правила расчета для разных типов

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.

И стоит заметить, что лучше не размыкать вторичную обмотку ТТ.

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:

1. Количество выходов.
2. Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.

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

P_с=I₁∙U₁+ I₂∙U₂+… I_n∙U_n

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

P=1.25∙ P_с

Зная мощность, можно определить сечение сердечника:

S=√P

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:

W=K/S,

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

Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:

1. Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
2. Для разрезных магнитопроводов К=50.
3. 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:

n=U∙W

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:

d=0.7√I

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:

P_Г=S²

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

P=0.8 P_Г

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 см2, S	Количество вит. /В, W	Мощность, P	Сечение в см2, 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 см²

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.

Электрический способ определения числа витков обмоток трансформаторов

Известно, что индуктируемая в обмотках трансформатора э. д. с. определяется выражением

где Е1 и Е2— индуктированная э. д. с. в обмотках ВН и НН;
f — частота приложенного напряжения;
Ф — величина магнитного потока, пронизывающего обмотки трансформатора;
W1 и w2 — число витков обмоток ВН и НН.
При холостом ходе трансформатора, т. е. когда вторичная обмотка не нагружена, а по первичной проходит небольшой ток намагничивания (всего несколько процентов от номинального), можно положить, что напряжения на вводах трансформаторов равны их э. д. с. Тогда (1) примет вид:
 
Отношение высшего поминального напряжения трансформатора к низшему при холостом ходе называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой /(:
после сокращения имеем:
 
т. е. коэффициент трансформации равен отношению номинальных напряжений, а также отношению числа витков обмоток трансформатора.
Для определения коэффициента трансформации существуют методы:
а)       двух вольтметров;
б)      моста переменного тока;
в)       постоянного тока;
г)       эталонного (стандартного) трансформатора и др.
ГОСТ   на методы испытаний силовых трансформаторов рекомендует для определения коэффициента трансформации метод двух вольтметров. На рис. 1 даны схемы определения коэффициента трансформации и вид на крышку трансформатора для однофазного и трехфазного трансформаторов. Подводимое напряжение согласно ГОСТ должно быть в пределах от одного до нескольких десятков процентов номинальною напряжения Большие значения относятся к трансформаторам меньшей мощности, а меньшие — к трансформаторам большей мощности. Так, например, на испытательной станции Московского электрозавода   руководствуются следующими данными:
Для трансформаторов, имеющих на стороне обмотки НН до 2 000 в, к обмотке НН подводят напряжение 100 в.
Для трансформаторов, имеющих на этой же стороне более 2 000 в, к обмотке НН подводят 200 в.

Рис. 1.
а — схема определения коэффициента трансформации однофазного трансформатора и вид на крышку трансформатора, б — схема определения коэффициента  трансформации трехфазного трансформатора и вид на крышку трансформатора
В заводских условиях напряжение к обмотке НН подводится от отдельного синхронного генератора небольшой мощности с регулируемым напряжением. «Круглое» число 100 или 200 в выбирают для облегчения подсчета измеренного коэффициента трансформации.
В последнее время для определения коэффициента трансформации широко применяются мостовые схемы переменного тока. Они очень удобны в работе, и работа ими производится значительно быстрее, чем по методу двух вольтметров. Кроме того, работа мостовыми схемами безопаснее для работников, производящих испытание, так как в большинстве случаев напряжение 120—220 в подводится к обмотке ВН. Точность измерений весьма высокая (до 0,1%).
Трансформаторы, изготовленные в соответствии с ГОСТ 401-41 на силовые трансформаторы, имеют допуск для значений коэффициента трансформации всех трансформаторов ±0,5% и только для трансформаторов с коэффициентом трансформации меньшим 3, и для трансформаторов собственных нужд подстанций ±1%.
Новый ГОСТ 11677-65 определил допуск для значений коэффициента трансформации всех силовых трансформаторов и автотрансформаторов с напряжением обмотки высшего напряжения 10 кВ и выше ±0,5% и допуск ±1% Для трансформаторов с фазным коэффициентом трансформации 3 и менее или, если этот допуск особо оговорен в стандартах или технических условиях на отдельные виды трансформаторов.
При определении коэффициента трансформации результаты, полученные при измерениях, не должны отличаться от расчетных более чем на ±0,5%, т. е. все погрешности приборов и отсчетов не должны превосходить ±0,5%. Такой малый процент ошибки определяется допустимым отклонением в числе витков. Большая разница коэффициента трансформации параллельно работающих трансформаторов может вызвать, как видно из предыдущего, недопустимо большие уравнительные токи.
Необходимо указать, что измерения при определении коэффициента трансформации нужно производить приборами классов точности 0,3 и 0,2 (лабораторные и контрольные). Пользоваться для этого приборами щитовыми, ошибка которых может доходить до 4%, нельзя. В подобных измерениях большую роль играет не только класс точности прибора, но также и шкала. Иногда приборы, имея достаточный класс точности, не могут быть использованы для данного измерения, так как шкала не позволяет с достаточной точностью снять отсчет. На рис. 2,а показаны шкалы таких приборов. Рекомендуется пользоваться приборами требуемого класса точности, шкала которых позволяет брать отечет с точностью до 0,2%.
На рис. 2,б показаны шкалы электродинамических вольтметров класса точности 0,3, позволяющие брать отсчеты требуемой точности.
Обычно вольтметры лабораторного типа высшего класса точности, служащие для подобных измерений, имеют шкалу со 150 делениями. Вольтметры нужно подбирать таким образом, чтобы показания приходились па среднюю часть шкалы. Пользоваться предельными участками шкалы не рекомендуется. Ни в коем случае нельзя производить измерения в начале шкалы, так как это может повести к очень большой погрешности.

