Как рассчитать повышающий трансформатор

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квес HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Упрощенный расчет трансформатора
• Вы точно человек?
• Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов
• Делаем Повышающий Трансформатор
• Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать? Схема повышающего трансформатора
• Расчет трансформатора
• Силовой трансформатор, расчёт силового трансформатора

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Намотка и расчет трансформатора. ПОДРОБНО!

Упрощенный расчет трансформатора

Трансформатор — устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. При этом преобразовании напряжений одновременно всегда происходит также преобразование силы тока: если трансформатор повышает напряжение, то сила тока при этом уменьшается.

Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя катушками, имеющими обмотки. Одна из обмоток называется первичной, другая — вторичной. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС во вторичной обмотке. Сила тока во вторичной обмотке, не присоединенной к цепи, потребляющей энергию, равна нулю.

Если цепь подсоединена и происходит потребление электроэнергии, то в соответствии с законом сохранения энергии сила тока в первичной обмотке пропорционально возрастает.

Таким образом, и происходит преобразование и распределение электрической энергии. Схематическое устройство трансформатора показано на рисунке. На общем сердечнике обычно из трансформаторной стали расположены две обмотки. По одной из обмоток I, называемой первичной, под действием переменного напряжения U 1 проходит переменный ток I 1.

Этот ток создает в сердечнике переменный магнитный поток, изменяющийся по своей величине и направлению в соответствии с изменениями тока I 1. Переменный магнитный поток пронизывает витки второй обмотки II, называемой вторичной обмоткой, и индуктирует в каждом из ее витков определенную переменную ЭДС. Так как все витки обмотки II соединены последовательно, то отдельные ЭДС каждого витка складываются, а на концах вторичной обмотки получается суммарная ЭДС, также переменная по величине и направлению.

Это напряжение U 2 будет во столько раз больше или меньше напряжения первичной обмотки U 1 , во сколько раз число витков n 2 вторичной обмотки больше или меньше числа витков n 1 первичной.

Ток во вторичной обмотке I 2 наоборот, будет во столько раз меньше или больше тока первичной обмотки I 1 , во сколько раз число витков n 2 вторичной обмотки больше или меньше числа витков n 1 первичной. Отношение числа витков питаемой от сети обмотки к числу витков другой обмотки или одного напряжения первичного к другому вторичному называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К :. Часто коэффициент трансформации выражается соотношением двух чисел, например , показывающим, что число витков первичной обмотки в 55 раз меньше числа витков вторичной.

Сердечники силовых трансформаторов бывают: Ш-образный рис у которого магнитный поток разветвляется на две ветви, и П-образный рис с неразветвленным магнитным потоком. Первый вид сердечников, называемый броневым, применяется более часто, чем второй — стержневой.

Ещё бывает третий тип силового трансформатора — спиральный или ленточный , который является разновидностью первых двух. Для уменьшения потерь в сердечнике, последний делается не сплошным, а из отдельных тонких листов стали, оклеенных бумагой или покрытых изолирующим лаком.

Толщина пластин составляет от 0,25 до 0,5 мм, чаще всего 0,3 — 0,35 мм. В настоящее время пакеты пластин для трансформаторов малой и средней мощности до Ватт собираются в основном из двух типов пластин рис : Ш-образных и прямых накладок.

Применение прямых пластин накладок дает возможность делать у некоторых трансформаторов например, у выходных воздушный зазор в сердечнике. Сборка пластин производится одним из двух способов. При одном способе — встык — собираются отдельно две части сердечника, которые затем прикладываются друг к другу рис и стягиваются болтами и накладками.

При другом способе — вперекрышку — пластины накладываются друг на друга в порядке, указанном на рисунке. Сердечник трансформатора должен быть крепко стянут, в противном случае при работе трансформатора сердечник будет гудеть. Хотя гудение и не оказывает существенного влияния на работу трансформатора, но оно неприятно действует на слух. Обмотки трансформатора располагаются на каркасе, который одевается на сердечник.

Каркас, как правило изготавливается из картона, или прессшпана. При использовании Ш-образного сердечника все обмотки трансформатора размещаются на одном каркасе, надеваемом на средний стержень сердечника. При П-образном сердечнике обмотка располагается или на одном или на двух каркасах, надеваемых соответственно на один или оба стержня сердечника. В трансформаторах наиболее часто применяется цилиндрическая намотка: на каркас сперва наматывается первичная обмотка, на которую для изоляции укладывается несколько слоев бумаги, а затем поверх этой изоляции наматывается вторичная обмотка.

Если таких вторичных обмоток будет несколько, то между каждыми двумя обмотками прокладывается изоляция из 2 — 3 слоев бумаги. При большом числе витков в обмотке, например при повышающей намотке, через каждые 2 — 3 слоя следует обязательно прокладывать бумажные изолирующие прокладки. Точный расчет трансформатора довольно сложен, но радиолюбитель может сконструировать силовой трансформатор, пользуясь для расчета упрощенными формулами, которые приводятся ниже.

Для расчета предварительно необходимо определить, исходя из заданных условий величины напряжений и сил токов для каждой из обмоток. Сначала подсчитывается мощность каждой из вторичных повышающих, понижающих обмоток:. Для определения общей мощности Р трансформатора все мощности, полученные для отдельных обмоток, складываются и общая сумма умножается на коэффициент 1,25, учитывающий потери в трансформаторе:. Далее определяется число витков n 0 приходящиеся на 1 вольт напряжения:.

После этого переходят к определению числа витков каждой из обмоток. Для первичной сетевой обмотки число витков, учитывая потери напряжения, будет равно:. Диаметр провода любой обмотки трансформатора можно определить по формуле:.

Сила тока, проходящего через первичную сетевую обмотку, определяется из обшей мощности трансформатора Р :.

Остается еще выбрать типоразмер пластин для сердечника. Для этого необходимо подсчитать площадь, которую занимает вся обмотка в окне сердечника трансформатора:.

Этой формулой учитывается толщина изоляции проводов, неравномерность намотки, а также место, занимаемое каркасом в окне сердечника. По полученной величине S м выбирается типоразмер пластины с таким расчетом, чтобы обмотка свободно разместилась в окне выбранной пластины.

Выбирать пластины с окном, значительно большим, чем это необходимо, не следует, так как при этом ухудшаются общие качества трансформатора. Наконец определяют толщину набора сердечника — величину b , которую подсчитывают по формуле:. Здесь размер a — ширина среднего лепестка пластины рис. Расчёт простой, самым сложным является поиск сердечника с необходимым типоразмером.

Поэтому, нет никакой сложности, найти от такого телевизора силовой трансформатор. Переделка такого трансформатора под ваши потребности элементарна. Мощности таких трансформаторов бывают от 80 до Ватт, всё определялось телевизором. В чёрно-белом телевизоре трансформатор — слабее, а в цветном — мощнее. Конструкция трансформатора — двухкаркасная на О-образном спиральном сердечнике. Сердечник трансформатора состоит из двух подковообразных половин, входящих внутрь катушек трансформатора.

На обеих катушках намотаны одинаковые обмотки, с одинаковым количеством витков. Как правило, на катушках имеется табличка, на которой расписаны сетевые и все выходные обмотки с номерами выводов, напряжений и токов. Вы можете использовать уже имеющиеся обмотки, с подходящим для Вас напряжением, а можете смотать вторичные обмотки и намотать новые, тем самым использовать полную мощность трансформатора.

Удобство заключается в лёгкой разборке-сборке, расчётах новых обмоток. На катушках сначала намотаны первичные обмотки, потом стоит экранирующая фольга, а потом намотаны вторичные обмотки. Поэтому, при сматывании не нужных обмоток, Вы не допустите ошибку, смотав первичную обмотку.

Разбирается трансформатор обыкновенным гаечным ключом на 10 или на Для этого необходимо открутить всего две гайки стягивающие скобы трансформатора, после чего, половины сердечника свободно вынимаются из катушек. Перед разборкой катушек, внимательно изучите табличку, найдите в ней обмотку на наименьшее напряжение, а при сматывании этой обмотки посчитайте количество витков. Поделив подсчитанное количество витков на напряжение, значащееся в табличке, Вы узнаете количество витков вторичной обмотки трансформатора, приходящееся на один вольт.

Умножив это число на то напряжение, которое хотите получить на выходе трансформатора, Вы узнаете количество витков, которое необходимо будет намотать. Мотать можете другим проводом, а можете и тем, который смотали с трансформатора. Мотать надо виток к витку. Для получения достаточного выходного тока, можно мотать обмотки проводом, сложенным вдвое, втрое и даже вчетверо, а можете намотать несколько обмоток с одинаковым количеством витков, а потом, после сборки трансформатора, спаять их параллельно.

Слои обмоток в трансформаторе проложены трансформаторной бумагой, пропитанной парафином, при сматывании витков, снимайте её аккуратно, не рвите. При намотке используйте эту бумагу снова. С их использованием получаются отличные зарядные устройства, мощные блоки питания, как в составе конструируемых аппаратов, так и используемые самостоятельно. Тимеркаев Борис — летний доктор физико-математических наук, профессор из России.

Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Силовой трансформатор, расчёт силового трансформатора Содержание 1 Что такое трансформатор 2 Конструкция силового трансформатора 3 Расчёт силового трансформатора 4 Быстрая переделка силового трансформатора лампового телевизора.

В данной статье вы узнаете что такое трансформатор. Покажем конструкцию силового трансформатора. Что такое трансформатор Трансформатор — устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. Автор: Тимеркаев Борис. Читайте также. Похожие записи. Поделитесь статьей:.

Вы точно человек?

Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны. По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора. Рис 61 Трансформатор : а — общий вид б — условное обозначение. Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение — на рис

Расчет трансформатора, онлайн калькулятор позволит вам рассчитать параметры трансформатора, такие как мощность, ток, количество витков и.

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Еще одна небольшая програмка в помощь электрику- расчет трансформатора. Если вдруг возникла потребность сделать самому трансформатор- ну хотя бы для того что бы сваривать скрутки электропроводки , то вам в помощь специальная очень простая программа которая поможет выбрать нужное число витков первичной и вторичной обмотки, а так же размеры сердечника магнитопровода. Скачать программу можно ТУТ , размер- кБ. Скачиваем файл, это- архив. Разархивируем его в удобной для вас папке. Указываем напряжение первичной обмотки- куда будет включаться трансформатор на какое напряжение сети;. Выбирается тип сердечника-броневой или стержневой и указываете желаемую площадь поперечного сечения в квадратных сантиметрах. Какой сердечник стержневой а какой- броневой смотрите ниже на фото:. В следующем окошке указывается расчетный диаметр не сечение!

Делаем Повышающий Трансформатор

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать самому. 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 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?

Сложные многофункциональные устройства, способные преобразовывать электроэнергию из одной величины в другую, на языке электротехники, называют трансформаторами. Для создания такого оборудования, в зависимости от конкретных величин преобразования, применяется специальный расчет.

Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать? Схема повышающего трансформатора

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки кроме автотрансформатора осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного или сетевого и вторичного выходного напряжений. Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции.

Расчет трансформатора

В процессе передачи электрической энергии от источников до пользователей происходит потеря какой-то ее части, что вызывает снижение напряжения в сети жилых домов так называемое падение напряжения. В городских энергосетях его величину поддерживают в пределах установленной нормы, используя специальную автоматику. Для отдельного частного дома необходим повышающий трансформатор , поскольку бытовая электрическая техника работает при напряжении в пределах В и весьма чувствительна к его падению вплоть до аварийной остановки или выхода из строя. Ученые и изобретатели 19 века, стоявшие у истоков теории и практики преобразования переменного тока, с выбором названия устройства, способного увеличивать или уменьшать величину напряжения, особо не затруднялись. Они использовали латинский термин transformo преобразовывать , который прочно закрепился в электротехнической терминологии для обозначения категории приборов, регулирующих параметры напряжения. Преобразование то есть, трансформация системы переменного тока основано на явлении взаимоиндукции, которое в общем случае заключается в возникновении электродвижущей силы индукции ЭДС индукции в одном проводнике в процессе изменения силы тока, проходящего в другом проводнике. Схема трансформатора.

ставим точку над выбором типа трансформатора- понижающий, повышающий, автотрансформатор;. ставим условия Теги: программы для электрика, расчет трансформатора · cosφ, холостой ход и Спасибо, в молодости приходилось рассчитывать трансформатор вручную.

Силовой трансформатор, расчёт силового трансформатора

Рассчитывать трансформатор меня научили еще в профессиональном училище в году. Расчет приблизительный, но его вполне достаточно для практических конструкций радиолюбителей. Все результаты расчета округляются в ту сторону, при которой обеспечивается наибольшая надежность. И так начнем.

Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы.

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до — Вт проводится следующим образом.

Перейти к содержимому. У вас отключен JavaScript. Некоторые возможности системы не будут работать. Пожалуйста, включите JavaScript для получения доступа ко всем функциям. Отправлено 10 Июнь —

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.

Расчет повышающего трансформатора онлайн

Ведь не всегда найдётся, например, готовый сетевой трансформатор. Более актуальным этот вопрос становится, когда нужен анодно-накальный или выходной трансформатор для лампового усилителя. Здесь остаётся лишь запастись проволокой и подобрать хорошие сердечники. Достать нужный магнитопровод порой оказывается непросто и приходится выбирать из того, что есть. Для быстрого расчёта габаритной мощности был написан приведённый здесь онлайн калькулятор. По размерам сердечника можно быстро провести все необходимые расчёты, которые выполняются по приведённой ниже формуле, для двух типов: ПЛ и ШЛ.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• OER — программа для расчёта обмоток трансформатора
• Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн
• OER — программа для расчёта обмоток трансформатора
• Быстрый расчет тороидального силового трансформатора
• Силовой трансформатор, расчёт силового трансформатора
• Расчет трансформатора, онлайн калькулятор
• Расчет трансформатора теория и практика
• Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Расчет и намотка трансформатора для самодельного преобразователя.

OER — программа для расчёта обмоток трансформатора

Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом. А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.

При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один — массогабаритные показатели.

Всё остальное — сплошной минус. Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований. Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR и IR, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.

И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД. Но самое главное — при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое. Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты. Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.

А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание «что-то подправить в консерватории». Объясняется это желание просто — существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя.

А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора. А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами. Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя НМ или импортных — EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода. Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR, равной 50 кГц. Почему именно такой? Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры.

А не выше, потому что мы пилоты А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину. Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.

Результаты сведём в таблицу. Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку Рис. В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту.

Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру магнитопровода — это важно! Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра Рис.

Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре или два провода по 0,7мм. Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку — пару слоёв лакоткани или другой изолирующей ленты Рис. А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения.

Да только вот опять — не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом. Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу. Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора.

И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора. Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода. При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей не должна превышать расчётную мощность трансформатора.

При необходимости поиметь двуполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий — к земле, средней точке, общей шине, корпусу, или совсем на худой конец — к GND-у.

Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины — плавками с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ.

Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу. Это нужно знать Весь перечень знаний находится на этой странице.

Весь перечень знаний находится на этой странице. Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания на тороидальном кольцевом ферритовом сердечнике. Онлайн калькулятор обмоток.

Мощность, снимаемая со вторичной обмотки Вт. Величина выходного постоянного напряжения В. В каком режиме измеряется выходное напряжение.

Количество витков первичной обмотки.

Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн

Трансформатор — устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. При этом преобразовании напряжений одновременно всегда происходит также преобразование силы тока: если трансформатор повышает напряжение, то сила тока при этом уменьшается. Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя катушками, имеющими обмотки. Одна из обмоток называется первичной, другая — вторичной.

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания на тороидальном (кольцевом) ферритовом сердечнике. Онлайн калькулятор.

OER — программа для расчёта обмоток трансформатора

Такая методика расчета трансформаторов конечно очень приблизительная но для радиолюбительской практики вполне подходит. Кроме этого все нижеперечисленные расчеты актуальны только лишь для трансформаторов с Ш-образным сердечником и для работы с током промышленной частоты 50 Гц. Задача: нужен трансформатор с выходным напряжением 12V и током на вторичной обмотке не менее 1A. Где S- площадь сердечника, P1- мощность первичной обмотки. Это необходимая минимальная площадь сердечника. Если есть возможность применить больше-это даже лучше. Здесь: W- количество витков, Ктр- коэффициент трансформации, Sс- площадь сечения сердечника.

Быстрый расчет тороидального силового трансформатора

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация. Часть 2 Производство и разработка электроники Часть 1 Пролог И все таки меня пригласили!

Главная Контакты.

Силовой трансформатор, расчёт силового трансформатора

Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина! Намотка и расчет трансформатора. Доставка новых самоделок на почту Получайте на почту подборку новых самоделок.

Расчет трансформатора, онлайн калькулятор

Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50 72х Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50 72х18 показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна. Программный он-лайн расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку.

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания на тороидальном (кольцевом) ферритовом сердечнике. Онлайн калькулятор.

Расчет трансформатора теория и практика

На этой страничке приведен простой метод расчета параметров трансформатора для сетей питания промышленной частоты для России это V 50 Гц. Это может понадобиться для радиолюбительского творчества, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если приведенный метод расчета и некоторые уравнения могли быть обобщены, здесь для упрощения вычислений принимались во внимание только классические сердечники трансформаторов с закрытым магнитным потоком, составленные из стальных пластин. Когда разрабатывается трансформатор, первый шаг в разработке состоит в выборе подходящего сердечника, чтобы трансформатор мог передать необходимую мощность.

Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Расчет трансформатора за 1 минуту

Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой. После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:. После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией. Трансформаторы представляют собой электромагнитные приборы, предусматривающие две или более индукционно-связных обмоток и служащие для определения значения переменного тока напряжения. В состав устройства входит магнитный сердечник с размещенными на нем обмотками. Однофазные агрегаты низкого напряжения используют для питания управляющих цепей.

Программный онлайн расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку.

Такая методика расчета трансформаторов конечно очень приблизительная но для радиолюбительской практики вполне подходит. Кроме этого все нижеперечисленные расчеты актуальны только лишь для трансформаторов с Ш-образным сердечником и для работы с током промышленной частоты 50 Гц. Задача: нужен трансформатор с выходным напряжением 12V и током на вторичной обмотке не менее 1A. Где S- площадь сердечника, P1- мощность первичной обмотки. Это необходимая минимальная площадь сердечника. Если есть возможность применить больше-это даже лучше.

Данный онлайн расчет трансформатора выполнен по типовым расчетам электрооборудования. В типовых расчётах все начинается с определения необходимой мощности вторичной обмотки, а уж потом с поправкой на КПД — коэффициент полезного действия, находим мощность всего трансформатора, и на основании этого рассчитываем необходимое сечение и тип сердечника и так далее. Изначально так и было в моём расчете. Пока не появились предложения от посетителей сайта внести изменения в расчет.

Повышающий и понижающий трансформатор

В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону. Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов. Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.

Содержание

Функции и работа трансформаторов

В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.

С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.

Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница

Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.

На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.

Как определить принадлежность той или иной обмотки

Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».

Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.

Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.

Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.

С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений. Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.

Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.

Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями. Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы. Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.

Особенности повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях. Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП. В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.

Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:

• Вначале на электростанции производится электрический ток напряжением 12 киловольт (кВ).
• Далее по ЛЭП оно поступает на повышающую подстанцию и попадает в повышающий трансформатор, преобразующий это напряжение до 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже по ней приходит на понижающую подстанцию, где его напряжение вновь становится 12 кВ.
• На последнем этапе ток оказывается в низковольтной линии, в конце которой установлен еще один трансформатор понижающего действия. Здесь напряжение окончательно принимает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.

Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.

Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.

КПД транформатора — формула и методика расчета. Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называют электромагнитное устройство, преобразующим переменный ток с изменением значения напряжения. Принцип работы прибора предполагает использование электромагнитной индукции.

Аппарат состоит из следующих основных элементов:

• первичной и вторичной обмоток;
• сердечника, вокруг которого навиты обмотки.

Принцип работы трансформатора

Изменение характеристик достигается за счёт разного количества витков в обмотках на входе и выходе.

Ток на выходной катушке возбуждается за счёт создания магнитного потока при подаче напряжения на входные контакты.

Устройство трансформатора

А если катушки будут разными? Тогда можно преобразовать напряжение из одной величины в другую. Так и работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение с первичной обмотки в напряжение другой величины на вторичной обмотке.

Трансформатор работает только с переменным, импульсным или любым другим током, у которого изменяется значение со временем.

Трансформатор преобразует ток и напряжение, но он не позволяет увеличить мощность. Даже наоборот, из-за нагрева он немного забирает мощность. И не смотря на это, его КПД может доходить вплоть до 99%.

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

Что такое КПД трансформатора и от чего зависит

Коэффициентом полезного действия (полная расшифровка данной аббревиатуры) называют отношение полезной электроэнергии к поданной на прибор.

Кроме энергии, показатель КПД может определяться расчётом по мощностным показателям при соотношении полезной величины к общей. Эта характеристика очень важна при выборе аппарата и определяет эффективность его использования.

Величина КПД зависит от потерь энергии, которые допускаются в процессе работы аппарата. Эти потери существуют следующего типа:

• электрического – в проводниках катушек;
• магнитного – в материале сердечника.

Величина указанных потерь при проектировании устройства зависит от следующих факторов:

• габаритных размеров устройства и формы магнитной системы;
• компактности катушек;
• плотности составленных комплектов пластин в сердечнике;
• диаметра провода в катушках.

Снижение потерь в агрегате достигается в процессе проектирования устройства, с применением для изготовления сердечника магнито-мягких ферромагнитных материалов. Электротехническая сталь набирается в тонкие пластины, изолированные друг относительно друга специальным слоем нанесённого лака.

В процессе эксплуатации эффективность аппарата определяется:

• поданной нагрузкой;
• диэлектрической средой – веществом, использованным в качестве диэлектрика;
• равномерностью подачи нагрузки;
• температурой масла в агрегате;
• степенью нагрева катушек и сердечника.

Если в ходе работы агрегат постоянно недогружать или нарушать паспортные условия эксплуатации, помимо опасности выхода из строя это ведёт к снижению эффективности устройства.

Методы определения КПД

КПД трансформатора можно подсчитать, с использованием нескольких методов. Данная величина зависит от суммарной мощности устройства, возрастая с увеличением указанного показателя. Значение эффективности колеблется в пределах от 0,8 до 0,92 при значении мощности от 10 до 300 кВт.

Зная величину предельной мощности, можно определить значение КПД, используя специальные таблицы.

Непосредственное измерение

Формула для вычисления данного показателя может быть представлена в нескольких выражениях:

ɳ = (Р2/Р1)х100% = (Р1 – ΔР)/Р1х100% = 1 – ΔР/Р1х100%,

• ɳ – значение КПД;
• Р2 и Р1 – соответственно величина полезной и потребляемой сетевой мощности;
• ΔР – величина суммарных мощностных потерь.

Из указанной формулы видно, что значение показателя КПД не может превышать единицу.

После поэтапного преобразования приведённой формулы с учётом использования значений электротока, напряжения и угла между фазами, получается такое соотношение:

ɳ = U2хI2хcosφ2/ U2хI2хcosφ2 + Робм + Рс,

• U2 и I2 – соответственно, значение напряжения и тока во вторичной обмотке;
• Робм и Рс – величина потерь в обмотках и сердечнике.

Представленная формула содержится в ГОСТе, описывающем определение данного показателя.

Расчёты КПД

Определение косвенным методом

Для приборов, обладающих большой эффективностью работы, при величине КПД, превышающем 0,96, точный расчёт не всегда оказывается возможным. Поэтому данное значение определяется при помощи косвенного метода, предполагающего оценку мощностных показателей в первичной катушке, вторичной и допущенных потерь.

Оценивая характеристики трансформатора, следует отметить высокую эффективность использования указанного оборудования, обусловленную его конструктивными особенностями.

Что такое коэффициент мощности

В цепи переменного тока, который поступает в трансформатор, возникает несколько видов нагрузки. Каждая из их определяет параметр, который в зависимости от нагрузки может быть активным, реактивным или полным соединением двух).

Активное сопротивление рассчитывается с учетом того, что потери будут равным квадрату тока, умноженному на сопротивление. Сопровождается выделением тепла. Реактивное происходит без выделения тепла и потерь нагрузки, рассчитывается по формулам индуктивности и емкости. Коэффициент является в общем понимании слова соотношением между активной и пассивной компонентой.

Как рассчитать коэффициент мощности трансформатора: формулы и математические расчёты

Определить его возможно по простой формуле: делятся усредненные значения модульных активных (ВТ) и полных (ВА).

При этом активная вычисляется как умноженные параметры напряжения и силы тока, умноженные на косинус фи. Для реактивной силы формула идентичная, но с тем учетом, что берется вместо косинуса синус. Полная вычисляется как умноженные напряжение на силу, равные корню из квадрата активной и реактивной.

Понятие мощности трансформатора

Трансформатор переменного тока не производит электрическую энергию, а лишь преобразовывает ее по величине. Поэтому его мощность полностью зависит от ее величины  нагрузки (тока потребления) вторичной цепи.  При наличии нескольких потребителей должна учитываться суммарная нагрузка, которая может быть подключена одновременно. Для цепей переменного тока учитывается активный и реактивный характер потребления.

Активная

Данная составляющая часть характеристики определяется как среднее значение мгновенной за определенный период времени. Для цепей синусоидального переменного тока в качестве отрезка времени используется значение периода колебания:

T=1/f,

где f – частота.

Активная часть  зависит от характера нагрузки, то есть от сдвига фаз между током и напряжением и определяется по формуле:

P=i∙U∙cosϕ,

где ϕ – угол сдвига фаз.

Активная составляющая  устройств переменного тока выражается в Ваттах, как и для цепей постоянного тока.

Реактивная

Реактивная нагрузка отличается от активной тем, что в течение одного периода колебаний напряжения электрическая энергия реально не потребляется, но возвращается назад. В результате того, что к питающему устройству подключены устройства с большой емкостью или индуктивностью (электродвигатели), между током и напряжением возникает сдвиг фаз.

Реактивная составляющая потребления определяется выражением:

Q= i∙U∙sinϕ

Единица измерения – вар (вольт-ампер реактивный).

Полная

Полная мощность трансформатора учитывает всю потребленную и  возвращенную энергию и находится из выражения:

S= i∙U

Все составляющие связаны соотношением:

S2=P2+Q2.

Единица измерения – ВА (вольт-ампер).

Полная мощность равняется активной только в случае полностью активной нагрузки.

Номинальная

Номинальная мощность трансформатора учитывает возможность работы конструкции с учетом подключения потребителей разного характера, то есть аналогична полной. При этом гарантируется исправная работа устройства весь заявленный срок службы при  оговоренных условиях эксплуатации.

Номинальная мощность, как и полная, учитывает активный и реактивный характер потребления, которое может изменяться во время эксплуатации.

Выражается в вольт-амперах.

Методика расчета мощностей трансформатора

При расчете силового  трансформатора питающей подстанции учитывается среднесуточная нагрузка и длительность периода максимальной потребления. При этом должно учитываться соотношение:

Sном≥∑Pмакс

Режим пикового потребления также должен учитывать время воздействия, поскольку при кратковременных всплесках (до 1 часа), устройство будет работать в недогруженном режиме, что экономически не выгодно.

В таких случаях нужно брать в расчет перегрузочную способность конструкции, которая зависит от конструктивных особенностей, температуры окружающего воздуха  и условий охлаждения. Это диктуется условиями допустимого нагрева составляющих элементов (обмоток, коммутирующих цепей).

Понятие коэффициента загрузки определяет отношение среднесуточного и максимального потребления электрической энергии. Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. Его величина связана с требованиями к надежности электроснабжения. Чем меньше требуемая надежность, тем больше коэффициент может приближаться к единице.

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.

Расчетная формула такой взаимосвязи:

Sо х Sс = 100 х Рг / (2,22 х Вс х А х F х Ко х Кc), где

• Sо — показатели площади окна сердечника;
• Sс — площадь поперечного сечения сердечника;
• Рг — габаритная мощность;
• Bс — магнитная индукция внутри сердечника;
• А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
• F — показатели частоты переменного тока;
• Ко — коэффициент наполненности окна;
• Кс — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

Самые распространенные разновидности трансформаторов производятся с применением Ш —образного и П — образного сердечников.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

• категорией электрического снабжения;
• перегрузочной способностью;
• шкалой стандартных мощностей приборов;
• графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.

