрах, определяемая следующим образом:

а) в случае круглых катушек обмоток (рисунок 5, б):

lω1 = π × (aс × √2 + 2 × ε0 + δ1) [см] ; lω2 = π × (aс × √2 + 2 × ε0 + 2 × δ1 + 2 × δ12 + δ2) [см] ;

б) в случае прямоугольных катушек обмоток (рисунок 5, а и в):

lω1 = 2 × (aс + bc +4 × ε0 + 2 × δ1) [см] ; lω2 = 2 × [aс + bс +4 × (ε0 + δ1 + δ12) + 2 × δ2] [см] ,

где aс и bс берутся из позиции 3; δ1 и δ2 – из позиции 6.

Потери в меди обмоток трансформатора определяются по следующей формуле:

Pм = 2,4 × j2 × Gм [Вт] ,

где j берется из позиции 2.

Потери в меди вычисляются для каждой обмотки трансформатора отдельно.

Суммарные потери в меди обмоток:

Pм = Pм1 + Pм2 [Вт] .

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор. Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное. Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

Напряжение и силу одного витка измеряют в вольтах и оно будет равно E=Pдл0.095+0.55. Зная эти величины можно приступить и к полному расчёту.

Проверка трансформатора на нагревание

Превышение температуры обмоток и сердечника трансформатора над температурой окружающей среды приближенно можно определить по формуле:

где Pм – суммарные потери в меди обмоток из позиции 7; Pс – потери в стали сердечника из позиции 8; aо = (10 – 12) × 10-4 – средний коэффициент теплоотдачи открытой поверхности обмоток и сердечника, Вт/см2 × град; Sсер и Sобм – открытые поверхности сердечника и обмоток трансформатора, см2; ΔΘ° — перепады температуры от внутренних слоев обмоток к наружным, который для пропитанных лаком обмоток приближенно может быть принят 10 – 15°С.

1 Для того чтобы не нарушать хронологию изложения материала взятого из источника представленного ниже, в тексте указан, не действующий на сегодняшний день, стандарт ГОСТ 802-58. Его действующим аналогом, является ГОСТ 21427.1-83. Соответственно марки стали Э11, Э41, Э310, Э320, Э34, Э340, Э44, Э47 и Э48 являются устаревшими и не производятся. Выбирая сталь при расчете сердечника пользуйтесь ГОСТ 21427.1-83.

Источник: Ермолин Н. П., «Как рассчитать маломощный силовой трансформатор» – Ленинград: Госэнергоиздат, 1961 – 52с.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

Упростить варианты расчета трансформатора можно применяя специальные калькуляторы расчета, которые предлагают некоторые интернет-ресурсы. Стоит только внести желаемые данные, и автомат выдаст нужные параметры планируемого электромагнитного устройства.

Как правильно рассчитать количество витков трансформатора для разных типов устройств

Вопрос-ответ

Автор Andrey Ku На чтение 5 мин Опубликовано 09.08.2019

При необходимости самостоятельно изготовить устройство питания электронной аппаратуры вопрос, как самостоятельно рассчитать количество витков трансформатора и как определить данные для проводов первичной и вторичных обмоток, стоит наиболее часто.

Правильный расчет возможен при наличии исходных данных по характеристикам мощности потребителей, напряжений входа и выхода. показатели массы и габаритов устройства, также могут накладывать ограничения.

На что влияет количество витков в трансформаторе

Если говорить о вторичных обмотках трансформатора, то значение числа витков в них в основном влияет на выходное напряжение. Сложнее все обстоит с первичной обмоткой, поскольку напряжение на ней задано питающей сетью. Параметры первичная обмотка оказывают влияние на ток холостого хода, а, следовательно, на коэффициент полезного действия. При изменении параметров первичной обмотки потребуется перерасчет всех вторичных обмоток.

Методика расчета

Полный расчет трансформатора довольно сложен и учитывает такие параметры:

напряжение и частоту питающей сети;
число вторичных обмоток;
ток потребления каждой вторичной обмотки;
тип материала сердечника;
массогабаритные показатели.

На бытовом уровне для изготовления устройств с питанием от стандартной сети 220В 50Гц, проектирование можно значительно упростить.

Методика не требует особенных знаний сложности, и при наличии опыта занимает немного времени.

Для расчета требуются следующие данные:

Количество выходов.
Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.

В основе конструирования любого трансформатора лежит суммарная мощность всех вторичных нагрузок:

Для учета потерь введено понятие габаритной мощности, для вычисления которой применяется несложная формула:

Зная мощность, можно определить сечение сердечника:

Полученное значение сечения будет выражено в квадратных сантиметрах!

Дальнейшие расчеты зависят от типа и материала выбранного сердечника. Магнитопроводы бывают следующих типов:

броневые;
стержневые;
О-образные.

Также различаются и способы изготовления магнитопроводов:

наборные – из отдельных пластин;
витые, разрезные или сплошные.

Разрезными обычно бывают броневые или стержневые магнитопроводы, а О-образные конструктивно выполняются исключительно цельные. В этом отношении они ничем не отличаются от не разрезных стержневых сердечников.

Для определения числа витков используют следующее соотношение, показывающее, сколько необходимо витков на 1 вольт напряжения:

где К – коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.

Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:

Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
Для разрезных магнитопроводов К=50.
Для О-образных сердечников К=40.

Как видно, наименьшая длина обмоточного провода, а следовательно, и наилучшие массогабаритные показатели будут у О-образных сердечников. Кроме этого, конструкции с такими сердечниками имеют малое поле паразитного магнитного рассеивания и максимальный КПД. Их редко применяют только потому, что намотать обмотку на замкнутый сердечник трудно технически.

Зная параметр W, легко определить количество витков для каждой из обмоток:

Для учета падения напряжения на первичной обмотке, намотанной большим количеством тонкого провода, следует увеличить количество витков в ней на 5%. Особенно это касается малогабаритных конструкций малой мощности.

Можно снизить ток холостого хода, увеличив значение W для каждой из обмоток, но следует знать, что чрезмерное увеличение может привести к насыщению магнитопровода, что приведет к резкому увеличению тока холостого хода и снижению напряжения на выходе.

На заключительном этапе определяют диаметр проводников каждой обмотки. Формула расчета имеет следующий вид:

Определение диаметра обмоточного провода выполняют для всех без исключения обмоток.

Полученные значения округляют до ближайшего большего значения из стандартных диаметров проводов.

Альтернативный метод по габаритам

Ориентировочные параметры трансформатора, исходя из имеющегося в наличии сердечника, допускается определить иным путем., а затем сделать выводы о возможности дальнейшего использования.

Зная площадь сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, можно оценить максимальную мощность, которую способен обеспечить данный преобразователь:

Следует иметь в виду, что данная мощность является габаритной, а реальная будет иметь меньшее значение:

Обычно, при условии соответствия расчетной мощности и требуемой, первичную обмотку, подключаемую в сеть 220 В, можно оставить нетронутой, заново рассчитав только параметры на выходах.

Использование мультиметра

Используя мультиметр, можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого необходимо выполнить дополнительную катушку из любого имеющегося в наличии провода. После подключения устройства в сеть необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь можно легко подсчитать необходимое число витков на вольт и выполнить перерасчет трансформатора под нужные требования.

Таблица количества вольт на виток

Для того, чтобы постоянно не выполнять расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой приведены усредненные данные обмоток в зависимости от мощности:

Мощность, P	Сечение в см 2 , S	Количество вит. /В, W	Мощность, P	Сечение в см 2 , S	Количество вит. /В, W
1	1.4	32	50	9.0	5.0
2	2.1	21	60	9.8	4.6
5	3.6	13	70	10.3	4.3
10	4.6	9.8	80	11.0	4.1
15	5.5	8.4	90	11.7	3.9
20	6.2	7.3	100	12.3	3.7
25	6.6	6.7	120	13.4	3.4
30	7.3	6.2	150	15.0	3.0
40	8.3	5.4	200	17.3	2.6

Примеры реальных расчетов

В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:

напряжение сети – 220В;
выходное напряжение – 14В;
ток вторичной обмотки – 10А;

Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт

Габаритная мощность: P=1.25∙ 140=175 Вт.

Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см 2

Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см 2 .

Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт

Для обмоток общее количество витков равняется:

первичная обмотка n₁=220∙3.6= 792 витка;
вторичная обмотка n₂=14∙3.6=50 витков.

Поскольку трансформатор мощный, то падение напряжения на первичной обмотке можно не учитывать.

Определяем диаметр обмоточных проводов: d₂=0.7√10=2.2 мм.

Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.

Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0.8А.

Данному току соответствует диаметр: d₁=0.7√0.8=0.63 мм.

Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.

Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.

Силовые трансформаторы, простой расчет

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

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

Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.

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.

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 .

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

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

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.

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).

I₁ = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

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

Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.

Диаметр провода первичной обмотки:

D₁ = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D₂ = 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. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.

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:

32 комментария к “Силовые трансформаторы, простой расчет”

Спасибо за комментарий.
спасибо за статью. написано доходчиво. Всего наилучшего!

Если нет толстого провода, то двойной тоньше берется не по диаметру, а по поперечному сечению. Два по 0,5 — это примерно один 0,8 , а не один 1,0!

если схема вторички (двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и двумя обмотками) толщина проводов в таком варианте какая должна быть ?
PS у меня есть трансформатор 220 — толщина 0,7 мм , 36,8V (17,6V) — толщина 1,7 мм, какая мощность и возможный ток для данного транса . (транс 70-ых годов Ш типа)

Если толщина (я так понимаю, диаметр) провода первичной обмотки 0,7мм (сечение 0,38мм кв), то допустимый ток 1,15 А. Мощность по первичной обмотке 220В х 1, 15А = 253Вт, с учетом кпд, чуть больше 220Вт.
Если вторичная обмотка одна, на 36В, то вся мощность для неё. Это ток 220Вт : 36В = 6 А.
Диаметр вторички 1,7мм это сечение 2,27мм кв. При плотности тока для меди 3,2А/мм кв, это даже больше 7А. При длительной работе до предела лучше не нагружать. Если двухполупериодный выпрямитель со средней точкой то постоянное напряжение (при переменном напряжении на каждой обмотке 17,6В) будет 17,6 х 1,41 =24,8В,(реально чуть меньше), а ток около10А. При больших значениях тока напряжение будет падать, т.к.ограничение предельной мощностью первички и потерями.

Очень полезно и доходчиво. Спасибо!
Как повысить напряжение за диодным мостом на 2-3вольта

Скажыте пожалуста если у меня было зярядное для авто мочнасть 150вт,,10А.а сердечник 1.6см на 4см то какой диаметр провода мне нужен для того чтобы перемотать.

Я так понял, обмоток нет? Какой именно трансформатор Вы хотите намотать? Какое напряжение вторичной обмотки?

Если там есть конденсаторы и пульсаций нет, то без увеличения витков никак. Повысится входное напряжение сети, повысится и за диодным мостом. Можно просто, не разбирая трансформатор, домотать несколько витков и соединить последовательно с уже существующей обмоткой. Важно соблюсти фазировку, иначе общее напряжение уменьшится.

Сгорела первичная обмотка состоящая из 2х часчей первая половина 0.6 провод вторая 0.55,если перемотать проводом 0.6 сколько витков нужно добавить или убрать?

Количество витков то же самое. Из 2х частей обмотки делали для напряжения 127 и 220 вольт. Причем на 127 вольт провод большего диаметра, потому, что для получения той же мощности при меньшем напряжении нужен больший ток. Если будете мотать только на 220 В можно все мотать проводом 0,55.

Эти расчёты хороши когда совсем ничего нет, а если у меня сгорела первичная обмотка d=0.52мм трансформатора Зарядного устр. И у меня трансформатор с S=22.4 кв.см, есть запасная первичная обмотка с d=0.52мм и целая вторичная обмотка с d=1.8мм., то сколько витков я должен намотать первичной обмотки. Эти расчёты мне ответа на этот вопрос не дают….

Самый точный вариант — посчитать витки сгоревшей первичной обмотки.
Второй вариант, если известно, какое напряжение выдает вторичная обмотка. Снять сгоревшую первичную, подать от ЛАТРа или другого трансформатора на вторичную ее напряжение (сколько там нужно 18В или другое), намотать на сердечник, например три витка и измерить напряжение. Зная напряжение на трех витках можно определить количество витков на вольт и рассчитать витки для 230В первичной обмотки.

Спасибо Вам за ответ! Первый вариант мне точно не подходит, потому что начал я эту возню с трансом из за того, что он выдавал 18 вольт переменного тока и на АКБ поступало 13,83 вольт постоянного тока. Решил добавить несколько витков вторичной обмотки, чтобы было хотя бы ~
20 вольт, при забивке железных пластин разлетелся старый картонный каркас и пластины повредили или оборвали витки первичной обмотки. Картонный каркас толщиной 1,5мм заменил на гетинаксовый с толщиной стенок 4мм, восстановил спайкой и изоляцией старую обмотку — количество витков на более толстом новом каркасе оказалось меньше, чем на старом — в результате быстрый перегрев и межвитковое замыкание или к.з. через 2 минуты работы. По Вашим формулам посчитал, что трансформатор мой мощностью 414 ватт, и витков на первичке надо 594, а на вторичке 54 с количеством 2,7 витка на 1 вольт, хотя этот расчёт не для моего провода… Вы пишете — подать на вторичку 18 вольт от ЛАТРА, намотать первички 3 витка и измерить напряжение чтобы определить количество витков на 1 вольт. Я всё правильно у Вас понял?

Да, правильно. Только замкнувшая первичная обмотка должна быть снята!

Спасибо Вам , за мудрый совет! Ещё такой у меня к Вам вопрос — при намотке первичной обмотки очень ли обязательно применять трансформаторную бумагу разделяющую слои намотки? Ведь снимая старую обгоревшую обмотку я заметил, что нижние слои её очень хорошо обгорели…

Конечно бумага улучшает надежность. Можно промазывать каждый слой электротехническим лаком. Это еще лучше. Делается для того, чтобы витки при работе не вибрировали. Наверное слышали, что гудит не только трансформаторное железо, но и обмотка. Витки при колебании повреждают изоляцию и замыкают. Лак, высохнув, связывает их и предотвращает это. Бумага, в принципе, для этого тоже, а не только для улучшения изоляции.

Интересно узнать Ваше мнение, по комментариям я читал, что вместо бумаги используют скотч ленту и хвалятся этим, а вместо электротехнического лака используют лак для ногтей. Конечно, любая бумага при длительном нагревании превращается в пепел, но ведь и скотч тоже не термоустойчив и будет плавиться, ведь зарядное устройство работает по 12 и по 24 часа непрерывно и нагрева трансформатора не избежать. Лак для ногтей я отлично использовал для изготовления печатных плат, но как он ведёт себя при нагревании в трансформаторе не знаю… Какое у Вас мнение?

Скотч однозначно плохо. При нагревании он плавится а его клей может выделять вещества, которые могут нарушить лаковое покрытие обмоточного провода. В лаке для ногтей тоже возможно наличие различных присадок. Хорошо эпоксидный клей, шеллак, компаунд для заливки кабельных муфт и т.д.

Спасибо за Ваши рекомендации. Кстати, я давно уже перемотал транс по Вашей методике и получил на выходе вместо 18 Вольт всего 12,9 Вольт переменного напряжения. Сначала намотал 3 витка первички (почему не 30 — ведь точнее было бы?), потом вторичку, забил пластины, от ЛАТРА подал на вторичку 18 Вольт как было и на первичке измерил U=0.8 Вольта. Это соответствует, что надо 3,75 витка на 1 Вольт, затем умножаем на 230 Вольт и получаем 863 витка первичной обмотки. Всё это точно намотал и получил пониженное напряжение на выходе, Думаю, что этот метод не совсем точный?

Согласен, метод упрощенный и не совсем точный. При любом расчете после включения обнаруживаются неточности. Конечно, их процент, в зависимости от сложности расчетов, разный. При точном расчете необходимо знать марку сердечника, или определить его насыщение экспериментально, потери на активном сопротивлении обмоток, взаимную индукцию обмоток, зависящую от их расположения и т.д.

Доброго времени суток! Вопрос у меня такой: мое автомобильное зарядное устройство выдает 10 вольт переменного напряжения от трансформатора, хотя раньше выдавало минимум 12.8 В, по вашему мнению что могло произойти?

Изменилось напряжение сети. У трансформатора при изменении напряжения на сетевой обмотке на столько же процентов изменяется напряжение вторичной обмотки. Например, в сети напряжение упало на 10%. Стало 230В-23В= 207В.
На вторичной обмотке при этом будет 12,8В — 1,28В = 11,52В

Добрый вечер! Расчет верен для повышающего трансформатора? Есть железо 10квт транса, нужно переменку 2100 вольт с током 2 Ампера (достаточно) на ламповый кв усилитель. Вышло диаметр вторички ~ 1 мм

Добрый вечер. Подскажите пожалуиста. Имеется старый З/у шуруповерта на никель-кадмиевых акб хилти 7/24. Перестал работать, обнаружил обрыв обмотки трансформатора внутри. На вторичке намерил 53 Ом,, на первичке обрыв. Хотел попробовать наити обрыв, в итоге испортил и без того мертвый транс. Вопрос, как определить, сколько вольт и ватт выходило на вторичке, если нет ни схем, ни данных, только название транса VE28E94, было еще TAM K 0735, но думаю,это типа серии и даты!? 4 вывода на одной сороне(по сути их 2 запараллеленных) и 5 выводов с другой (тоже идут как 2шт на плате), размерами сердечник в/ш/толщина сердечника/ширина сердечника в мм, 30х55х5х14, если это в чем то поможет.

Здраствуйте уважаемый автор .;У меня имеется трансформатор тороидальный с несколькими вторичными обмотками .Одна из них 28-0-28 ,То есть со средней точкой 28 в (действующее напряжение на ней )
мне нужно узнать амплитудное напряжение на этой обмотки без измерения вольтметром .если умножить на 1,41 28 в то получится 39,48в .наверное это завышеное напряжение на ней .как более точно его узнать без измерения .что бы не купить для фильтра выпрямителя сглаживающего конденсаторы 100 в .немного дороговато они стоят .как можно узнать это напряжение на вторичной обмотки без измерения вольтметром или мультиметром ?заранее благодарен за ответ .

И еще вопрос к вам если я поставлю выпрямитель из диодного моста типа KBPC ли KBu мне считать напряжение 56 В или 28 В или 39,78 В или 78,96В?

всё правильно амплитудное это — среднеквадратичное умноженое на корень из двух, если это в вашем случае 40 вольт то конденсатор на 63 вольта в самый раз

господа! там в начале слишком неправильно приведено значение N берите его — для Ш-образного железа 45, а для витого и тороидального 35-40, я вам как специалист говорю, там заявлено 50-70 это бред полный, можете перепроверить на любом заводском трансе, а у импортных магнитопроводов он 45 не достигает всегда немного меньше

Оставьте комментарий Отменить ответ

Январь 2023

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
« Дек
1
2	3	4	5	6	7	8
9	10	11	12	13	14	15
16	17	18	19	20	21	22
23	24	25	26	27	28	29
30	31