Рис. 2. Различные виды шкал вольтметров. а — не допускающие точных измерений, б и в — шкалы точного вольтметра.
В тех случаях, когда при определении коэффициента трансформации приходится пользоваться не отдельным генератором, а общей сетью, напряжение которой колеблется, может получиться значительная ошибка в результатах измерении за счет неодновременного снятия отсчетов на приборах.
Поэтому при работе от сети надо снимать несколько отсчетов для одного измерения. Кроме того, снятие показании по обоим вольтметрам следует производить одновременно по сигналу.
При ремонте обмоток трансформаторов недостаточно знать только коэффициент трансформации, должно быть известно также число витков в обмотках ВН и НН. Для определения числа витков какой-либо обмотки необходимо знать коэффициент трансформации и число витков другой обмотки. Подсчет коэффициента трансформации не представляет трудности, так как напряжения холостого хода обмоток ВН и НН указаны на щитке трансформатора. Число же витков обмоток трансформатора, как уже было сказано, обычно бывает неизвестно.
Подсчитать в таких случаях число витков подлежащей ремонту обмотки можно следующим образом: на фазу трансформатора, у которой хотят определить число витков одной из обмоток, поверх существующих обмоток наматывают определенное число витков. Эти временные витки могут быть намотаны обыкновенным изолированным проводом сечения 0,75 и 1 мм2. Число витков временной обмотки можно брать произвольное, но для ускорения самого процесса намотки его следует выбирать небольшим и удобнее — в круглых числах (10, 15, 20 и т. д.).
Число витков временной обмотки также обусловливается пределом измерения шкалы вольтметра, которым измеряют напряжение. Уложив временную обмотку, подводят напряжение к одной из постоянных обмоток трансформатора и затем измеряют напряжение на временной и постоянной обмотках. Такие измерения производят на всех фазах.

Рис 3  Схемы определения числа витков  трансформатора при помощи временной обмотки
Так как временная обмотка наматывается па наружную обмотку, которой в большинстве случаев бывает обмотка BН, то во избежание появления на временной обмотке потенциала, могущего быть в некоторых случаях опасным для работника, производящего измерения, следует один конец временной обмотки заземлить (рис. 2-6).
Обозначив искомое число витков через а число витков временной обмотки через швр, можно написать равенство

откуда
(2-13)
Таким путем можно определить и число витков другой обмотки.
Естественно, что определять число витков обмоток таким способом можно, когда выемная часть вынута из бака. Определять число витков необходимо пофазно, т. е. на каждой фазе отдельно. При этом временной обмоткой следует пользоваться только как вторичной. Пользоваться временной обмоткой, имеющей меньшее число витков, чем основная обмотка, как первичной не следует, потому что значительный в этом случае намагничивающий ток обмотки требует больших сечений меди; наматывать временную обмотку проводниками больших сечений представляет некоторые трудности. Лишь в исключительных случаях приходится пользоваться временной обмоткой как первичной.