Варианты трансформаторов

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

В системах электрического снабжения показатели трансформаторной мощности приборов должны позволить обеспечивать стабильное питание всех потребителей электроэнергии.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Трансформатор позволяет понизить напряжение до необходимых параметров.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

U1/U2=n1/n2, где:

• U1 – напряжение на первичной обмотке,
• U2 – на вторичной,
• n1 – количество витков на первичной обмотке,
• n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт. То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Советуем изучить Стабилизатор напряжения Ресанта

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

S=1,15 * √P

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Разновидности сердечников для трансформатора.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» – сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока

Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц

Обозначение трансформатора на схеме.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Низкий коэффициент мощности: причины и последствия

Низкий показатель приводит к максимуму устранения энергетической составляющей. Используются специальные приборы для компенсации, которые позволяют снизить потребление электричества и увеличить кпд устройства.

Нагрузочные потери в элементах сети

Нагрузочные приводят к перераспределению и снижению энергетической составляющей. Уровень напряжения падает, что обуславливает значительный перегрев устройства. Следствие — потеря эффективности и работоспособности, быстрый выход оборудования из строя.

Специалист минимизируют силы нагрузочного типа. Это позволяет увеличить показатели пускового момента устройства.

Потери в силовом трансформаторе

Коэффициент, обладающий разрозненными характеристиками, вызывает уход электроэнергии. Энергия неправильно распределяется. Увеличив рассматриваемый показатель удается достигнуть необходимых характеристик. В условиях значительной стоимости энергия в современных реалиях для предприятия снижение потерь становится первостепенной задачей. Дополнительно можно подключить нагрузку.

Источники

• https://bulze.ru/otoplenie-drugoe/kpd-transformatora-eto.html
• https://tyt-sxemi.ru/transformator/
• https://sesaga.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-transformatora.html
• https://OTransformatore.ru/vopros-otvet/znachenie-i-raschet-koeffitsienta-moshhnosti-transformatora/
• https://OTransformatore.ru/vopros-otvet/polnaya-moshhnost-transformatora/
• https://StBel.ru/chto-novogo/raschet-transformatora-po-secheniyu-serdechnika. html

 

 

Как вам статья?

Павел

Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

Расчет импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя и согласующих устройств

В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Поскольку трансформатор имеет много взаимозависимых параметров, расчет ведут по шагам, уточняя при необходимости исходные данные.

1. Как определить число витков и мощность?

Габаритная мощность, полученная из условия не перегрева обмотки, равна [1]:

Pгаб = So ⋅ Sc ⋅ f ⋅ Bm / 150           (1)

Где:  Pгаб — мощность, Вт;
Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см²;
So — площадь окна сердечника, см²;
f — частота колебаний, Гц;
Bm = 0,25 Тл — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых ферритов на частотах до 100 кГц.  

Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:

Pmax = 0,8 ⋅ Pгаб           (2)

Минимальное число витков первичной обмотки n1 определяется максимальным напряжением на обмотке Um и допустимой индукцией сердечника Bm:

n1 = (0,25 ⋅ 104 ⋅ Um) / (f ⋅ Bm ⋅ Sc)           (3)

Размерности единиц здесь те же, что и в формуле (1).

Плотность тока в обмотке j для трансформаторов мощностью до 300 Вт принимаем 3…5 А/мм² (большей мощности соответствует меньшее значение). Диаметр провода в мм рассчитываем по формуле:

d = 1,13 ⋅ (I / j)½           (4)

Где I — эффективный ток обмотки в А.

Пример 1:

Для ультразвуковой установки нужен повышающий трансформатор мощностью 30…40 Вт. Напряжение на первичной обмотке синусоидальное, с эффективным значением Uэфф = 100 В и частотой 30 кГц.

Выберем ферритовое кольцо К28×16×9.

Площадь его сечения: Sc = (D — d) ⋅ h / 2 = (2,8 — 1,6) ⋅ 0,9 / 2 = 0,54 см²
Площадь окна: So = π ⋅ (d / 2)2 = π⋅ (1,6 / 2)2 = 2 см²
Габаритная мощность: Pгаб = 0,54 ⋅ 2 ⋅ 30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 / 150 = 54 Вт
Максимальная мощность: Pmax = 0,8 ⋅ 54 = 43,2 Вт
Максимальное напряжение на обмотке: Um = 1,41 ⋅ 100 = 141 В
Число витков: n1 = 0,25 ⋅104 ⋅ 141 / (30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54) = 87
Число витков на вольт: n0 = 87 / 100 = 0,87
Эффективное значение тока первичной обмотки: I = P / U = 40 / 100 = 0,4 A
Плотность тока выберем 5 А/мм².
Тогда диаметр провода по меди: d = 1,13 ⋅ (0,4 / 5)½ = 0,31 мм

2. Как уточнить плотность тока?

Если мы делаем маломощный трансформатор, то можем поиграть с плотностью тока и выбрать более тонкие провода, не опасаясь их перегрева. В книге Эраносяна [2, Стр. 109] дана такая табличка:

Pн, Вт	1 … 7	8 … 15	16 … 40	41 … 100	101 … 200
j, А/мм2	7 … 12	6 … 8	5 … 6	4 … 5	4 … 4,5

Почему плотность тока зависит от мощности трансформатора?

Выделяемое количество теплоты равно произведению удельных потерь на объем провода. Рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4…5 кВА плотность тока не превышает 1…2 А/мм² [3].

3. Как уточнить число витков первичной обмотки?

Зная число витков первичной обмотки n вычислим ее индуктивность. Для тороида она определяется по формуле:

L = μ0 ⋅ μ ⋅ Sс ⋅ n2 / la        (5)

Где:
Площадь Sс  дана в м²;  
средняя длина магнитной линии la в м;
индуктивность в Гн;
μ0 = 4π ⋅ 10–7 Гн/м — магнитная постоянная.

В инженерном виде эта формула выглядит так:

L = AL n2        (5А)    ,      n = (L / AL)½        (5Б)

Коэффициент AL и параметр мощности Sо ⋅ Sc для некоторых типов колец приведены в Таблице 2 [4,5,6]:

Кольцо	К7×4х2	К10×6х3	К10×6х4,5	К16×10х4,5	К20×12х6	К32×20х6	К38×24х7	К40×25х11
AL, нГн/вит2 ± 25%	224	310	460	430	620	570	650	1050
Sо ⋅ Sc, см4	0,004	0,017	0,025	0,106	0,271	1,131	2,217	4,050

Для работы трансформатора в качестве согласующего устройства должно выполняться условие:

L > (4 … 10) ⋅ R / (2 ⋅ π ⋅ fmin)         (6)

Где L — индуктивность в Гн;
R = U2эфф / Pн приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Ом;
fmin — минимальная частота, Гц.

В ключевых преобразователях в первичной обмотке трансформатора текут два тока: прямоугольный ток нагрузки Iпр = Um / R и треугольный ток намагничивания обмотки IT:

Для нормальной работы преобразователя величина треугольной составляющей не должна превышать 10% от прямоугольной, т.е индуктивность обмотки должна удовлетворять неравенству:

L > 5 R / f         (7)

При необходимости число витков увеличивают или применяют феррит с большей μ. Чрезмерно завышать число витков в обмотке не желательно. Из-за роста межвитковой емкости на рабочей частоте могут возникнуть резонансные колебания.

Выбранный феррит должен иметь достаточную максимальную индукцию и малые потери в рабочей полосе частот. Как правило, на низких частотах (до 1 МГц) применяют феррит с μ = 1000 … 6000, а на радиочастотах приходиться использовать материалы с μ = 50 … 400.

Пример 2:

Трансформатор из Примера 1 намотан на кольце К28×16х9 из никель-марганцевого феррита 2000НМ с магнитной проницаемостью μ = 2000.
Мощность нагрузки P = 40 Вт , эффективное напряжение первичной обмотки Uэфф = 100 В , частота f = 30 кГц. Уточним число его витков.

Приведенное сопротивление нагрузки:   R = 1002 / 40 = 250 Ом
Площадь поперечного сечения магнитопровода:   Sc = 0,54 см² = 0,54 ⋅ 10 -4 м²
Средняя длина магнитной линии: la = π (D +d) / 2 = π (2,8 + 1,6) ⋅ 10 -2 / 2 = 6,9 ⋅ 10 -2 м
Коэффициент индуктивности: AL = 4π ⋅ 10–7 ⋅ 2000 ⋅ 0,54 ⋅ 10 -4 / 6,9⋅10–2 = 1966 нГн / вит2

Минимальная индуктивность первичной обмотки по формуле (6):  
L = 10 ⋅ 250 / (2π ⋅ 3 ⋅ 104) = 13,3 мГн
Число витков: n = (13,3 ⋅ 10 -3 / 1,963 ⋅ 10 -6) ½ = 82      

Оно даже меньше, чем рассчитанное ранее в Примере 1  nmin = 87.
Таким образом, условие достаточной индуктивности выполнено и число витков первичной обмотки n = 87.

4. Какие ферриты можно применить и почему?

Как известно, сердечник в трансформаторе выполняет функции концентратора электромагнитной энергии. Чем выше допустимая индукция B и магнитная проницаемость μ, тем больше плотность передаваемой энергии и компактнее трансформатор. Наибольшей магнитной проницаемостью обладают т.н. ферромагнетики — различные соединения железа, никеля и некоторых других металлов.

Магнитное поле описывают две величины: напряженность Н (пропорциональна току обмотки) и магнитная индукция В (характеризует силовое действие поля в материале). Связь В и H называют кривой намагничивания вещества. У ферромагнетиков она имеет интересную особенность — гистерезис (греч. отстающий) — когда мгновенный отклик на воздействие зависит от его предыстории.

После выхода из нулевой точки (этот участок называют основной кривой намагничивания) поля начинают бегать по некой замкнутой кривой (называемой петлей гистерезиса). На кривой отмечают характерные точки — индукцию насыщения Bs, остаточную индукцию Br и коэрцитивную силу Нс.

Рис.  1. Магнитные свойства ферритов. Слева форма петли гистерезиса и ее параметры. Справа основная кривая намагничивания феррита 1500НМ3 при различных температурах и частотах: 1 — 20кГц, 2 — 50кГц, 3 — 100 кГц.

По значениям этих величин ферромагнетики условно делят на жесткие и мягкие. Первые имеют широкую, почти прямоугольную петлю гистерезиса и хороши для постоянных магнитов. А материалы с узкой петлей используют в трансформаторах. Дело в том, что в сердечнике трансформатора есть два вида потерь — электрические, и магнитные. Электрические (на возбуждение вихревых токов Фуко) пропорциональны проводимости материала и частоте, а вот магнитные тем меньше, чем меньше площадь петли гистерезиса.

Ферриты это пресс порошки окисей железа или других ферромагнетиков спеченные с керамическим связующим. Такая смесь сочетает два противоположных свойства — высокую магнитную проницаемость железа и плохую проводимость окислов. Это минимизирует как электрические, так и магнитные потери и позволяет делать трансформаторы, работающие на высоких частотах. Частотные свойства ферритов характеризует критическая частота fc, при которой тангенс потерь достигает 0,1. Тепловые — температура Кюри Тс, при которой μ скачком уменьшается до 1.

Отечественные ферриты маркируются цифрами, указывающими начальную магнитную проницаемость, и буквами, обозначающими диапазон частот и вид материала.

Наиболее распространен низкочастотный никель-цинковый феррит, обозначаемый буквами НН. Имеет низкую проводимость и сравнительно высокую частоту fc. Но у него большие магнитные потери и невысокая температура Кюри.

Никель-марганцевый феррит имеет обозначение НМ. Проводимость его больше, поэтому fc низкая. Зато малы магнитные потери, температура Кюри выше, он меньше боится механических ударов.

Иногда в маркировке ферритов ставят дополнительную цифру 1, 2 или 3. Обычно, чем она выше, тем более температурно стабилен феррит.

Какие марки ферритов нам наиболее интересны?

Для преобразовательной техники хорош термостабильный феррит 1500НМ3 с fc=1,5 МГц, Bs=0,35…0,4 Тл и Tc=200 ℃.

Для спец применений выпускают феррит 2000НМ3 с нормируемой дезакаммодацией (временной стабильностью магнитной проницаемости). У него fc=0,5 МГц, Bs=0,35…0,4 Тл и Tc=200 ℃.

Для мощных и компактных трансформаторов разработаны ферриты серии НМС. Например 2500НМС1 с Bs=0,45 Тл и 2500НМС2 c Bs=0,47 Тл. Их критическая частота fc=0,4 МГц, а температура Кюри Tc>200 ℃.

Что касается допустимой индукции Bm, этот параметр подгоночный и в литературе не нормируется. Ориентировочно можно считать Bm = 0,75 Вsmin. Для никель-марганцевых ферритов это дает примерно 0,25 Тл. С учетом падения Bs при повышенных температурах и за счет старения в ответственных случаях лучше подстраховаться и снизить Bm до 0,2 Тл.

Основные параметры распространенных ферритов сведены в Таблицу 3:

Марка	100НН	400НН	600НН	1000 НН	2000 НН	2000 НМ	1000 НМ3	1500 НМ1	1500 НМ3
μнач	80…120	350… 500	500… 800	800… 1200	1800… 2400	1700… 2500	800… 1200	1200… 1800	1200… 1800
fc, МГц	7	3,5	1,5	0,4	0,1	0,5	1,8	0,7	1,5
Tc, ℃	120	110	110	110	70	200	200	200	200
Bs, Тл	0,44	0,25	0,31	0,27	0,25	0,38… 0,4	0,33	0,35… 0,4	0,35… 0,4

5.

Насколько нагреется сердечник?

Потери в магнетике.

При частоте менее критической fс потери энергии в магнетике складываются в основном из потерь на перемагничивание, а вихретоковыми можно пренебречь.

Опыт и теория показывают, что потери энергии в единице объема (или массы) на одном цикле перемагничивания прямо пропорциональны площади петли гистерезиса. Следовательно мощность магнитных потерь:

PH = P0 ⋅ V ⋅ f      (8)

Где:
P0 — удельные потери в единице объема (измеренные на частоте f0 при индукции B0) ;
V — объем образца.

Таблица 4. Удельные объемные потери в ферритах 2500НМС при f0 =16 кГц ; B0=0,2 Тл:

T, oC	P0, мкВт / (см 3 ⋅ Гц)
2500НМС1	2500НМС2
25	10,5	8,5
100	8,7	6

Однако, с ростом частоты индукция насыщения уменьшается, петля гистерезиса деформируется, а потери растут. Для учета этих факторов Штейнмец (C.P. Steinmetz, 1890–1892) предложил эмпирическую формулу:

PH = P1 ⋅ m ⋅ (f / f1) α (B / B1) β      (9)

Условились [7, Стр. 54], что f1 = 1 кГц, B1 = 1 Тл.
Величины P1, α, β и массу сердечника m указывают в справочнике.

Таблица 5. Удельные потери в некоторых ферритах

Марка	1500НМ3	2000НМ1-А, Б	2000НМ3	2000НМ-17	3000 НМ-А	6000НМ-1
f	—	0,4…100 кГц	0,1…1 МГц	—	0,4…100 кГц	0,1…1 МГц	0,4…200 кГц	20…50 кГц	50…100 кГц
P1, Вт / кг	23,2	32±7	13±3	44,6	63±10	25±4	48±8	11±2	38±0,8
α	1,2	1,2	1,4	1,3	1,2	1,4	1,2	1,35	1,6
β	2,2	2,4	2,7	2,85	2,76	2,69	2,6

Потери в меди.

Омические потери в первичной обмотке при комнатной температуре и без учета скин-эффекта:

PM1 = I2 эфф (ρ / Sm) ((D — d) + 2h) ⋅ n1      (10)

Где:
Iэфф — эффективный ток,
D — внешний, d — внутренний диаметр кольца, h — его высота в метрах;
n1 — число витков; Sm — поперечное сечение провода, в мм²;
ρ = 0,018 Ом ⋅ мм² / м — удельное сопротивление меди.

Суммарные потери во всех обмотках при повышенной температуре окружающей среды:

PM = (PM1 + PM2 + …)⋅ (1 + 0,004⋅ (T — 25oC))      (11)

Общие потери в трансформаторе.

Потери в магнетике и меди:

PΣ = PH + PM      (12)

Предполагаемая температура перегрева при естественной конвекции:

ΔT = PΣ / (αm Sохл)      (13)

Где αm = (10…15) -4 Вт/(см²oС)     ,     Sохл = π /2 (D2 — d2) + π h (D + d)

Пример 3:

Найдем потери в трансформаторе из Примеров 1 и 2. Для простоты считаем, что вторичная и первичная обмотка одинаковые. 

Эффективный ток первичной обмотки Iэфф = 0,4 А.

Потери в меди первичной обмотки:
PM1 = 0,42 ⋅ (0,018 / 0,08) ⋅ (28 — 16 + 18) ⋅ 10 -3 ⋅ 87 ≈ 0,1 Вт.

Потери в меди обеих обмоток: PM = 0,2 Вт.

Согласно справочным данным для феррита 2000НМ P1 = 32 Вт / кг ; α = 1,2; β = 2,4; масса сердечника К28×16х9 равна 20 грамм.

Потери в феррите: PH = 32 ⋅ (30 / 1) ⋅ 1,2 ⋅ (0,25 / 1) ⋅ 2,4 ⋅ 20 ⋅ 10 -3= 1,36 Вт

Суммарные потери в трансформаторе:   PΣ = 1,56 Вт.     

Ориентировочный КПД = (40 — 1,56) / 40 ⋅ 100% ≈ 96%

6. Как учесть инерционные свойства трансформатора?

На Рис. 2. показана T-схема замещения трансформатора. В нее входят сопротивление источника ri, приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн   или R = Pн / U2эфф   ,     где n = U1 / U2 — коэффициент трансформации, Uэфф — эффективное напряжение первичной обмотки.

Рис.  2. Эквивалентная схема трансформатора.

Инерционные свойства трансформатора определяют малые индуктивности рассеяния Ls, индуктивность намагничивания Lμ (почти равна индуктивности первичной обмотки L1), параллельная емкость обмотки Сp (т.н. динамическая емкость) и последовательная емкость между обмотками Сп.

Как оценить индуктивности и емкости?

L1 рассчитывают по формуле (5) или измеряют экспериментально.
Согласно [8] индуктивность рассеивания по порядку величины равна Ls ~ L1 / μ.
Емкость Ср составляет примерно 1 пФ на виток.

Трансформатор работает подобно полосовому фильтру. На малых частотах он представляет собой ФВЧ с частотой среза ωн = R / Lμ.
На высоких частотах элементы Ls и Cp образуют ФНЧ с частотой среза ωв ≈ (Ls Cp)-½
Последовательная емкость Сп невелика и на работу практически не влияет.

В модели есть два характерных резонанса:

Низкочастотный (резонанс намагничивания) в параллельном контуре Lμ Ср.
Его частота   fμ ≈ (1/ 2 π) ⋅ (Lμ Cp)-½  , а добротность
Qμ ≈ (ri || R) ⋅ (Lμ / Cp)-½      (14)

Высокочастотный (резонанс рассеивания) в контуре, образованном Ls и Cр.
Его частота fs ≈ (1/ 2 π) ⋅ (Ls Cp)-½   , а добротность   Qs ≈ (Ls / Cp)½ / ri         (15)

Как влияют резонансы обмотки?

Амплитудно-частотная характеристика трансформатора похожа на АЧХ полосового фильтра, но на ее верхнем краю резонанс fs дает характерный пик.

Реакция же на импульсы напряжения зависит от способа включения источника и величин сопротивлений схемы.

При малом внутреннем сопротивлении источника riпроявляется лишь резонанс fs в виде характерного «звона» на фронтах импульсов.
Если же источник подключается через ключ, то при его размыкании могут возникать интенсивные колебания с частотой  fμ.

Рис. 3. Пример АЧХ и переходного процесса в трансформаторе. Его эквивалентная схема дана ниже на рисунке 4.

7. Экспериментальное измерение параметров импульсного трансформатора.

Для пробы было взято кольцо из феррита 3000НМ размера К10×6х2. Первичная обмотка составляла 21 виток; вторичная 14; коэффициент трансформации n = 1,5; сопротивление нагрузки равнялось 4,7 кОм; источником служил генератор прямоугольных импульсов на TTL микросхемах с уровнем 6В, частотой 1 МГц и внутренним сопротивлением ri ≈ 200 Ом.

Рассчитаем теоретические параметры:

Sc = 4 ⋅ 10 -6 м², la = 25,13 ⋅ 10 -3 м , ALтеор = 600 нГн / вит2, L1теор = 0,6 ⋅ 212 = 265 мкГн, Ls теор ≈ 265/3000 = 0,09 мкГн , Сp теор ≈ 21+14 = 35 пФ.
Приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн = 2,25 ⋅ 4,7 ~ 10 кОм.

Результаты измерений индуктивностей прибором АКИП-6107:

L1 = 269 мкГн ,   L2 = 118 мкГн , закоротив вторичную обмотку получим 2Ls = 6,8 мкГн, что на два порядка выше ее теор оценки.

Динамическую емкость Cp можно оценить по формуле (15), подав на трансформатор прямоугольные импульсы и измерив при помощи осциллографа период колебаний «звона» на фронтах импульсов на выходе вторичной обмотки. Частота «звона» fs оказалась 18,5 МГц , что дает Ср ≈ 21 пФ и неплохо согласуется с теор оценкой.

Для сравнения с опытом эквивалентная схема с измеренными параметрами моделировалась в программе LT Spice.

Рис. 4. Модель трансформатора. Vout — приведенное напряжение, фактическое будет в n раз меньше.Рис. 5. Результаты эксперимента. Масштаб вертикальной шкалы 1 вольт на деление.

Итак, модель, построенная на основе измеренных Lμ , Ls и Cp вполне согласуется с экспериментом.

Теоретическая оценка [8] емкости 1 пФ на виток для малых колец приемлема, но оценка индуктивности рассеяния на два порядка расходится с фактической. Ее проще определять на опыте.

Приложение 1. Вывод формулы для числа витков.

При подаче напряжения U на обмотку в ней возникнет ЭДС индукции E:
U = -E = n Sc dB / dt

Для синусоидального напряжения с амплитудой Um:
Um = n Sc ω Bm
Откуда число витков: n = Um / (Sc ω Bm)

Выразив круговую частоту через обычную, а площадь в см² получим инженерную формулу:

n = 0,16 ⋅ 104 / (f ⋅ Bm⋅ Sc)

Для прямоугольного напряжения величиной Um приращение индукции:  
dB = dt Um / (n Sc)
Интегрируя ее по времени от 0 до T/2 и учитывая, что за половину периода поле изменится от -Bm до +Bm получим:      2Bm = (T / 2) Um / (n Sc)

Выразив период через частоту, а площадь в см² получим инженерную формулу:

n = 0,25 ⋅104 / (f ⋅ Bm ⋅ Sc)

Она пригодна для обоих случаев.

Приложение 2. Вывод формулы для габаритной мощности трансформатора.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея связь напряжения на катушке с изменением магнитной индукции в ней:   

U dt = n Sc dB

За время от 0 до T/2 индукция изменится от -Bm до +Bm.  Интегрируя в этих пределах получим среднее напряжение:

Uср = 4n  ⋅  Sc ⋅  Bm ⋅  f

Где:

Но приборы измеряют не среднее, а действующее напряжение, которое эквивалентно постоянному по энергии. Связь среднего и действующего напряжения дает коэффициент формы кф = Uэфф / Uср . Для меандра он равен 1, для синуса 1,11.

Отсюда эффективное напряжение на катушке:
Uэфф = 4 ⋅  кф ⋅  n ⋅  Sc ⋅  Bm ⋅  f

Габаритную мощность оценим из следующих соображений. Частота f не велика, потери на вихревые токи и перемагничивания малы и мощность ограничена лишь перегревом обмотки. Его определяет максимальная плотность тока j, одинаковая для обоих обмоток.

Определим габаритную мощность как полусумму мощностей первичной и вторичной обмоток.

Pгаб = (P1+P2) / 2 = (Uэфф1⋅ I1 + Uэфф2 ⋅ I2) / 2 = j (S1 n1 + S2 n2) 4 кф Sc Bm f / 2       

Где S1 и S2 площади витка первичной и вторичной обмоток.

Это соотношение можно записать через площадь меди Sm:  

Pгаб = 2⋅  кф ⋅ f ⋅ Sc ⋅ Sm ⋅ Bm ⋅ j

Площадь меди связывают с коэффициентом заполнения окна σ = Sm / Sо.

Сигма это некий эмпирический коэффициент, равен минимум 0,15 для однослойной обмотки и максимум 0,4 для многослойной (больше не поместится).

В итоге наша формула имеет вид:

Pгаб = 2 ⋅ кф ⋅ σ⋅  f ⋅ Sc⋅  Sо ⋅ Bm ⋅ j 

Все величины здесь в СИ.

Допустим, что напряжение имеет форму меандра, кф = 1. Выбирая плотность тока j = 2,2 А / мм²; коэффициент заполнения σ = 0,15; выразив площади в см²; Bm в Тл ; частоту в Гц получим расчетную формулу:

Pгаб = Sc ⋅ So ⋅ f ⋅ Bm / 150

Как видно, эта формула выведена с большим запасом, реально можно получить с трансформатора и большую мощность.

Литература.

1. Косенко С. «Расчёт импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» // Радио, №4, 2005, с. 35 — 37, 44.

2. Эраносян С.А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, — 176 с: ил.

3. С.В. Котенёв, А.Н. Евсеев. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — М.: Горячая линия-Телеком, 2013. — 359 с.: ил.

4. А. Петров «Индуктивности, дроссели, трансформаторы »// Радиолюбитель, №12, 1995, с. 10–11.

5. Михайлова М.М., Филиппов В.В., Муслаков В.П. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1983. — 200 с., ил.

6. Расчетные геометрические параметры кольцевых сердечников.

7. Б.Ю. Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М. : Солон-Р, 2001. — 327 с. : ил

8. Курс лекций «Импульсная техника» для студентов 4-го курса кафедры Радиофизики. Глава 3.

© Habrahabr.ru

Принцип работы повышающего трансформатора напряжения — Машина

Это означает, что, регулируя количество витков, можно получить желаемое выходное напряжение.

Содержание

Принцип работы повышающего трансформатора напряжения

В быту и промышленности электрические и электронные устройства широко используются для различных целей. Для работы они должны быть подключены к электросети или другому источнику электроэнергии.

Для упрощения конструкции и последующей эксплуатации сети или источника желательно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение.

Например, 220 В переменного тока для бытового использования и 12 В постоянного тока для автомобильного использования.

На практике используются источники постоянного и переменного тока. Например, домашняя сеть 220 В работает на переменном токе, а автомобильная сеть в транспортном средстве использует постоянный ток. В зависимости от типа сети, они имеют различные решения для повышения напряжения до нужного значения.

Используя современные микроэлектронные компоненты, устройства, выполняющие эти функции, имеют очень хорошее соотношение массы к размеру при высокой выходной мощности. На рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока, чтобы проиллюстрировать этот момент.

Рисунок 1: Повышающий преобразователь постоянного тока без трансформатора

В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это сделать правильно.

Устройство приводится в действие магнитом. Это характерно для катушек. Первый контур отвечает за понижение, а второй – за повышение сетевого напряжения. Управление трансформатором осуществляется с помощью специальной техники.

Принцип работы устройства

Рассматривая принцип работы повышающего трансформатора, важно понять основные принципы этой конструкции. В основе работы трансформатора лежит механизм электромагнитной индукции. Металлический сердечник заключен в изоляционную среду. В цепи есть две катушки. Количество катушек не одинаково. Катушка с большим количеством витков в первом контуре, чем во втором, может увеличить индекс.

В первую цепь подается напряжение переменного тока. Например, это сетевой ток 110 (100) вольт. Появляется магнитное поле. Его прочность возрастает, если витки в сердечнике правильно соотнесены. При протекании тока через вторую обмотку повышающего трансформатора возникает ток определенной величины. Например, предусмотрена характеристика сети 220 В.

Однако частота остается неизменной. В цепи установлен преобразователь для подачи постоянного тока в линию питания. Это устройство можно найти в бустерных устройствах. Устройство способно работать не только на изменение напряжения, но и частоты. Некоторые устройства питаются постоянным током.

Трансформаторный метод повышения напряжения не может быть использован в сетях постоянного тока. Поэтому, если необходимо решить эту проблему, используются более сложные устройства, работа которых основана на следующей схеме: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимается переменный сигнал. Переменное напряжение усиливается каким-либо способом, затем выпрямляется и сглаживается для получения более высокого постоянного напряжения.

Усиление переменного напряжения

Разнообразные трансформаторы

Самый простой способ повысить напряжение переменного тока – установить повышающий трансформатор между выходом сети и питаемой нагрузкой. Устройства, используемые на практике, делятся на две основные разновидности. Первые – это классические трансформаторы, а вторые – автотрансформаторы. Принципиальные схемы этих устройств показаны на рисунке 2.

Рисунок 2: Принципиальная схема трансформатора и автотрансформатора

Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную обмотку с числом витков W1 и вторичную или выходную обмотку с числом витков W2. Правило для трансформатора: U-out = K×U-in, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе число витков вторичной обмотки больше, чем число витков первичной обмотки.

Повышающий автотрансформатор содержит одну обмотку с витками W2. Эта линия соединена с частью витков W1. Увеличение U связано с тем, что магнитное поле, создаваемое током, протекающим через входную часть общей обмотки, индуцирует ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула для автотрансформатора аналогична обычной: U-выход = K×U-вход, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.

Характеристики трансформатора

Эффективность трансформаторов повышается за счет использования сердечника из электротехнической стали. Этот компонент

• повышает эффективность устройства за счет снижения рассеивания магнитного поля в окружающей среде;
• Он действует как опорная силовая база для обмоток.

Неизбежные потери на вихревые токи уменьшаются, поскольку сердечник представляет собой набор тонких профилированных изолированных пластин.

В других случаях рекомендуется использовать трансформатор. Это связано с тем, что он не проводит постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую изоляцию электросети от нагрузки, повышая тем самым электробезопасность.

Особенностью трансформатора является его обратимость, т.е. В зависимости от ситуации он может одинаково хорошо работать как повышающее, так и понижающее устройство. Единственным серьезным ограничением является необходимость поддерживать нормальную работу первичной и вторичной обмоток.

В отличие от компьютерных розеток, называемых розетками RJ45, в разных странах в национальных электросетях установлены разные типы розеток. Например, известны немецкие, французские, английские и другие стандарты или стили розеток. Поэтому целесообразно возложить функцию адаптера на небольшой силовой трансформатор, который с помощью различных типов вилок и розеток обеспечивает механическую координацию между сетью и нагрузкой. Пример такого устройства показан на рисунке 3.

Рисунок 3: Пример реверсивного трансформатора малой мощности с адаптером для розетки

Лабораторные автотрансформаторы LATP

Сильной стороной автотрансформатора является простота регулировки выходного напряжения простым перемещением токового контакта в обмотке. Устройства, допускающие такую возможность, называются лабораторными автотрансформаторами LATP. Они отличаются характерным внешним видом, обусловленным наличием регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.

Неизбежные потери на вихревые токи уменьшаются благодаря тому, что сердечник представляет собой набор тонких профилированных изоляционных пластин.

Приложение

Вот некоторые области применения устройств повышения напряжения.

Для переменного тока наиболее распространенным применением являются повышающие трансформаторы для подключения различных европейских электронных и электрических устройств к американской национальной сети 110 В.

Примеры из области постоянного напряжения:

• Обычные зарядные устройства USB достаточно мощные для питания CD-кассет, но для работы последних требуется 12 В; в этой ситуации полезно использовать повышающий преобразователь;
• Литиевые батареи 3,3 В можно использовать для создания банка питания для мобильных телефонов;
• Регулируемые устройства представляют большой интерес при проведении проверок автомобильных генераторов переменного тока.

Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать от 220 В такие приборы, как телевизор, магнитофон, дрель в сельской местности.

Повышающие преобразователи постоянного и переменного тока имеют широкий спектр применения, значительно различаясь по схемотехнике.

Выбор конкретной реализации зависит от многих факторов, основными из которых являются:

• Отношение входного напряжения к выходному напряжению;
• Мощность для питания нагрузок
• Уровень требований к электробезопасности.

На практике можно использовать как покупные, так и самодельные устройства. Большинство самодельных схем можно воспроизвести даже со средним уровнем подготовки в области электротехники и схемотехники.

Иногда возникает ситуация, когда необходимо для изменения напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора только на 10-15%, но вы действительно не хотите разбирать трансформатор.

Если на каркасе есть место, можно намотать дополнительную катушку, не снимая магнитопровода, а затем включить ее синфазно или противофазно, в зависимости от того, нужно ли увеличить или уменьшить выходное напряжение. На рисунке слева напряжение катушки “II” прибавляется к напряжению катушки “III” и вычитается из напряжения основной катушки справа.

Видео: Как удвоить напряжение трансформатора без перемотки

Видео для радиолюбителей и всех, кто интересуется электроникой. Не перематывая трансформатор, мы легко увеличиваем выходное напряжение в два и более раз с помощью конденсатора.

В этой статье мы расскажем о том, как увеличить ток в цепи зарядного устройства, в блоке питания, в трансформаторе, в генераторе, в USB-портах компьютера без изменения напряжения.

СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):

Автоматика устройства РПН управляется специальными электронными блоками:

Как отрегулировать напряжение

Как можно изменить вторичное напряжение понижающего трансформатора? Можно изменять напряжение, подаваемое на первичную обмотку – тогда вторичное напряжение будет изменяться прямо пропорционально первичному напряжению.

Однако этот вариант не подходит, поскольку трансформаторы, подключенные к сети 110 кВ, имеют разную нагрузку – одни могут быть загружены на 100%, другие на 20-50% и т.д.

При таком методе выходное напряжение будет изменяться одновременно на всех трансформаторах, как там, где оно необходимо, так и там, где его нет…

И дело не только в подключении нескольких трансформаторов….. много очень много!

Поэтому они используют другой способ.

Напряжение регулируется путем изменения коэффициента трансформации трансформатора

Изменяя количество витков основной первичной обмотки трансформатора.

Почему праймериз?

В принципе, можно менять и на вторичной стороне – разницы для соотношения нет, оно все равно изменится, потому что изменится соотношение числа витков в первичной и вторичной обмотках.

Но изменяется именно высокая сторона, где напряжение выше. Почему?

Все очень просто. Там, где напряжение выше, электрический ток меньше.

И поскольку регулирование напряжения происходит под нагрузкой – т.е. трансформатор Трансформатор не выключен, поэтому при повороте обмотки – когда вы включаете его – в месте переключения контактов возникает электрическая дуга.

И чем выше это– чем больше чем больше дугаи эта дуга должна быть погашена…

Кстати, значения тока между первичной и вторичной обмотками значительно отличаются. Например, ток в 300 ампер вполне допустим во вторичной нагрузке, но для первичной нагрузки максимальный ток составляет 25-30 ампер.

Мне не нужно объяснять, что переключать контакты при токе 300 ампер гораздо сложнее, чем при токе 30 ампер?).

И где находятся эти контакты? В баке трансформатора имеются отводы от первичной обмотки, используемые для изменения коэффициент трансформации и выведены в отдельный отсек, где они переключаются специальным механизмом.

Снаружи бака трансформатора находится привод этого механизма, он называется “редуктор”.

Если у всех в вашем районе низкое напряжение, вам нужно подумать о том, как повысить напряжение в сети у себя дома. Однако не стоит сразу пугаться высокой стоимости чудес современной электроники. Они необходимы, о них мы поговорим ниже. Но в большинстве случаев проблему можно быстро и без проблем решить подручными средствами. И технически правильно и абсолютно безопасно.

Электрический трансформатор

Электрический трансформатор, Электромагнитное устройство, не имеющее движущихся частей и используемое для передачи электрической энергии из одной цепи переменного тока в другую с помощью магнитного поля без изменения частоты.

Трансформатор может повышать напряжение (повышающий трансформатор), понижать его (например, измерительный трансформатор) или передавать энергию при том же напряжении, при котором он ее получает (разделительный трансформатор). Трансформаторы характеризуются высоким КПД: от 97% для малых мощностей до более 99% для больших мощностей.

Они имеют достаточно надежную конструкцию и относительно низкую стоимость на единицу передаваемой мощности.

Трансформатор состоит из магнитопровода в виде набора пластин, обычно изготовленных из кремниевой стали (рис. 1). Магнитная цепь содержит две обмотки – первичную и вторичную. P и вторичный S. Для простоты обмотки показаны на разных сердечниках магнитопровода.

В действительности, при таком расположении обмоток переменный магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой в магнитопроводе, не используется эффективно для наведения ЭДС во вторичной обмотке. Кроме того, трансформатор будет трудно регулировать.

На практике первичная и вторичная обмотки располагаются близко друг к другу (рис. 2).

На рис. 1 генератор переменного тока A подает ток I0 напряжение E1 к первичной обмотке P. В рассматриваемый момент времени ток в верхнем проводнике имеет положительное направление и увеличивается так, что первичная обмотка создает в катушке магнитный поток Ф по часовой стрелке.

Этот поток, пронизывающий обе обмотки, называется потоком взаимной индукции; его изменения вызывают электродвижущую силу (ЭДС) как в первичной, так и во вторичной обмотках. ЭДС, наведенная в первичной обмотке, противоположна току питания в первичной обмотке и соответствует противоположной ЭДС двигателя.

ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, соответствует ЭДС электрогенератора и может быть приложена к нагрузке.

Величина ЭДС, наведенной в обмотке трансформатора, определяется по формуле E = 4,44 Fm fN 10-8 В, где Fm – максимальное мгновенное значение магнитного потока Ф в Максвеллах, f – частота в герцах и N – количество катушек. Поскольку поток Fm является общей для обеих обмоток, индуцированная ЭДС в каждой обмотке пропорциональна числу витков соответствующей обмотки:

E2 /E1 = N2 /N1.

В типичном трансформаторе напряжения на выводах отличаются от наведенной ЭДС всего на несколько процентов, поэтому для большинства практических целей указанные напряжения фактически пропорциональны соответствующему числу витков, V2 /V1 = N2 /N1.

Текущая страница I0 при отсутствии нагрузки (ток холостого хода) создает магнитный поток Ф и вместе с приложенным напряжением является источником потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитной цепи. В режиме холостого хода потери I02R в меди первичной обмотки пренебрежимо мал. Ток холостого хода Iобычно составляет от 1 до 2% от номинального тока трансформатора, хотя для трансформаторов низкой частоты (25 Гц) он может достигать 5 или 6%.

Если на рисунке 1 переключатель X вторичной цепи замкнута, ток течет. Согласно принципу Ленца, направление тока во вторичной обмотке таково, что он противодействует потоку Ф. Когда этот поток уменьшается, противоположная ЭДС EТок в первичной катушке также уменьшается, а ток во вторичной катушке становится больше, таким образом, передавая мощность, которая затем принимается от вторичной катушки. измеритель ЭМП E1 отличается от приложенного напряжения V1 всего на 1-2%.

Напряжение V1 является постоянным. Если E1 постоянна, поток взаимной индукцииF также постоянен, и поэтому магнитодвижущая сила (число ампер), действующая на магнитную цепь, постоянна. Поэтому увеличение вторичного МП на нагрузке должно быть уравновешено противоположным значением первичного МП. Ток холостого хода мал по сравнению с токами нагрузки и обычно значительно изменяется по фазе.

Пренебрегая этим, мы имеем

N2 I2 = N1 I1 и I2 /I1 = N1 /N2.

Таким образом, в трансформаторе токи почти обратно пропорциональны числу витков в соответствующих обмотках.

Взаимосвязь между напряжением и нагрузкой

Поперечное сечение одного плеча трансформатора со сцепленными первичной и вторичной обмотками показано на рис. 2. P и Sс первичной стороной, включающей вторичную сторону. Почти всегда часть первичного тока F замыкается в самой первичной обмотке. PЭто основной поток блуждающего тока. То же самое относится и к вторичному потоку рассеивания.

Оба этих потока образуют в соответствующих цепях реактивное диссипативное сопротивление, которое в сочетании с активным сопротивлением снижает напряжение на вторичных клеммах при включении нагрузки. На рис. 3 значение V1 – напряжение на первичной клемме, и I1 – ток в первичной обмотке, отложенный относительно V1by q шаги.

Напряжение I1R01 (находится в фазе с I1) и напряжение I1X01 (сдвинута по отношению к I1 на 90° и предшествующий ему) векторно добавляются к V1, давая E1. результат следующий

Опережающий ток берется со знаком минус. Если коэффициент мощности равен 1, то cosq = 1 и грехq = 0. Относительное изменение напряжения первичной обмотки трансформатора при переходе от оптимальной нагрузки к отсутствию нагрузки определяется следующим соотношением

Для вторичной обмотки мы имеем R02 = R01(N2 /N1)2 и X02 = X01(N2 /N1)2. Записываем аналогично предыдущему уравнение для Е2, мы получаем то же соотношение. Активные и реактивные потери сопротивления трансформатора составляют от одного до трех процентов от напряжения на выводе (увеличено на рис. 3).

Эффективность преобразования трансформатора настолько близка к единице, что прямые измерения на входе и выходе недостаточно точны. Более точным методом определения эффективности является измерение Pc на магнитной цепи, путем измерения мощности одной из обмоток без нагрузки, когда эта обмотка работает при номинальном напряжении. Эффективность (h) может быть получена из формулы

Автотрансформаторы

Автотрансформатор – это трансформатор, в котором часть обмотки разделяется между первичной и вторичной цепями. При низком коэффициенте трансформации автотрансформатор обеспечивает значительную экономию средств и большую эффективность по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором.

Рис. 4,а Показан автотрансформатор с коэффициентом трансформации 2. Предполагается, что коэффициент мощности равен 1, а потери и ток холостого хода пренебрежимо малы. Непрерывная намотка ac на магнитопроводе трансформатора может быть распределена по нескольким обмоткам на противоположных плечах магнитопровода.

Для того чтобы получить коэффициент трансформации 2, делается ответвление b от центральной точки намотки acа нагрузка вторичной стороны подключена между b и c. При преобразовании электрической энергии обмотка ab первичная обмотка, и bc – является вторичным. Предположим, что ток нагрузки I составляет 20 А при напряжении 50 В. Ток силой 10 А течет от a к b и, следовательно, на заряд dd ў.

Мощность, производимая током 10 А при падении напряжения 50 В на участке avсоставляет 500 Вт; эта мощность индуцирует магнитное поле на магнитопроводе, которое проявляется в виде индукционного тока I2 = 10 А при падении напряжения 50 В между c и b.

Таким образом, из общей мощности 1000 Вт в нагрузку передается 500 Вт. a к b через проводники без преобразования, а в результате преобразования передается 500 Вт. В обычном двухобмоточном трансформаторе требуется не только обмотка acс номинальным напряжением 100 В и током 10 А, но и вторичная обмотка с напряжением 50 В и током 20 А с таким же количеством меди.

