Выбор мощности силового трансформатора

Как правильно подключить

Во всех тонкостях электрики сложно разобраться простому человеку, но при использовании трансформатора понижающего типа в быту важно понимать, как происходит процесс подключения. Бывает, что возникает потребность подключения агрегата сразу на нескольких потребителей

Бывает, что возникает потребность подключения агрегата сразу на нескольких потребителей.

Стоит знать:

При подключении трансформатора сразу на несколько потребителей важно учитывать количество выходных клемм.
Общая потребляемая мощность для жильцов должна быть идентичной мощности трансформатора либо немного ниже. По мнению специалистов, идеальный второй показатель выше первого – на 20%.
Подключается агрегат через электрическую проводку, размер которой не должен быть слишком большим

Достаточно 2 м при монтаже светодиодного освещения во избежании потери мощности.
Суммарная мощность электроприборов не должна быть выше мощности трансформатора.

Если посмотреть на схему подключения понижающего трансформатора, то видно, что монтируется между распределительной коробкой мощностью 220 Вт и лампами накаливания. Провода из распредкоробки подключаются непосредственно к выключателю.

Подключение трансформатора напряжения

При подключении важно, чтобы совпадали все уравнения, касающиеся модели прибора. Также существенное значение имеет фазировка, если в одну цепь подключается сразу несколько приборов параллельно

Во избежание больших потерь мощности фазы должны быть правильно соединены между собой с образованием замкнутого контура. При несовпадении фаз начнет расти нагрузка и падать мощность. Может произойти короткое замыкание.

Трансформатор – электромагнитный аппарат. Повышает либо понижает напряжение переменного тока. Он лишен подвижных частей. Значит, является статическим. По размерам бывает с трехэтажное здание либо миниатюрное, помещаемое в руку. В составе – сердечник и несколько обмоток с расположением на магнитопроводе. Хотя может содержать всего одну обмотку без сердечника.

При работе трансформатора срабатывает принцип электромагнитного взаимодействия. Переменный ток подается на первичную обмотку, меняет направление дважды за цикл. Значит, что вокруг обмотки образуется магнитное поле, но ежесекундно исчезает. Вторичная обмотка – проводник электромагнитного взаимодействия. Там же индуцируется напряжение.

Конечно, простому человеку сложно понять конструкцию, назначение прибора. Для познания можно просто разобрать, прозвонить, подключить или демонтировать в домашних условиях.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

1. Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
2. Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.

Расчет сердечника

Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:

«P=1,9*Sc*So», где:

• P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
• 1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
• Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
• So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»

Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим. «P=1,9*70*70=9310 Ватт»

Определим количество витков первичной обмотки

В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу. К=35/ Sc, где:

• K – количество витков на 1 вольт напряжения.
• 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
• Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.

Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию. «K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу. «W1=U1*K», где:

• W1- количество витков в первой обмотке.
• U1 – необходимое напряжение в этой точке.
• K – количество витков на 1 вольт напряжения.

«W1=220*0,5=110» – витков. С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим. «W2=35*0,5=17,5» – витков.

Расчет сечения применяемых проводов

Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора: «I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера» С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки. «I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.

Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.

Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера. Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:

1. Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
2. Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.

Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:

1. 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
2. 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.

Перемотка трансформатора своими руками. Практический пример

Теперь, уяснив некоторые моменты, о которых нужно знать, приступаем к перемотке трансформатора. Далее будет описан пример перемотки в «живом формате рассказа», если бы я под диктофон записывал в хронологическом порядке все свои действия для Вас :). Итак, кнопка «Запись» включена, пленка кассеты с характерным шуршанием наматывает пленку с одной катушки на другую. Вечер, на столе горит настольная лампа, а в воздухе витает запах канифоли …

Друг попросил собрать двуполярный источник питания для питания синтезатора «Юность-21». Необходимо было получить на выходе стабильные +/- 10 вольт. В своих радиолюбительских запасах специфического трансформатора не нашлось. Решено было самостоятельно изготовить под необходимые параметры. За основу переделки был взят трансформатор броневого типа с Ш-образным магнитопроводом, ранее работавший в блоке питания одноканального усилителя. По предварительным подсчетам общая нагрузка на трансформатор в усилителе составляла 3А, что соответствовало с запасом для нагрузки проектируемого блока питания.