Как определить число витков вторичной обмотки трансформатора

Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.

Первый способ.

Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.

Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.

Второй способ.

Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

 

ω1 / U1 = ω 2 / U2

ω 1 – количество витков в первичной обмотке,

ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,

U1 – напряжение на первичной обмотке,

U2 – напряжение на вторичной обмотке.

Пример:

Я раздобыл вот такой трансформатор без вторичной обмотки и опознавательных знаков.

Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.

Намотал я эту обмотку тонким проводом, который не жалко и которого у меня больше всего. Намотал «в навал», что значит, как попало.

Результаты теста.

Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.

Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.

Определяем количество витков на вольт при 216V:

100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт

Здесь на точности не стоит экономить, так как погрешность набегает при замерах. Благо, считаем-то не на бумажке.

Рассчитываем число витков первичной обмотки:

4,953 * 216 = 1070 вит.

Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.

1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт

Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.

Для моего трансформатора нужно рассчитать три обмотки. Две одинаковые «III» и «IV» по 12,8 Вольт и одну «II» на 14,3 Вольта.

4,864 * 12,8 = 62 вит.

4,864 * 14,3 = 70 вит.

Видео: Перемотка трансформатора своими руками — как это делаю Я

Данное видео посвящено перемотке трансформатора. В частности, я вместе с вами произведем перемотку вторичной обмотки трансформатора. Абсолютно аналогичным образом осуществляется и перемотка первичной обмотки.

Определение числа витков обмоток трансформатора

Число витков первичной обмотки трансформатора может быть определено из выражений для ЭДС обмоток трансформатора:

[В],

где – падение напряжения в первичной обмотке

предварительно выбирается по кривой на Рис. 1 .7 в зависимости от мощности трансформатора.

Тогда предварительное значение числа витков первичной обмотки однофазного трансформатора будет:

,

где U₁иf– первичное напряжение и частота по заданию;

берется из пункта 1.2.2.,

S_c– из пункта 1.2.4.

Напряжение, приходящееся на один виток обмотки при нагрузке

[В/виток].

Число витков вторичной обмотки

.

Соответственно число витков для третьей обмотки

и т.д.,

где U₂,U₃, … – вторичные напряжения по заданию.

Число витков обмотки низшего напряжения округляется до ближайшего целого числа с соответствующим пересчетом числа вольт на виток, величины индукции в стержне и чисел витков в других обмотках, а именно:

[В/виток];

и т.д.,

[Гс],

где W₂– число витков обмотки низшего напряжения, округленное до ближайшего целого числа.

Напряжения на вторичных обмотках при холостом ходе:

[В];

[В] и т.д.

Для трехфазного трансформатора определение числа витков производится на одну фазу:

;

и т.д.

6. Определение сечения и диаметра проводов обмоток

Предварительные значения поперечных сечений проводов обмоток определяются по формулам

и т.д.,

где I₁,I₂,I₃, … берутся из пункта 1.2.1.,,,, … – из пункта 1.2.3.

Окончательные значения поперечных сечений и диаметров проводов выбираются по ближайшим данным из приложения 1:

мм;

мм и т.д.

По выбранным окончательно сечениям проводов уточняются плотности тока в проводах обмоток:

и т.д.

При сечении проводов q > 10 мм²обмотку трансформатора следует выполнять проводом прямоугольной формы или же при круглом проводе выполнять намотку обмотки в два-три параллельных провода.

7. Выбор изоляции проводов обмоток

Размеры и марка изоляции проводов обмоток трансформаторов определяются государственными стандартами. Марки проводов, применяемые в маломощных трансформаторах, указаны в приложении 1.

Наиболее дешевой изоляцией провода является эмаль, однако надежность эмалевой изоляции недостаточна, поэтому область ее применения ограничена главным образом проводниками диаметром примерно до 2 мм. Более надежными по изоляции являются провода марки ПЭВ-2. Наилучшими проводами по изоляции считаются провода марок ПЭЛШО и ПЭЛШКО, но они применяются большей частью в ответственных машинах и аппаратах. Наибольшее применение для маломощных трансформаторов имеют провода марок ПЭЛ, ПЭВ-1 и ПЭВ-2 с диаметрами до 1–3 мм.

8. Определение высоты и ширины окна сердечника 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 Hповышает намагничивающий токI_и увеличивает расход стали и вес трансформатора. Заниженная высота окна повышает нагрев обмотки и увеличивает расход меди на них.

Наилучшей формой окна сердечника трансформатора получается при отношении высоты окна Hк его ширинеbв пределах 2,5–3,0 (см. Рис. 1 .8).

Если при расчете сердечника трансформатора принята стандартная форма П-образных или Ш-образных пластин из приложений 2 и 3, то размеры H и b (см. Рис. 1 .8) тоже берутся из этого же приложения.

При произвольном выборе размеров сердечника a_с,b_сиh_япредварительное значение высоты окна сердечника трансформатора может быть определено по формуле:

[см],

где k – отношение высоты к ширине окна сердечника:

k_о – коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой; для маломощных силовых трансформаторов величинаk_оприближенно может быть принята в пределахk_о= 0,20,3;

W₁,W₂,W₃, … берутся из пункта 1.2.5.,

q₁,q₂,q₃, …из пункта 1.2.6.

Ширина окна сердечника предварительно (см. Рис. 1 .8):

[см].

Полученные здесь предварительные значения Hиbокончательно уточняются при укладке обмоток на стержне сердечника трансформатора в пункте 1.2.9.

Как рассчитать количество витков первичной обмотки трансформатора

Да сих пор мы исходили из посыла, что первичная обмотка цела. А что делать, если она оказалась оборванной или сгоревшей дотла?

Оборванную обмотку можно размотать, восстановить обрыв и намотать заново. А вот сгоревшую обмотку придётся перемотать новым проводом. Конечно, самый простой способ, это при удалении первичной обмотки посчитать количество витков.

Если нет счётчика, а Вы, как и я, используете приспособление на основе ручной дрели, то можно вычислить величину редукции дрели и посчитать количество полных оборотов ручки дрели. До тех пот, пока мне не подвернулся на базаре счётчик оборотов, я так и делал.

Но, если обмотка сильно повреждена или её вообще нет, то рассчитать количество витков первичной обмотки трансформатора можно по приведённой формуле. Эта формула подходит для частоты сети равной 50 Герц.

ω = 44 / T * S

• ω – число витков на один вольт,
• 44 – постоянный коэффициент,
• T – величина индукции в Тесла,
• S – сечение магнитопровода в квадратных сантиметрах.

 

Пример.

Сечение моего магнитопровода – 6,25см².

Магнитопровод витой, броневой, поэтому я выбираю индукцию 1,5 Т.

44 / 1,5 * 6,25 = 4,693 вит./вольт

Определяем количество витков первичной обмотки с учётом максимального напряжения сети:

4,693 * 220 * 1,05 = 1084 вит.

Допустимые отклонение напряжения сети принятые в большинстве стран: -10… +5%. Отсюда и коэффициент 1,05.

Величину индукции можно определить по таблице

Тип магнитопровода	Магнитная индукция max (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35-1,2
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Тороидальный витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Не стоит использовать максимальное значение индукции, так как оно может сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Видео: Расчет трансформатора питания. Простая электроника

Лабораторная работа по физике на тему»Определение числа витков в обмотках трансформатора.»