Кроме того, при использовании одной обмотки потребуется меньше железа для магнитопровода. Поэтому для автотрансформатора с коэффициентом трансформации 2 или 1/2 требуется вдвое меньше материала, чем для двухобмоточного трансформатора, а потери снижаются примерно вдвое.

На рис. 4,б Это автотрансформатор с первичной обмоткой 100 В и коэффициентом трансформации 4/3. Нагрузка на вторичную обмотку составляет 20 А при напряжении 75 В, что соответствует выходной мощности 1500 Вт. Поэтому первичный ток должен составлять 15 А. Точкой отсечения является b производится в точке, соответствующей трем четвертям числа оборотов от c к a. Ток силой 15 А течет от a к b и, следовательно, на заряд dd ў.

Этот ток при падении напряжения 25 В до ab дает 15ґ25 = 375 Вт магнитного поля, которое индуцирует ток между c и b 5 А при 75 В, поэтому преобразуется только 375 Вт, а остальные 1125 Вт мощности передаются из цепи 100 В в цепь 75 В по проводу.

Таким образом, для преобразования всей заданной мощности для данного трансформатора требуется лишь четверть мощности, которую должен иметь соответствующий двухобмоточный трансформатор.

Автотрансформаторы обычно используются для регулирования вторичного напряжения и трансформации с небольшими коэффициентами, например, 2 или 1/2. Они также используются в пускателях двигателей, балансировочных катушках и многих других приложениях, требующих небольших коэффициентов трансформации.

Измерительные трансформаторы

При высоких напряжениях измерения затруднены, поскольку высоковольтные приборы дороги и обычно неудобны; на их точность влияет статическое электричество, и они небезопасны. Для токов свыше 60 А нелегко обеспечить высокую точность амперметров из-за больших выводов и значительных погрешностей, обусловленных паразитным полем клеммных выводов.

Кроме того, амперметры и токовые катушки в цепях высокого напряжения опасны для оператора. В трансформаторах тока и напряжения используются катушки напряжения 100 В и катушки тока 5 А. Вторичные обмотки должны быть заземлены. Если шкалы прибора не откалиброваны в трансформаторной передаче, показания необходимо умножить на соответствующую трансформаторную передачу.

 

Читайте далее:

• Как определить обмотки неизвестного трансформатора, первичную и вторичную обмотки.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Устройство и принцип работы трансформатора.
• Трансформатор напряжения (ТН, ТВ): принципиальные схемы и принцип работы.
• Как определить обмотки неизвестного трансформатора, первичную и вторичную обмотки.
• Потери в трансформаторе: определение, расчет и формула.
• Расчет основных электрических величин и первичной изоляции обмоток трансформатора.

Расчеты повышающего трансформатора

Рассчитать мин. Получите

Рассчитать загрузку

Настройка резистора

Какие типы аудио преобразователей существуют? Существует два основных типа аудиопреобразователей, каждый из которых имеет несколько функций: Повышающие/понижающие трансформаторы Совместимость уровня сигнала или соответствие Совместимость импеданса или согласование и Трансформаторы Unity 1:1 Блокировка постоянного тока Блокировка радиопомехами (RFI) Ground lift и изоляция устройства

Повышающий/понижающий трансформатор В повышающем/понижающем трансформаторе первичка и вторичка имеют разные количество обмоток, поэтому они имеют разные импедансы. Различные импедансы вызывают уровень сигнала меняется при прохождении через трансформатор. Если вторичная обмотка имеет более высокий импеданс (больше обмоток), чем первичная, сигнал уровень на вторичной обмотке будет выше, чем на первичной. трансформатор с несколькими ответвлениями обеспечивает доступ к нескольким импедансам и различным сигналам прибыли или убытки. Трансформатор Unity 1:1 Часто называемый изолирующим трансформатором, он имеет одинаковое количество обмоток на каждом катушка. Так как импеданс первичной и вторичной обмотки одинаков, уровень сигнала не меняется. Единичный трансформатор позволяет аудиосигналу без изменений проходить от первичного к вторичный, блокируя напряжение постоянного тока и радиочастотные помехи (RFI). Кроме того, поскольку первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга, единичный трансформатор будет электрически изолировать различные части оборудования. Это может решить проблемы с фоном, изолируя («поднимая») основания различных устройств. Картриджи с подвижной катушкой Характеристики, о которых следует позаботиться, чтобы этот тип картриджа используемой вашей системой: Выходной уровень в милливольтах Внутреннее сопротивление, в Ом Полное сопротивление нагрузки, Ом Функция повышающего трансформатора заключается в повышении выходной мощности картриджа MC. для правильной обработки секции фонокорректора Moving Magnet. В то же время повышающий трансформатор адаптирует импеданс производимого сигнала. картриджем MC до импеданса, который можно «увидеть» на входе вашего движущегося магнита. По этой причине проверьте совместимость вашей комбинации MC/степ-ап. Большинство из время, если звук не очень хорош, это из-за проблемы совместимости. Если усилитель имеет коэффициент усиления 1:10, это означает, что мощность картриджа будет умножить на 10. Если на выходе картриджа 0,3 мВ, у вас будет, после повышения, 3 мВ, идеально подходит для входа с подвижным магнитом. Вход подвижного магнита имеет собственное сопротивление, обычно равное 47 кОм. Сигнал излучаемое картриджем MC должно быть в соответствии с этим 47 кОм. Повышение изменяет импеданс выхода на коэффициент, равный квадрату из коэффициент усиления. Это известно как «естественный импеданс». Пошаговый усилитель с коэффициентом усиления 10 имеет собственное сопротивление и сопротивление нагрузки. из 470 Ом (если входное сопротивление вашего подвижного магнита составляет 47 кОм: 470 = 47000/10 2 ).

На один канал приходится две катушки: первичная («входная»: для сигнал излучаемый картриджем) и вторичный («выход»: усиленный сигнал выйдет на ваш каскад усилителя с подвижным магнитом). Вы увидите, что на вторичной обмотке меньше витков, чем на первичной. Этот не странная идея от дизайнера этой схемы. Ваш коэффициент усиления является прямым результатом соотношения витков (первичный/вторичный). Это объясняет, почему в повышающем устройстве, которое можно использовать с несколькими внутренними импедансами картриджей усиление зависит от выбранного внутреннего импеданса. В идеальном трансформаторе: N2/N1 = V2/V1 = x

Где:	N1:/td>	количество витков первичной обмотки
	№2:	количество витков вторичной обмотки
	В1:	входное напряжение повышающего
	Версия 2:	выходное напряжение повышающего
	х:	коэффициент усиления/td>
и	Z2/Z1 = N2 2 /N1 2 = x 2
Где:	Z1:	импеданс первичной обмотки
	Z2:	импеданс вторичной обмотки
	Р:	нагрузка фонокорректора

Никогда не пытайтесь проверить обмотку обычным мультиметр.
Постоянный ток счетчика намагнитит сердечник!

Еще один важный момент: заземление ступеньки. Если у вас проблемы с заземлением или экранированием проблемы, у вас, вероятно, будет «гул».

Какой повышающий трансформатор подойдет для моего картриджа? Если вы ищете повышающий трансформатор, вы можете купить подержанные повышающие трансформаторы марки новые или собрать их самостоятельно, используя детали таких производителей, как Саутер, Лундал, Хашимото, Амплино, Дженсен

Технические характеристики повышающих трансформаторов

9[( усиление )/20] Х-фактор «=» Усиление в дБ «=» 20*ln(X-фактор)/ln(10) 92]

Производитель Модель Усиление (дБ) Х-фактор Естественный импеданс Рекомендуемое сопротивление Ортофон Т5 26 20,0 118,1 3–40 Ом   Т10 32 39,8 29,7 2-4 Ом   Т10 МК2 28 25,1 74,5 2-6 Ом   Т20 32 39,8 29,7 2-4 Ом   Т20МКИИ 28 25,1 74,5 2-6 Ом   СПУ-Т100 26 20,0 118,1 1-6 Ом   Т1000 26 20,0 118,1 2-6 Ом   Т2000 35 56,2 14,9 3   Т3000 30 31,6 47,0 2–10 Ом Fidelity Research ФРТ-4 31 35,5 37,3 3     26 20,0 118,1 10     25 17,8 148,6 30 20 10,0 470,0 100 ФР XF-1 30 31,6 47,0 4-18 Ом ФРТ-3 26 20,0 118,1 30 31 35,5 37,3 10 XG5 34 50,1 18,7 < 3 Ом 26 20,0 118,1 3-18 Ом 22 12,6 296,5 18-40 Х1-М 30 31,6 47,0 4-18 Ом Х1-Н 25 17,8 148,6 19-40 Ом Х1-Л 36 63,1 11,8 3 Денон АС 320 31,1 36 36 3 20,0 10 470 40 АС 340 30,4 33 43 3 20,0 10 470 40 AU310 20,0 10 470 40 Австралия1 22,3 13 278 3-40 Ом AU300LC 20,0 10 470 40 Аудио Техника АТ700Т 34 50,1 18,7 3 26 20,0 118,1 20 23 14,1 235,6 40 УХО МС4 29,5 30 52,2 3 27,6 24 81,6 6 25,1 18 145,1 12 20,0 10 470,0 40 МС3 29,5 30 52 4 26,0 20 118 12 20,0 10 470 40 супекс СДТ 3300 28,5 26,6 66,4 2-10 Ом Брайстон ТФ1 22,5 13,3 264,3 5-35 Ом 16,5 6,7 1052,2 40-250 Ом Накамичи МСВ100 26,0 20 117,5 2-20 Ом Сони НА-Т110 26 20 117,5 3 — 40 Ом

---

Настройка резистора

Настройка резистора — это способ изменить (с на ниже) отраженная нагрузка импеданс напрямую зависит от коэффициента усиления вашего повышающего трансформатора. Вы можете уменьшить импеданс нагрузки, добавив резистор между + и из штекер RCA (из повышающего). Предположим, у вас есть повышающий коэффициент усиления 1:10 . Ваша фактическая нагрузка импеданс 470 Ом (естественный импеданс). Вы хотели бы проверить импеданс нагрузки 100 Ом . Добавляя резистор, вы изменяете сопротивление движущегося Вход магнита (фактически равно 47 000 Ом — стандарт). Чтобы иметь импеданс нагрузки 100 Ом , необходимо иметь движущийся Вход магнита импеданс 10000 Ом Rнагрузка = 1/(1/10000-1/47000) = 12,7 кОм

Какой резистор поставить параллельно 47к? фонокорректор изменить нагрузку на желаемое значение? Обратите внимание, вы можете только снизить значение, но не выше ( отрицательный ответ означает нереализуемое ). Фонокорректор: кОм Желаемая загрузка: Ом Передаточное отношение: 1 :   Усиление = дБ Резистор = Ом Загрузка фонокорректора = Ом

Пример: У вас есть картридж с подвижной катушкой с выходом 0,5 мВ , и вы хотели бы чтобы получить 5 мВ на вход фонокорректора с подвижным магнитом, поэтому вам нужно 92*40) Значение резистора должно быть равно: Rнагрузка = 1 / (1 / желаемая нагрузка — 1 / фонокорректор) Rнагрузка = 1/(1/4000 — 1/47000) = 4372 Ом

---

---

Звенья

Картридж загрузка Джимом Хагерманом

Дженсен дает много информация

Компания Sowter помогает выбрать правильный продукт, который вам нужен для вашего картриджа

Лундал Трансформеры

Специалист K&K Audio в Лундаль трансформаторы

SACThailand SILK Supermalloy MC, шаг вверх трансформатор

---

Формула трансформатора — эффективность, передаточное отношение, повышение и понижение

Трансформатор преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую. Для этого используется электромагнитная индукция. Он известен как преобразователь напряжения, поскольку может преобразовывать высокое напряжение в низкое и наоборот. Исправный трансформатор состоит из двух обмоток, основной и вторичной. Повышающие и понижающие трансформаторы — это два типа трансформаторов.

Формула трансформатора

Трансформатор — это электрическое устройство, позволяющее поддерживать мощность при повышении или понижении напряжения в электрической цепи переменного тока. В случае идеального трансформатора мощность, поступающая в оборудование, равна мощности, получаемой на выходе. В реальных машинах есть небольшой процент потерь. Основанный на явлениях электромагнитной индукции, это устройство, которое преобразует переменную электрическую энергию одного уровня напряжения в переменную электрическую энергию другого уровня напряжения.

(Изображение скоро будет загружено)

Мощность электрической цепи рассчитывается путем умножения напряжения на силу тока. Значение мощности в первичной обмотке такое же, как и мощность во вторичной обмотке, как и в случае с трансформатором.

(Входное напряжение на первичной обмотке) x (Входной ток на первичной обмотке)

(Выходное напряжение на вторичной обмотке) x (Выходной ток на вторичной обмотке)

Уравнение трансформатора можно записать как,

\[ V_{p} \times I_{p} = V_{s} \times I_{s} \]

Зная входное напряжение и число витков первичной и вторичной катушек, мы можем рассчитать выходное напряжение трансформатора.

\[\frac{Вход\, Напряжение\, вкл\,\, Первичная\, Катушка}{Выход\, Напряжение\, вкл\,\, Вторичная\, Катушка}\] = \[\frac{ Количество\, из\, витков\, из\, провод\, на\,\, первичный\, катушка}{Количество\, из\, витков\, из\, провод\, на\,\, вторичный\ , Coil}\]

Уравнение трансформатора можно записать следующим образом:

\[ \frac{V_{p}}{V_{s}} = \frac{N_{p}}{N_{s}} \]

Где

\[V_{p}\] = первичный напряжение

\[V_{s}\] = вторичное напряжение

\[N_{p}\] = количество витков в первичной обмотке

\[N_{s}\] = количество витков во вторичной обмотке

\[I_{s}\] = Входной ток на вторичной обмотке

\[I_{p}\] = Входной ток на первичной обмотке

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Определение формулы трансформатора

формула рассчитывает КПД трансформатора. Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электричество из одной цепи в другую с помощью магнитной индукции. Трансформатор имеет две катушки, первичную катушку и вторичную катушку вместо проводов с разностью напряжений в ней. Трансформаторы ежедневно используются людьми для разных целей, поскольку они используют их в качестве катушек индуктивности или устройств защиты двигателя. Трансформатор имеет два типа трансформатора, повышающий и понижающий.

Типы трансформаторов Формулы

1. Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор используется для увеличения напряжения электрического тока. Он делает это, беря низкое входное напряжение и увеличивая его до более высокого выходного напряжения. В повышающем трансформаторе это достигается за счет использования большего числа витков в первичной обмотке.

Повышающий трансформатор принимает низкое напряжение и повышает его до более высокого напряжения за счет увеличения числа витков первичной обмотки. На изображении выше показано, как это делается с входом 12 вольт и выходом 120 вольт. Увеличение напряжения связано с увеличением числа витков первичной обмотки, что приводит к уменьшению тока. Это важно, поскольку позволяет использовать провода меньшего размера при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Повышающий трансформатор также можно использовать в качестве повышающего преобразователя, который преобразует низкое постоянное напряжение в высоковольтное переменное напряжение. Это используется для питания устройств, требующих высокого напряжения, таких как электродвигатель.

2. Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор используется для уменьшения напряжения электрического тока. Это достигается за счет использования большего количества витков во вторичной обмотке.

Понижающий трансформатор принимает высокое напряжение и понижает его до более низкого напряжения за счет увеличения числа витков вторичной обмотки. На изображении выше показано, как это делается при входном напряжении 120 вольт и на выходе 12 вольт. Увеличение напряжения происходит из-за увеличения количества витков вторичной обмотки, что приводит к меньшему сопротивлению или потерям энергии, что приводит к более высокой эффективности по сравнению с его аналогом (повышающий трансформатор).

Коэффициент трансформации

Мера, показывающая, на сколько больше или меньше витков во вторичной обмотке трансформатора по сравнению с его первичной обмоткой. Отношение витков выражается как Ns/Np, где «Ns» представляет количество витков вторичной обмотки, а «Np» равно количеству витков первичной обмотки

Формула трансформатора: КПД трансформатора = выходное напряжение / Входное напряжение * Коэффициент трансформации (Ns/Np)

Эффективный трансформатор имеет высокий коэффициент трансформации, что означает, что он содержит больше катушек или проводов, намотанных друг на друга внутри с меньшим сопротивлением, что делает их более энергоэффективными, чем трансформаторы с низким коэффициентом трансформации. . Кроме того, их также можно использовать для повышения напряжения, если их вход сравнивается с выходом. Трансформаторы можно найти во многих устройствах, таких как микроволновые печи, стиральные машины и телевизоры.

Формула трансформатора используется для расчета эффективности трансформатора. Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электричество из одной цепи в другую с помощью магнитной индукции. Трансформатор имеет две катушки, первичную катушку и вторичную катушку вместо проводов с разностью напряжений в ней. Трансформаторы ежедневно используются людьми для разных целей, поскольку они используют их в качестве катушек индуктивности или устройств защиты двигателя. Трансформатор имеет два типа трансформатора, повышающий и понижающий

Некоторые распространенные области применения повышающего трансформатора:

• Преобразование низкого напряжения от солнечных батарей или батарей в более высокое напряжение, необходимое для электроприборов или электрооборудования

• Повышающий преобразователь для мощность Нагрузки 24 В или 48 В

• Повышение напряжения системы переменного тока (AC) для зарядки свинцово-кислотных или литий-ионных аккумуляторов

Эффективность трансформатора Формула

КПД трансформатора обозначается буквой «η» и определяется как отношение выходной мощности в ваттах (или кВт) к входной мощности в ваттах (или кВт) (также известен как коммерческий КПД).

Формула КПД трансформатора выглядит следующим образом:

КПД = \[\frac{Выход\, Мощность}{Выход \, Мощность + потери}\] x 100%

Формула коэффициента трансформации трансформатора

Количество витков первичной обмотки, деленное на число витков вторичной обмотки, и есть коэффициент трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации трансформатора влияет на прогнозируемое функционирование трансформатора, а также на требуемое напряжение на вторичной обмотке. При вторичном напряжении ниже первичного напряжения требуется понижающий трансформатор – число витков на вторичной обмотке должно быть меньше, чем на первичной, и наоборот для повышающих трансформаторов при коэффициенте витков трансформатора понижает напряжение, он увеличивает ток и наоборот, так что отношение напряжения и тока идеального трансформатора напрямую связано с количеством витков на вторичной обмотке.

Формула коэффициента трансформации для напряжения выглядит следующим образом:

\[ K = \frac{V_{1}}{V_{2}} \]

Где,

\[V_{1}\] = первичное напряжение

\[V_{2}\] = вторичное напряжение 

Формула коэффициента трансформации для тока выглядит следующим образом:

\[I_{1}\] = первичный ток

\[I_{2}\] = вторичный ток

Формула повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор — это тип трансформатора, который преобразует низкое напряжение ( LV) и большой ток с первичной стороны на высокое напряжение (HV) и малый ток на вторичной стороне.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Витки первичной обмотки меньше, чем витки вторичной обмотки в повышающем трансформаторе, который преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное.

Формула повышающего трансформатора выглядит следующим образом:

\[V_{s} = \frac{N_{s}}{N_{p}} \times V_{p}\]

Где,

\ [N_{p}\] = количество витков в первичной обмотке

\[N_{s}\]  = количество витков во второй N

\[V_{p}\] = первичное напряжение,

\[V_{s}\] = вторичное напряжение,

Формула понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное. Первичная обмотка катушки понижающего трансформатора имеет больше витков, чем вторичная обмотка.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Формула понижающего трансформатора выглядит следующим образом:

\[V_{s} = \frac{N_{s}}{N_{p}} \times V_{p}\]

Где

\[V_{p}\] = первичное напряжение

\[V_{s}\]= Напряжение вторичной обмотки

\[N_{p}\] = количество витков в первичной обмотке

\[N_{s}\]  = Количество витков во вторичной обмотке

Решено Примеры

Пример 1. Количество первичных и вторичных обмоток 90 и 120 соответственно. Вторичное напряжение составляет 310 В, что определяет первичное напряжение.

Решение:

Дано:

Np = 90,

Ns= 120

Vs = 310В

Используя формулу расчета трансформатора, получаем:

Vp/Vs=Np/Ns

Vp=Ns/Np x VS

VP= 90/120 x 310

 Vp = 232,5 В

Пример 2. Количество первичных и вторичных обмоток 110 и 240 соответственно. Первичное напряжение составляет 300 В, что определяет вторичное напряжение.

Решение:

Дано:

\[N_{s}\] = 110,

\[N_{s}\]= 240

\[V_{p}\] = 300В

Формула трансформатора определяется как

\[\frac{V_{p}}{V_{s}} = \frac{N_{p}}{N_{s}}\]

\[V_{s} = \frac{N_{s}}{N_{p}} \times V_{p} \]

\[V_{s}\] =240/ 110 x 300

\ [V_{s}\] = 654,5 вольт

23.

10: Transformers — Physics LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

2713

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять, как работает трансформатор.
• Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. \(\PageIndex{1}\)), который изменяет напряжение 120 В или 240 В. переменного тока в любое напряжение, которое использует устройство.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Подключаемый трансформатор становится все более популярным в связи с распространением электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme) Трансформаторы

также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для заданной мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте (рис. \(\PageIndex{3}\)) основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной обмоткой и вторичной обмоткой . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке \(\PageIndex{3}\), выходное напряжение \(V_{s}\) почти полностью зависит от входного напряжения \(V_{p}\) и отношения числа контуров в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает индуцированное выходное напряжение \(V_{s}\) равным

\[V_{s} = -N\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t},\label{23.8.1}\]

, где \(N_{s}\) — количество витков вторичной обмотки, а \(\Delta \Phi / \Delta t\) — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции (\(V_{s} = ЭДС_{s}\)), при условии, что сопротивление катушки мало (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому \(\Delta \Phi / \Delta t\) одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение \(V_{p}\) также связано с изменением потока на

\[V_{p} = -N_{p}\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}.\label{23.8.2}\]

Причина этого немного сложнее. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка сопротивляется изменению потока, вызванному входным напряжением \(V_{p}\), отсюда и знак минус подробности в последующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

\[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}}.\label{23.8.3}\]

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках.

Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. А 9Повышающий трансформатор 0074 увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

\[P_{p} = I_{p}V_{p} = I_{s}V_{s} = P_{s}.\label{23.8.4}\]

Перестановка терминов дает

\[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{I_{p}}{I_{s}}.\label{23.8.6}\]

Комбинируя это с уравнением \ref{23.8.3} , мы находим, что

\[\dfrac{I_{s}}{I_{p}} = \dfrac{N_{p}}{N_{s}}.\label{23.8.7}\]

— соотношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример \(\PageIndex{1}\): Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновская трубка. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки. 9{4}. \end{align*}\]

Обсуждение для (a):

Большое количество петель во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b):

Аналогичным образом можно найти выходной ток вторичной обмотки, решив уравнение \ref{23. 8.7} и \(I_{s}\) и введя известные значения. Это дает 9{4}} \\[5pt] &= 12,0 мА. \end{align*}\]

Обсуждение для (b):

Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь

\[\begin{align*}P_{p} = I_{p}V_{p} &= \left(10.00 A \right) \left(120 V \right) \\ [5pt] &= 1,20 кВт. \end{выравнивание*}\]

Это равно выходной мощности

\[\begin{align*} P_{p} = I_{s}V_{s} &= \left(12,0 мА \right) \left(100kV \right) \\[ 5pt] &= 1,20 кВт \end{align*}\]

, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения напряжения постоянного тока. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное показанному на рисунке \(\PageIndex{4}\). На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо увеличить или уменьшить напряжение.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Трансформаторы не работают при чистом входном напряжении постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

Пример \(\PageIndex{2}\): расчет характеристик понижающего трансформатора выход для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (a):

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение уравнения \ref{23.8.3} для \(N_{s}\) и ввод известных значений дает

\[\begin{align*} N_{s} &= N_{p}\dfrac{V_{s} }{V_{p}} \\[5pt] &= \left( 200 \right) \dfrac{15.0 V}{120 V} \\[5pt] &= 25. \end{align*}\]

Стратегия и решение для (b):

Текущие входные данные можно получить, решив уравнение \ref{23.8.7} для \(I_{p}\) и введя известные значения. Это дает

\[\begin{align*} I_{p} = I_{s}\dfrac{N_{s}}{N_{p}} \\[5pt] &= \left( 16,0 A \right) \dfrac {25}{200} \\[5pt] &= 2.00 A. \end{align*}\]

Обсуждение:

Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора . Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз обратите внимание, что это решение основано на допущении о 100% эффективности — или выходная мощность равна входной мощности (\(P_{p} = P_{s}\)) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

Трансформаторы имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в 23.9.

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: ГЕНЕРАТОР

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Генератор

Резюме

• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением \[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}},\] где \(V_{p}\) и \(V_{s}\) — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих \(N_{p}\) и \(N_{s}\) витков.
• Токи \(I_{p}\) и \(I_{s}\) в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением \(\dfrac{I_{s}}{I_{p}} = \dfrac{N_ {p}}{N_{s}}.\)
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Глоссарий

трансформатор

устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора

уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках; \(\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}}\)

Повышающий трансформатор

трансформатор повышающий напряжение

понижающий трансформатор

трансформатор, понижающий напряжение

---

Эта страница под названием 23. 10: Transformers распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа ООР или издатель

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. source@https://openstax. org/details/books/college-physics
   2. понижающий трансформатор
   3. повышающий трансформатор
   4. Трансформатор
   5. уравнение трансформатора

Калькулятор размеров трансформатора

Создано Лучано Миньо

Отзыв Ханны Памулы, доктора философии и Стивена Вудинга

Последнее обновление: 02 февраля 2023 г.

Содержание:

• Что такое трансформатор?
• Как трансформатор изменяет напряжение?
• Что означает кВА на трансформаторе?
• Как рассчитать кВА для трансформатора?
• Как рассчитать нагрузочную способность трансформатора

Наш калькулятор мощности трансформатора позволяет вам рассчитать минимальную мощность однофазного или трехфазного трансформатора в зависимости от нагрузки, необходимой для питания . Если вам нужно устройство, которое преобразует различные напряжения, чтобы оно могло питать другое устройство, то трансформатор отлично выполнит эту роль.

В этом коротком тексте вы узнаете, что такое трансформатор, что означает кВА на трансформаторе и как рассчитать нагрузочную способность трансформатора по заданному кВА с помощью нашего калькулятора трансформатора кВА.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, которое преобразует во что-то. Что именно? Напряжение . Он принимает входное напряжение и производит другое выходное напряжение. Мы можем использовать его для создания повышения или понижения напряжения. Эта способность может быть полезна во многих отношениях, например, для снижения напряжения в линиях электропередач, чтобы ее можно было безопасно использовать внутри дома. И как это сделать? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте познакомимся с основными понятиями, необходимыми для понимания того, что на самом деле происходит внутри трансформатора.

Если вы уже знакомы с понятиями, пропустите вперед и воспользуйтесь нашим калькулятором размеров трансформатора!

Магнитная индукция

Магнитная индукция — это процесс, при котором изменяющийся магнитный поток индуцирует ток в проводнике. Закон индукции Фарадея, о котором вы можете прочитать больше в нашем калькуляторе закона Фарадея, описывает это: dtdΦ​

Где ЭДС\текст{ЭДС}ЭДС – это электродвижущая сила, вызывающая ток через проводник. Другими словами, в проводнике будет возникать ток, если магнитное поле, проходящее через него, изменится во времени. Этот эффект может возникнуть, например, если магнитное поле меняет интенсивность или если проводник меняет положение.

Итак, каково будет направление тока? Как мы знаем из нашего калькулятора магнитного поля прямолинейного провода с током, ток создает магнитное поле, и закон Ленца говорит нам, что ‘ЭДС, индуцированная изменяющимся магнитным потоком, будет иметь такое направление, что магнитное поле, которое оно создает, препятствует изменению потока’ .

Трансформаторы используют эту концепцию для преобразования напряжения. Давайте посмотрим, как в следующем разделе.

Как трансформатор изменяет напряжение?

Разберем следующую картинку:

Иллюстрация однофазного трансформатора.

Однофазный трансформатор состоит из двух обмоток: первичной (слева) и вторичной (справа). При прохождении переменного тока через первичную обмотку в ее внутренней части возникает изменяющийся магнитный поток. Если добавить магнитопровод, то он направит поток через вторичную обмотку, которая наведет на нее ток (помните, изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС). Результирующее соотношение между напряжением на каждой обмотке описано ниже:

VsVp=NsNp\quad \frac{V_{s}}{V_{p}}=\frac{N_{s}}{N_{p}}Vp​Vs​​=Np​Ns​​

Так , изменяя количество витков в обмотке с каждой стороны, мы можем контролировать изменение напряжения между ними. Как это просто!