Взяв во внимание габаритную мощность трансформатора и толщину проволоки вторичной обмотки, прикинул, что  первичная обмотка должна быть намотана проволокой подходящего диаметра (замеры микрометром после смотки вторичной обмотки это подтвердило). Измерение тока холостого хода так же подтвердило пригодность выбранного трансформатора (не нужно было доматывать первичку)

Оставалось лишь  разобраться с вторичной обмоткой.

Для двуполярного блока питания необходимо иметь две симметричные обмотки рассчитанные на 1 Ампер нагрузки (на трансформаторе под переделку они уже имеется). Подключаем трансформатор в сеть 220В и замеряем напряжения на отводах обмоток. Полученные значения записываем на черновик для последующих расчетов. Далее разбираем трансформатор для его перемотки.

Откручиваем шпильки и убираем кронштейны трансформатора. Перед нами  Ш-образный магнитопровод броневого типа. Он состоит из Ш-образных пластин и I-образных пластинок, которые между собой чередуются и перекладываются определенным образом.

Для облегчения процесса разбора аккуратно счищаем лак/краску

Удаление лакокрасочного покрытия (если это необходимо) производят крайне осторожно, чтобы не повредить поверхность пластин и не оставить заусенец, которые могут замкнуть между собой пластины магнитопровода. По возможности обходимся без этих манипуляций

Вначале необходимо удалить I-образные пластинки. Аккуратно подцепляем ножом или плоской тонкой отверткой подцепляем и вытягиваем их все. После этого поочередно вынимаем из каркаса катушки трансформатора Ш-образные пластинки.

После того, как катушку трансформатора отделили от магнитопровода, приступаем к дальнейшим действиям. Перед нами сейчас стоит задача подсчитать количество витков во вторичных обмотках. Первичную обмотку не трогаем.

Две вторичные обмотки по итогам измерения имеют одинаковые напряжения и симметричны  друг другу (зеркально отображают количество витков). Узнаем количество витков одной обмотки – будем знать, сколько их у другой. После подсчета не придется сматывать полностью все витки, мы лишь подсчитаем, сколько необходимо смотать проволоки для того, чтобы получить нужное напряжение.

Усевшись за стол в спокойной обстановке перед собой располагаем листок бумаги, ручку (карандаш) и катушку трансформатора. Начинаем разматывать проволоку и считаем сматываемые витки. После каждых десяти сматываемых витков на листке бумаге помечаем отметкой, например, вертикальную черточку, что будет соответствовать 10-ти виткам. Так же будем поступать при намотке проволоки на катушку. Это нужно для того, чтобы не запутаться и не сбиться со счета. Так же можно использовать простой калькулятор, приплюсовывая значения витков.

Несколько советов:

-Перед работой проследите, чтобы вокруг Вас не было острых поверхностей предметов мебели, по которым может тереться или зацепиться сматываемая проволока (не повредите эмалевую изоляцию обмоточных проводов!);

-Сматывайте проволоку на отдельную катушку. Так она будет уложена ровно без повреждений, что позволит использовать её повторно;

-Так же важно аккуратно сматывать проволоку, чтобы избежать в процессе образовывающихся петель и заломов – так мы сохраним проволоку относительно ровной и не повредим эмалевое покрытие медной проволоки при её выгибании

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.

Порядок и правила расчета мощности преобразователя

Главный параметр, по которому выбирается блок питания – номинальная мощность. Перед тем как рассчитать блок питания для светодиодной ленты, нужно узнать мощность всей полосы и прибавить запас. Минимальное значение запаса составляет 30% от всей нагрузки.

В первую очередь следует узнать, сколько потребляет 1 метр изделия. Эти данные указываются на упаковке или в паспорте ленты. Если упаковка утрачена, рассчитать мощность можно в зависимости от типа используемых светодиодов. Данные находятся по таблицам.

Затем измеряется длина всех отрезков ленты, которые будут подключены к блоку питания. Мощность рассчитывается по следующей формуле: Pб= Pл*Lл*K, где

• Pб – рассчитываемая мощность блока питания;
• Pл – мощность, которую потребляет 1 метр светодиодной ленты;
• Lл – общая длина подключаемых кусков ленты;
• K – Коэффициент запаса (минимальное значение 1,3).

Запас мощности необходим для того, чтобы блок не работал на пределе возможностей. Если не учитывать этот показатель, устройство прослужит недолго – будет происходить нагрев корпуса и внутренних компонентов схемы, разрушения мест припоя.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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: