Расчет трансформатора: формулы, применение онлайн-калькуляторов

Расчет трансформатора: формулы, применение онлайн-калькуляторов

Трансформатор представляет собой тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую, пропорциональную потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силовой аппаратуры может содержать обычно одну первичную обмотку, и одну или несколько вторичных.

Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора порой отнимает много времени и не каждому под силу выполнить его качественно. А ведь от правильности процесса зависит многое. Стабильность работы готового устройства, КПД, потребляемая мощность. Кроме этого при неправильном расчете с намоточным устройством могут происходить самые разнообразные непонятные вещи:

  • перегреваться;
  • издавать звенящие звуки при работе;
  • потреблять большое количество мощности при низком КПД и прочее.

В более серьезных ситуациях он и вовсе может возгореться, доставив дополнительные неприятности. Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы тот выдавал необходимое количество электрической мощности и коэффициент полезного действия был максимально приближен к 1.

Но сразу, стоит уверить вас, что КПД равный 1 – это нереальный фактор, потому что потери присутствуют всегда, поэтому выполняя расчет онлайн или традиционным методом, увидев показатель равный 40% при расчете силового трансформатора на железе – это уже хорошо. Для импульсных же устройств программа расчета выдаст по меньшей мере 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство наиболее эффективное, то выбирайте именно импульсный тип трансформатора, но если требуется сделать надежный силовой агрегат, где неважна потребляемая мощность, то, конечно, берем в расчет трансформаторное железо.

Расчет мощности трансформатора онлайн

Программа «Rectifier 1.0» предназначена для расчета мостового выпрямителя по заданным пользователем параметрам. Программа не только расчитывает необходимые для конструирования выпрямителя характеристики, но также предлагает пользователю варианты выпрямительных диодов и номинал конденсатора фильтра.
Для работы программы необходимо, чтобы с ней в одном каталоге (папке) находился файл «Diode_Base.diod», содержащий типы и характеристики выпрямительных диодов, иначе программа выдаст сообщение об ошибке и работать не будет.

Расчёты для микросхем:
* LM317 (LM150, LM350) регулятор напряжения

* LH317 (LM150, LM350) регулятор тока

* L200 регулятор тока и напряжения
* 78xx регулятор тока и напряжения

Программа для расчета магнитной проницаемости материала феритового сердечника распространенных типов.
Автор: Юрий Илитич.
Статья http://radio-hobby.org/

Программа рассчитывает длину порта фазоинвертора, а так же необходимый и минимально возможный диаметры.

GRAND v1.2 калькулятор

Программа для проведения электротехнических расчетов

Induct — программа для расчета различных катушек колебательного контура

Rectifier 1.0 — расчет мостового выпрямителя.

RadioAmCalc 1.20 Free Домашняя страничка автора

«Калькулятор Радиолюбителя» поможет провести расчеты при проектировании любительских радиоэлектронных устройств. Программа бесплатна и свободна для некоммерческого распространения.
С помощью Калькулятора можно:

  • рассчитать трансформатор при различных исходных данных
    (в большинстве программ невозможно, например, поменять магнитную проницаемость сердечника)
  • рассчитать однослойные и многослойные катушки индуктивности
  • определить сопротивление резистора по цветным полоскам
  • определить сопротивление SMD-резистора
  • определить емкость конденсатора по цветным полоскам
  • рассчитать пассивный LC и RC фильтры нижних и верхних частот
  • провести электротехнические расчеты по формулам

Best RadioCalc v.1.2

Радиолюбительский калькулятор, позволяет быстро сделать большинство самих нужных радиолюбительских расчетов. Основные возможности программы: — все расчеты по закону Ома при минимуме двох известных значений (сила тока I, напряжение U, сопротивление R, мощность P); — подбор номиналов резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности (до 10-ти резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности в соединении) для параллельного и последовательного соединения. Вычисляет Rобщ (Собщ, Lобщ) на основе R1-R10 (С1-С10, L1-L10) или подбирает нужный R1 (С1, L1) для указанного Rобщ (Собщ, Lобщ) с учетом резисторов R2-R10 (или конденсаторов С2-С10, катушек индуктивности L2-L10) при необходимости для любого типа соединения как последовательного так и параллельного; — расчет времени работы аккумулятора и реверсивные расчеты любого из значений; — расчет коэффициента усиления и силы тока транзистора (реверсивные расчеты тока базы, тока коллектора, коэффициента усиления); — расчет емкостного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока (реверсивные расчеты частоти тока, емкости конденсатора, емкостного сопротивления); — реверсивные расчеты индуктивного сопротивления, полного сопротивления и добротности катушки индуктивности в цепи переменного тока. Вычисления делаются автоматически при вводе номиналов с возможностью отключения автоматического расчета при вводе. Возможен переход в иной диапазон расчета. Имеется возможность сохранения всех значений в текстовый файл. При необходимости, возможно включить параметр «Поверх всех окон». В версии 1.2 добавилось несколько исправлений у улучшений в работе калькулятора, добавлена автокоррекция вывода результата при значениях меньше нуля, а также появилась возможность вручную изменять точность вывода результата методом округления до нужного разряда вплоть до 16 знаков в дробной части.