11класс Лабораторный практикум. Лабораторная работа №4. Тема : «Определение числа витков в обмотках трансформатора.» Цель работы: определить число витков в обмотке трансформатора. Оборудование: трансформатор лабораторный; источник переменного напряжения 12В; авометр АВО-63; провод изолированный. Ход работы. Краткие теоретические сведения. Для определения числа витков в обмотке трансформатора с неизвестными параметрами можно воспользоваться тем свойством трансформатора, что в режиме холостого хода отношение напряжений на первичной U₁ и вторичной U₂ его обмотках равно отношению числа витков N ₁ в первичной обмотке к числу витков N₂ во вторичной обмотке:

Намотав на сердечник трансформатора вторичную обмотку с известным числом витков N₂ и, измерив напряжение U₂ на первичную обмотку, можно определить число витков N₁ в первичной обмотке: N₁ =N_{2 .}

Ход работы:

1. Намотайте вторичную обмотку из 20-40 витков на сердечник исследуемого трансформатора. 2. Подключите выводы первичной обмотки трансформатора к источнику переменного напряжения U₁ = 12В, измерьте напряжение на вторичной обмотке. 3.По измеренным значениям напряжения и известному числу витков во вторичной обмотке, определите число витков в первичной обмотке. 4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

опыта

, В

, В

N₁

N₂

1

12

2

12

5.Запишите вывод: что вы измеряли, и какой получен результат.

Контрольные вопросы:

1.Что называют трансформатором?

2.На каком явлении основан принцип действия трансформатора?

3. Что называют коэффициентом трансформации?

4.Что называется КПД трансформатора?

5. Что будет с трансформатором, если его включить в цепь постоянного тока?

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

В раздел: Советы → Расcчитать силовой трансформатор

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать самому.
Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН, ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?
Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-180 и ему подобные.
Надо четко понимать, что чем больше количества витков в первичной обмотке тем больше её сопротивление и поэтому меньше нагрев и второе, чем толще провод, тем больше можно получить силу тока, но это зависит от размеров сердечника — сможете ли разместить обмотку.
Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт? Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток — амперметр. Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

50/S

Сопутствующие формулы: P=U2*I2    Sсерд(см2)= √ P(ва)    N=50/S    I1(a)=P/220    W1=220*N    W2=U*N    D1=0,02*√i1(ma)    D2=0,02*√i2(ma)   K=Sокна/(W1*s1+W2*s2)

   50/S — это эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
   Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное пространство (щель). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала появления тока холостого хода.
   Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно «жёсткой» характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например, тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора. Замерив полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем расчет количества витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

Рассчитываем количества витков на вольт
14/7,8=1,8 витка на вольт.

Если нет под рукой амперметра, то вместо него можно использовать вольтметр, замеряя падение напряжение на резисторе, включенного в разрыв подачи напряжения к первичной обмотке, потом рассчитать ток из полученных измерений.

Вариант 2 расчета трансформатора.
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

1. Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора: I2 = 1,5 Iн, где: I2 — ток через обмотку II трансформатора, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А. 2. Определяем мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора: P2 = U2 * I2, где: P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; U2 — напряжение на вторичной обмотке, В; I2 — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А. 3. Подсчитываем мощность трансформатора: Pтр = 1,25 P2, где: Pтр — мощность трансформатора, Вт; P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт. Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора. 4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке: I1 = Pтр / U1, где: I1 — ток через обмотку I, А; Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт; U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода: S = 1,3 Pтр, где: S — сечение сердечника магнитопровода, см2; Ртр — мощность трансформатора, Вт. 6. Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки: w1 = 50 U1 / S, где: w1 — число витков обмотки; U1 — напряжение на первичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, см2. 7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки: w2 = 55 U2 / S, где: w2 — число витков вторичной обмотки; U2 — напряжение на вторичной обмотке, В; S-сечение сердечника магнитопровода, см2. 8. Высчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора: d = 0,02 I, где: d-диаметр провода, мм; I-ток через обмотку, мА.

Ориентировочный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

							Таблица 1
Iобм, ma	<25	25 — 60	60 — 100	100 — 160	160 — 250	250 — 400	400 — 700	700 — 1000
d, мм	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6

После выполнения расчетов, приступаем к выбору самого трансформаторного железа, провода для намотки и изготовление каркаса на которой намотаем обмотки. Для прокладки изоляции между слоями обмоток приготовим лакоткань, суровые нитки, лак, фторопластовую ленту. Учитываем тот факт, что Ш — образный сердечник имеют разную площадь окна, поэтому будет не лишним провести расчет проверки: войдут ли они на выбранный сердечник. Перед намоткой производим расчет — поместится ли обмотки на выбранный сердечник.
Для расчета определения возможности размещения нужного количества обмоток:
1. Ширину окна намотки делим на диаметр наматываемого провода, получаем количество витков наматываемый
на один слой — N¹.
2. Рассчитываем сколько необходимо слоев для намотки первичной обмотки, для этого разделим W1 (количество витков первичной обмотки) на N¹.
3. Рассчитаем толщину намотки слоев первичной обмотки. Зная количество слоев для намотки первичной обмотки умножаем на диаметр наматываемого провода, учитываем толщину изоляции между слоями.
4. Подобным образом считаем и для всех вторичных обмоток.
5. После сложения толщин обмоток делаем вывод: сможем ли мы разместить нужное количество витков всех обмоток на каркасе трансформатора.

Еще один способ расчета мощности трансформатора по габаритам.
Ориентировочно посчитать мощность трансформатора можно используя формулу:
P=0.022*S*С*H*Bm*F*J*Кcu*КПД;
P — мощность трансформатора, В*А;
S — сечение сердечника, см²
L, W — размеры окна сердечника, см;
Bm — максимальная магнитная индукция в сердечнике, Тл;
F — частота, Гц;
Кcu — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
КПД — коэффициент полезного действия трансформатора;
Имея в виду что для железа максимальная индукция составляет 1 Тл.
   Варианты значений для подсчета мощности трансформатора КПД = 0,9, f =50, B = 1 — магнитная индукция [T], j =2.5 — плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм] для непрерывной работы, KПД =0,45 — 0,33.

Если вы располагаете достаточно распространенным железом — трансформатор ОСМ-0,63 У3 и им подобным, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений ОСМ: О — однофазный, С — сухой, М — многоцелевого назначения.
По техническим характеристикам он не подходит в для включения однофазную сеть 220 вольт т.к. рассчитан на напряжение первичной обмотки 380 вольт.
Что же в этом случае делать?
Имеется два пути решения.
1. Смотать все обмотки и намотать заново.
2. Смотать только вторичные обмотки и оставить первичную обмотку, но так как она рассчитана на 380В, то с нее необходимо смотать только часть обмотки оставив на напряжение 220в.
При сматывании первичной обмотки получается примерно 440 витков (380В) когда сердечник Ш-образной формы, а когда сердечник трансформатора ОСМ намотан на ШЛ данные другие — количество витков меньше.
Данные первичных обмоток на 220в трансформаторов ОСМ Минского электротехнического завода 1980 год.

• 0,063 — 998 витков, диаметр провода 0,33 мм
• 0,1 — 616 витков, диаметр провода 0,41 мм
• 0,16 — 490 витков, диаметр провода 0,59 мм
• 0,25 — 393 витка, диаметр провода 0,77 мм
• 0,4 — 316 витков, диаметр провода 1,04 мм
• 0,63 — 255 витков, диаметр провода 1,56 мм
• 1,0 — 160 витков, диаметр провода 1,88 мм

ОСМ 1,0 (мощность 1 кВт), вес 14,4кг. Сердечник 50х80мм. Iхх-300ма

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Рассмотрим на примере ТПП-312-127/220-50 броневой конструкции, параллельное включение вторичных обмоток.

В зависимости от напряжения в сети подавать напряжение на первичную обмотку можно на выводы 2-7, соединив между собой выводы 3-9, если повышенное — то на 1-7 (3-9 соединить) и т.д. На схеме подключение показано случае пониженного напряжение в сети.
Часто возникает необходимость применять унифицированные трансформаторы типа ТАН, ТН, ТА, ТПП на нужное напряжение и для получения необходимой нагрузочной способности, а простым языком нам надо подобрать, к примеру, трансформатор со вторичной обмоткой 36 вольт и чтобы он отдавал 4 ампера под нагрузкой, первичная конечно 220 вольт.
Как подобрать трансформатор?
С начало определяем необходимую мощность трансформатора, нам необходим трансформатор мощностью 150 Вт.
Входное напряжение однофазное 220 вольт, выходное напряжение 36 вольт.
После подбора по техническим данным определяем, что в данном случае нам больше всего подходит трансформатор марки ТПП-312-127/220-50 с габаритной мощностью 160 Вт (ближайшее значение в большую сторону ), трансформаторы марки ТН и ТАН в данном случае не подходят.
Вторичные обмотки ТПП-312 имеют по три раздельные обмотки напряжением 10,1в 20,2в и 5,05в, если соединить их последовательно 10,1+20,2+5,05=35,35 вольт, то получаем напряжение на выходе почти 36 вольт. Ток вторичных обмоток по паспорту составляет 2,29А, если соединить две одинаковые обмотки параллельно, то получим нагрузочную способность 4,58А (2,29+2,29).
После выбора нам только остается правильно соединить выходные обмотки параллельно и последовательно.
Последовательно соединяем обмотки для включения в сеть 220 вольт. Последовательно включаем вторичные обмотки, набирая нужное напряжение по 36В на обеих половинках трансформатора и соединяем их параллельно для получения удвоенного значения нагрузочной способности.
Самое важное, правильно соединить обмотки при параллельном и последовательном включении, как первичной так и вторичной обмоток.