Поддерживается определение:
Резисторы
Конденсаторы
Транзисторы
Диоды
Стабилитроны
Варикапы
Индуктивности
Чип компоненты

Вывод характеристик:
программа обладает собственной базой данной по характеристикам, и после определения типа элемента (транзистор, диод . ) выводится его характеристика.

Справочник:
если же Вы знаете тип элемента, то можете вызывать справочник и переключаясь по базе элементов (транзистор, диод . ) найти интересующий Вас элемент и просмотреть его характеристики.

В дополнение — справочник может работать и в режиме вывода габаритных размеров корпусов (например ТО-220 . ) и в режиме вывода функциональных схем (база микросхем).

Справочная система:
программа снабжена собственной справочной системой, которая содержит описание программы, радиоэлементов, обучающие примеры и т.д.

Визуальный набор:
для облегчения определения типа/номинала элемента реализован визуальный набор, т.е. на образце рисуется/закрашивается необходимый знак/цвет.

Дополнительные возможности:
— программа снабжена сменными панелями инструментов (для каждого типа элемента остаются только его метки, что не загромождает интерфейс и позволяет быстро ориентироваться в программе)
— имеется модуль «Калькулятор» содержащий серию электротехнических расчетов;
— если вы разработчик воспользуйтесь модулем «Объединить базы»;

Программа бесплатна и свободна для использования и распространения. В последней версии Coil32 v7.1 доступны:

  • Расчет числа витков катушки при заданной индуктивности
  • Расчет индуктивности катушки для заданного числа витков
  • Расчет добротности для однослойных катушек
  • Расчет индуктивности многослойной катушки по ее омическому сопротивлению
  • Расчет длины провода, необходимого для намотки многослойной катушки
  • Расчет длины провода, необходимого для намотки катушки на ферритовом кольце

Источник http://coil32.narod.ru

Скачать >>>>>


Источник http://aes.at.ua

Анализатор антенн MMANA — русская версия

Одна из лучших программ для моделирования антенн. Это единственный анализатор антенн на русском языке. Оригинальная японская версия написана Makoto Mori JE3HHT в 2000 году. Русская версия и интерфейсы сделаны Игорем Гончаренко DL2KQ (он же EU1TT) в 2001-2002 годах.

Простой расчет понижающего трансформатора.

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.

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.

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

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

Максимальные ориентировочные значения индукции.

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

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

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

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

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

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:

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

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:

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

Диаметр провода для вторичной обмотки:

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА , то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

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:

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.

Как рассчитать мощность трансформатора

  1. Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
  2. Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
  3. Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас. Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Общие действия по расчету трансформатора

Возникает необходимость расчета трансформатора, который в промышленной ситуации представляет собой сложный процесс, но радиолюбители могут рассчитывать свои агрегаты по сравнительно упрощенной схеме:

Сначала определяются со значениями параметров на выходе будущего прибора. Выбирают оптимальный показатель номинальной мощности, который рассчитывается суммированием мощностей всех обмоток вторичного порядка. Этот показатель на каждой обмотке определяется умножением напряжения в вольтах и выходного тока в амперах.

Номинальная мощность позволит высчитать сечение сердечника, полученное в квадратных сантиметрах. На выбор сердечника влияет ширина его центральной пластины и толщина наборного слоя. Чтобы определить сечение сердечника умножают эти два параметра. Мощность изменяется по мере поступления тока из первичной обмотки во вторичную. Это происходит благодаря магнитному потоку в сердечнике, поэтому от показателя мощности напрямую зависит размер площади сердечника.

Оптимальным типом является броневой сердечник. Если взять для сравнения торроидальный или стержневой тип, то на изготовление броневого потребуется в полтора раза меньше провода для устройства обмотки. Тороидальная конструкция состоит из кольца, на котором располагаются обмотки, такой тип имеет наименьшее из всех магнитное излучение.

Стержневая конструкция предполагает наличие двух катушек с намоткой провода на каждой. Обмотки разделяются на два и соединяются последовательно. Трудности возникают с определением направления обмотки, стержневые типы сердечников обычно применяют для мощных трансформаторов. Броневая конструкция сердечника применяется для малых и средних трансформаторов и состоит из одной катушки с удобным расположением намотки.

Для проверки, поместятся ли все обмотки на выбранном агрегате, используется коэффициент заполнения окна. Чтобы его проверить, рассчитывают площадь окна в сердечнике. После этого находят коэффициент, показывающий количество витков, которые нужно намотать для поднятия напряжения до размера на обмотке в 1 вольт.

Количество витков рассчитывается по потребности в одном витке обмотки на 50 см2. Если измерить площадь сердечника, то число витков считается делением полученной площади на 50. Например, если площадь сечения равна 100 см , то нужно выполнить два витка обмотки на 1 вольт.

Расчет общего числа витков провода делается умножением полученного количества на 1 вольт на общее напряжение. Например, 2 витка умножить на 220, получим 440 витков в одной обмотке. В нагруженном режиме работы трансформатора может теряться часть напряжения на преодоление сопротивления вторичных обмоток. Рекомендуется количество витков определять на 5-9% больше полученного при расчете.

Умножают показатель обмоточного напряжения на полученный коэффициент, такой расчет идентичен для всех обмоток трансформатора. Показатель рабочего тока рассчитывается из параметров напряжения в сети и мощности трансформатора. Полученное рабочее значение тока переводится в миллиамперы и производится расчет диаметра провода.

Использование таблицы

Для выбора оптимального показателя количества проводов используют специальные таблицы, которые показывают, как заменяется полученный диаметр провода вместо одного на два или несколько идентичных по показателям совместной работы.

Например, полученное значение в расчете составляет 0,52мм , следовательно, по таблице определяют, что такой показатель можно поменять на два провода по 0,32мм или взять три провода по 0,28 мм. Значит, диаметр провода может состоять из нескольких диаметров, суммарное значение которых должно быть не ниже, чем полученное в расчете.

Проверка правильности выбора

Напоследок проверяют оконный коэффициент заполнения. Он не должен быть выше показания 0,5 с учетом изоляции провода. Если его значение получается больше, тогда нужно брать большее сечение сердечника и весь расчет производится заново.

Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

  1. Это снижение напряжения до необходимых параметров.
  2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены. Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.

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.

Определение габаритной мощности трансформатора

Показатели габаритной мощности трансформатора могут быть приблизительно определены в соответствии с сечением магнитопровода. В этом случае уровень погрешности часто составляет порядка 50%, что обусловлено несколькими факторами.

Трансформаторная габаритная мощность находится в прямой зависимости от конструкционных характеристик магнитопровода, а также качественных показателей материала и толщины стали. Немаловажное значение придаётся размерам окна, индукционной величине, сечению проводов на обмотке, а также изоляционному материалу, который располагается между пластинами.

Безусловно, вполне допустимо экспериментальным и стандартным расчётным способом выполнить самостоятельное определение максимальной трансформаторной мощности с высоким уровнем точности. Однако, в приборах заводского производства такие данные учтены, и отражаются количеством витков, располагающихся на первичной обмотке.

Таким образом, удобным способом определения этого показателя является оценка размеров площади сечения пластин: Р = В х S² / 1,69

В данной формуле:

  • параметром P определяется уровень мощности в Вт;
  • B — индукционные показатели в Тесла;
  • S — размеры сечения, измеряемого в см²;
  • 1,69 — стандартные показатели коэффициента.

Индукционная величина — табличные показатели, которые не могут быть максимальными, что обусловлено риском значительного отличия магнитопроводов с разным уровнем качественных характеристик.

Пример расчета

Выбираем 150 ВА и ШЛ25х32. В таблице также приведено рекомендованное число витков на 1 вольт — W0: 3,9. Следовательно, число витков W1 первичной обмотки будет равно произведению напряжения сети на W0:

Раз число витков на 1 вольт известно, легко рассчитать и вторичную обмотку. В рассматриваемом случае три витка мало, а четыре много. Чтобы не ошибиться, наматываем три витка и оставляем запас провода для добавления после испытания трансформатора под нагрузкой. Для провода сетевой обмотки диаметр рассчитываем, используя силу тока. Ее определяем на основе мощности в первичной обмотке и сетевого напряжения. В сетевой обмотке расчетная сила тока составит:

Во вторичной обмотке сила тока составит:

Затем по таблице выбираем диаметр провода при плотности тока 2,5 А/мм кв:

Для первичной обмотки диаметр провода получается 0,59 мм, для вторичной — 2,0 мм. После этого надо выяснить, помещаются ли обмотки в окна магнитопровода. Это несложно определить на основе числа витков и диаметров проводов с учетом толщины каркасов катушек и слоев дополнительной изоляции. Рекомендуется сделать эскиз для наглядного расчета.

Если вторичных обмоток несколько, должны быть известны мощности для каждой из них. Они суммируются для получения параметров первичной обмотки. Затем расчет выполняется аналогично рассмотренному выше примеру. Но определение токов делается по мощности каждой вторичной обмотки.

Расчетные данные в виде таблиц приведены в справочниках для всех типов сердечников, но при определенных частотах напряжений первичной обмотки:

Для рассматриваемой нагрузки 100 Вт выбираем ПЛ20х40-50

Если требуемые параметры не совпадают с табличными значениями, придется использовать формулы:

S0 – площадь окна в магнитопроводе,

Sc – сечение материала магнитопровода по витку,

Рг – габаритная мощность,

kф – коэффициент формы напряжения на первичной обмотке,

f – частота напряжения на первичной обмотке,

j – плотность тока в проводе обмотки,

Bm – индукция насыщения магнитопровода,

k0 – коэффициент заполнения окна магнитопровода,

kс – коэффициент заполнения стали.

Упрощенные формулы справедливы только для тех случаев, которые эти упрощения определяют. Поэтому они не могут охватить все возможные ситуации и не будут обеспечивать приемлемую точность в большинстве из них.