Если неправильно включить обмотки трансформатора, то он будет гудеть и перегреваться, что потом приведет его к преждевременному выходу из строя.

По такому же принципу можно подобрать готовый трансформатор на практически любое напряжение и ток, на мощность до 200 Вт, конечно, если напряжение и ток имеют более или менее стандартные величины.
Разные вопросы и советы.
   1. Проверяем готовый трансформатор, а у него ток первичной обмотки оказывается завышенным, что делать? Чтобы не перематывать и не тратить лишнее время домотайте поверх еще одну обмотку, включив ее последовательно с первичной.
   2. При намотке первичной обмотки когда мы делаем большой запас, чтобы уменьшить ток холостого хода, то учитывайте, что соответственно уменьшается и КПД транса.
   3. Для качественной намотки, если применен провод диаметром от 0,6 и выше , то его обязательно надо выпрямить, чтоб он не имел малейшего изгиба и плотно ложился при намотке, зажмите один конец провода в тиски и протяните его с усилием через сухую тряпку, далее наматывайте с нужным усилием, постепенно наматывая слой за слоем. Если приходится делать перерыв, то предусмотрите фиксацию катушки и провода, иначе придется делать все заново. Порой подготовительные работы занимают много времени, но это того стоит для получения качественного результата.
   4. Для практического определения количества витков на вольт, для попавшегося железа в сарае, можно намотать на сердечник проводом обмотку. Для удобства лучше наматывать кратное 10, т.е. 10 витков, 20 витков или 30 витков, больше наматывать не имеет большого смысла. Далее от ЛАТРа постепенно подаем напряжение его увеличивая от 0 и пока не начнет гудеть испытываемый сердечник, вот это и является пределом. Далее делим полученное напряжение подаваемое от ЛАТРа на количество намотанных витков и получаем число витков на вольт, но это значение немного увеличиваем. На практике лучше домотать дополнительную обмотку с отводами для подбора напряжения и тока холостого хода.
   5. При разборке — сборке броневых сердечников обязательно помечайте половинки, как они прилегают друг к другу и собирайте их в обратном порядке, иначе гудение и дребезжание вам обеспечено. Иногда гудения избежать не удается даже при правильной сборке, поэтому рекомендуется собрать сердечник и скрепить чем либо (или собрать на столе, а сверху через кусок доски приложить тяжелый груз), подать напряжение и попробовать найти удачное положение половинок и только потом окончательно закрепить. Помогает и такой совет, поместить готовый собранный трансформатор в лак и потом хорошо просушить при температуре до полного высыхания (иногда используют эпоксидную смолу, склеивая торцы и просушка до полной полимеризации под тяжестью).

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

Иногда необходимо получить напряжение нужной величины или ток большей величины, а в наличии имеются готовые отдельные унифицированные трансформаторы, но на меньшее напряжение чем нужно, встает вопрос: а можно ли отдельные трансформаторы включать вместе, чтобы получить нужный ток или величину напряжения?
Для того чтобы получить от двух трансформаторов постоянное напряжение, к примеру 600 вольт постоянного тока, то необходимо иметь два трансформатора которые бы после выпрямителя выдавали бы 300 вольт и после соединив их последовательно два источника постоянного напряжения получим на выходе 600 вольт.