Хотя трансформатор является действительно эффективным устройством, и мы используем идеальный трансформатор в нашем калькуляторе размеров трансформатора, существует несколько источников потерь мощности, например:

• Вихревые токи . Когда изменяющийся магнитный поток проходит через магнитопровод, он индуцирует в нем ток. Эти токи затем будут производить тепло. Вот почему сердечник состоит из нескольких пластин, покрытых изолирующим материалом, чтобы линии поля не проникали сквозь них.
• Потери в стали или гистерезисные потери . Когда поток меняет направление, требуется мощность для намагничивания и размагничивания сердечника.
• Потери тепла через обмотки . Когда электричество циркулирует по обмоткам, материал все больше нагревается под действием тока.

Трехфазный трансформатор использует те же принципы, что и однофазный трансформатор. Однако трехфазные трансформаторы в первую очередь предназначены для промышленного использования. Наш калькулятор также работает как калькулятор трехфазного трансформатора!

🙋 Хотя наш калькулятор размеров трансформатора великолепен, вы не научитесь с его помощью собирать трансформатор. Так что, если вы действительно не уверены в том, что делаете, пожалуйста, не пытайтесь создать его самостоятельно. Хотя весело, это может быть опасно.

Что означает кВА на трансформаторе?

Номинальная единица измерения трансформатора: кВА , киловольт-ампер. Он показывает, какой ток нагрузки и напряжение может выдержать трансформатор.

Если подключена резистивная нагрузка (например, нагреватели или лампы накаливания), она будет потреблять активную мощность или мощность, используемую для создания реальной работы, которая измеряется в кВт. При подключении вместо нее индуктивной нагрузки (двигатели или динамики) потребляется реактивной мощности . Эта мощность не производит реальной работы и измеряется в кВАр, киловольт-амперах реактивных.

Полная мощность объединяет оба параметра, его единицей измерения является кВА (подробнее об этом читайте в нашем калькуляторе ква), и мы используем его в качестве единицы измерения номинальной мощности трансформатора, поскольку он не различает нагрузки, поэтому вы можете использовать любой из них. Его формула: 9{2}}Приложение. Power=Pact2​+Preact2​

​

Как рассчитать кВА для трансформатора?

Формула проста. Нам нужны только требования по току и напряжению нагрузки (указаны на этикетке устройства). Затем мы умножаем их, а затем делим результат на 1000, чтобы выразить его в кВА.

Формула для однофазного трансформатора:

кВА=I⋅В1000\quad \text{кВА}= \frac{I \cdot V}{1000}кВА=1000I⋅В​

А для трех -фазный трансформатор:

кВА=I⋅В⋅31000\quad \text{кВА}= \frac{I \cdot V \cdot \sqrt{3}}{1000}кВА=1000I⋅V⋅3

Где III и VVV — ток и напряжение подключенной нагрузки соответственно.

Теперь вы знаете, как рассчитать кВА для трансформатора, и готовы использовать наш калькулятор кВА для трансформатора!

Как рассчитать нагрузочную способность трансформатора

Мы уже знаем, как рассчитать мощность трансформатора в кВА в зависимости от нагрузки, но как поступить наоборот? Нужен ли нам какой-то другой калькулятор трансформаторного усилителя? Давайте посмотрим, как рассчитать нагрузочную способность трансформатора:

1. Узнайте мощность трансформатора в кВА.
2. Получите требуемое напряжение вашей нагрузки.
3. Измените уравнение кВА так, чтобы ток остался в одной части, а наши параметры — в другой. Результат: I=1000 ⋅ кВАВИ= \frac{1000 \ \cdot \ \text{кВА}}{V}I=V1000 ⋅ кВА​
4. Подставьте данные и решите!

Или проще: воспользуйтесь нашим калькулятором! Он автоматически определит недостающие параметры, таким образом, он может работать как:

• Калькулятор расчета трансформатора
• Калькулятор трансформаторного усилителя
• Вычислитель трехфазного трансформатора

Если вы хотите узнать требования к конкретному трансформатору кВА, воспользуйтесь нашим калькулятором идеального трансформатора!

Лучано Миньо

Тип трансформатора

Ток нагрузки (I)

Напряжение нагрузки (В)

Требуемый минимум кВА

кВА

В расширенном режиме можно включить запас мощности!

Посмотреть 49 похожих калькуляторов электроники и схем 💡

Размер прерывателяМостовой выпрямительКод конденсатора… Еще 46

Повышающие и понижающие трансформаторы | Tameson.

com

Рисунок 1: Трансформатор

Трансформаторы — это статические устройства, необходимые для эффективной передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Когда мощность проходит через трансформатор, напряжение, поступающее на вход или на первичный конец, изменяется для удовлетворения конкретных потребностей на выходе или на вторичном конце. В повышающем трансформаторе уровень напряжения на выходе повышается, а в понижающем трансформаторе уровень напряжения снижается. В этой статье обсуждается структура и использование повышающих и понижающих трансформаторов, а также некоторые принципы, регулирующие передачу электроэнергии.

Содержание

• Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?
• Принцип работы трансформатора
• Принцип действия повышающего трансформатора
• Принцип действия понижающего трансформатора
• Реверсивность работы трансформатора
• Применение повышающих трансформаторов
• Применение понижающих трансформаторов
• Часто задаваемые вопросы

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Повышающий трансформатор увеличивает входное напряжение и подает его на нагрузку, а понижающий трансформатор снижает входное напряжение на нагрузке. Для эффективной передачи энергии требуется высокое напряжение, но по соображениям безопасности мощность должна потребляться потребителями при более низком напряжении. Переход от низкого напряжения к высокому для передачи требует повышающего трансформатора. В некоторых странах повышающие трансформаторы имеют неоценимое значение. Например, уровень выработки электроэнергии в Индии составляет 11 кВ; следовательно, на генерирующих станциях требуются повышающие трансформаторы. Короче говоря, повышающий трансформатор повышает напряжение для передачи.

Понижающие трансформаторы преобразуют энергию высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Благодаря этому уровень мощности соответствует требованиям каждого устройства, подключенного к системам электропитания в домашних условиях или на предприятиях. Силовые цепи для дома рассчитаны на 230–110 В, но для некоторых функций требуется всего 16 В. Таким образом, понижающие трансформаторы необходимы для снижения напряжения до более низкого уровня мощности.

Кроме того, отдельные цепи в электрических системах в домах и на предприятиях обычно имеют одну и ту же частоту. Но часто напряжение должно отличаться. Поэтому в конструкцию многих бытовых приборов включаются повышающие или понижающие трансформаторы меньшего размера. Повышающие и понижающие трансформаторы могут быть как однофазными, так и трехфазными, в зависимости от типа используемого источника питания. Повышающие и понижающие трансформаторы служат для разных целей и имеют множество конфигураций, в зависимости от потребностей каждой конкретной ситуации.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор состоит из двух наборов проводов (см. рис. 2):

• Первичная обмотка (А): собирает питание
• Вторичная обмотка (В): обеспечивает питание

Первичная и вторичная обмотки намотаны вместе на сердечнике цепи из магнитного железа, но эти катушки не соприкасаются друг с другом, как видно на рис. 2. Сердечник изготовлен из магнитомягкого материала, состоящего из пластин (рис. 2 обозначен C) связаны вместе, чтобы помочь уменьшить потери в сердечнике. Потери в сердечнике — это потери энергии в сердечнике, вызванные переменным магнитным потоком. Нестабильное магнитное поле в конечном итоге разрушает функционирование материала сердечника.

Когда первичная обмотка (рис. 2, обозначенная буквой А) подключена к источнику питания, через катушку протекает ток и индуцируется магнитное поле. Часть этого магнитного поля соединяется со вторичными обмотками (рисунок 2, обозначенный B) за счет взаимной индукции, тем самым создавая ток и напряжение на вторичной (нагрузочной) стороне. Напряжение, создаваемое на стороне нагрузки, пропорционально числу витков вторичной обмотки по отношению к числу витков на первичной стороне. Преобразование напряжения определяется выражением

V1/V2 = N1/N2 = I2/I1

• V1: Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора
• V2: Напряжение вторичной (нагрузочной) обмотки трансформатора
• N1: Количество витков в первичной обмотке
• N2: Число витков вторичной обмотки
• I2: Ток, протекающий через вторичные обмотки
• И1: Ток, протекающий через первичные обмотки

Прочтите нашу статью об электрических трансформаторах, чтобы узнать больше о конструкции и различных способах подключения трансформатора.

Рисунок 2: Конструкция трансформатора с первичными обмотками (A), вторичными обмотками (B) и магнитным сердечником (C)

Принцип работы повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение на вторичных обмотках относительно основной стороны. Согласно уравнению преобразования напряжения, чтобы V2 было больше, чем V1, значение N2 должно быть больше, чем N1 (см. рис. 3). Следовательно, в повышающем трансформаторе

• N2 > N1
• В2 > В1
• I2 < I1

Повышающий трансформатор всегда понижает ток (при повышении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. Это связано с тем, что общая мощность на первичной и вторичной сторонах трансформатора одинакова. Толщина катушек трансформатора зависит от мощности тока, на которую он рассчитан. В повышающем трансформаторе по первичной обмотке протекает больший ток; следовательно, медный провод с толстой изоляцией используется для первичной обмотки и тонкий медный провод с изоляцией для вторичной обмотки. Трансформатор обычно оценивается по произведению напряжения и тока в кВА (киловольт-ампер). Прочтите нашу статью о калькуляторе трансформатора для получения более подробной информации о мощности, связанной с трансформатором.

Пример

Если трансформатор 1:10 подается 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 1
• Н2 = 10
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 100 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в десять раз превышает напряжение на первичной стороне.

Преимущества повышающего трансформатора

• Простота обслуживания
• Высокая эффективность
• Быстрый запуск
• Передатчик мощности

Недостатки повышающего трансформатора

• Требуется система охлаждения
• Работает только с сигналами переменного тока (AC)
• Огромный размер

Принцип работы понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор снижает напряжение на вторичной обмотке относительно первичной. Из уравнения преобразования напряжения, чтобы V2 было меньше, чем V1, значение N2 должно быть меньше, чем N1. Следовательно, в понижающем трансформаторе

• N2 < N1
• В2 < В1
• I2 > I1

Понижающий трансформатор всегда увеличивает ток (при одновременном понижении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. В понижающем трансформаторе по вторичной стороне протекает больший ток; следовательно, толстый изолированный медный провод используется для вторичной обмотки, а тонкий изолированный медный провод — для первичной обмотки. Понижающие трансформаторы обычно используются в низковольтных трансформаторах для ландшафтного освещения.

Пример

Если трансформатор 100:1 подается 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 100
• Н2 = 1
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 0,1 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в 100 раз меньше по сравнению с напряжением на первичной стороне.

Преимущества понижающего трансформатора

• Высокая долговечность и надежность
• Меньше стоимости
• Высокая эффективность
• Обеспечивает различные источники напряжения для обычных бытовых приборов

Недостатки понижающего трансформатора

• Требует сложного обслуживания
• Работает только с AC

Реверсивность работы трансформатора

Функции повышающего и понижающего преобразования мощности могут выполняться с использованием одного и того же трансформатора. Разница в работе заключается в том, как трансформатор подключен к цепи. Если входное питание осуществляется по низковольтной обмотке, то трансформатор работает как повышающий вариант. Этот же трансформатор можно использовать как понижающий вариант входного питания, если он подключен к высоковольтной обмотке.

Применение повышающих трансформаторов

• Повышающие трансформаторы с первичными боковыми обмотками из толстого изолированного медного провода, повышающие напряжение до 11000 вольт и более, необходимы для пользователей с особыми требованиями к питанию, например, для работы рентгеновских аппаратов, микроволновых и приложения для электростанций.
• Трансформаторы повышающие применяются для распределения электрической энергии в линиях электропередач большой мощности.
• Эти трансформаторы используются для усиления электронных устройств.

Применение понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы обычно используются в:

• Обычном бытовом оборудовании, таком как компакт-диски, телевизоры и дверные звонки.
• Стабилизаторы напряжения
• Инверторы
• Сети распределения электроэнергии
• Плата за мобильный телефон
• Линии электропередачи

Рис. 3: Повышающий высоковольтный трансформатор

Часто задаваемые вопросы

Каков основной научный принцип работы трансформатора?

Трансформатор работает на основе взаимной индукции, согласно которой катушка с током создает пропорциональное магнитное поле и наоборот.

Требуется ли трансформатор другого типа для повышения или понижения мощности?

Один и тот же тип трансформатора можно использовать для любой цели. Функция трансформатора зависит от того, как он установлен в цепи.

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

23.7 Трансформаторы – College Physics: OpenStax

Глава 23 Электромагнитная индукция, цепи переменного тока и электрические технологии

Цели обучения

• Объясните, как работает трансформатор.
• Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. 1), который преобразует переменное напряжение 120 или 240 В в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 2. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества энергии требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

Рисунок 1. Подключаемый трансформатор становится все более популярным в связи с распространением электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme) Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте — см. рис. 3, — основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной и вторичной катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}}}[/латекс] почти полностью зависит от входного напряжения [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{ p}}}[/latex] и соотношение количества петель в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение [latex]\boldsymbol{V_s}[/latex] равным

[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}} = -N _{\textbf{s}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} ,[/латекс]

, где [латекс]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/латекс] — количество витков во вторичной обмотке, а [латекс]\жирныйсимвол{\Delta \phi / \;\Delta t}[/ латекс] — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ([латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{s}} = ЭДС _{\textbf{s}}}[/латекс]), при условии, что сопротивление катушки мало трансформаторы). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/latex] одинаково сторона. Входное первичное напряжение [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/латекс] также связано с изменением потока на

[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{p}} = -N _{\textbf{p}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} .[/латекс]

Причина этого немного сложнее. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению потока, вызванному входным напряжением [латекс]\жирный символ{V _{\textbf{p}}}[/латекс], поэтому знак минус (это пример собственная индуктивность , эта тема будет подробно рассмотрена в последующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}} [/латекс].

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках.

Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. А 9Повышающий трансформатор 0074 увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

[латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {p}} V _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {s}} V _ {\ textbf {s}} = P_{\textbf{s}}}.[/латекс]

Перестановка терминов дает

[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {I _ {\ textbf {p}}} {I _ {\ textbf {s}}}} [/латекс].

В сочетании с [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V _{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{s}}}{N _{\textbf {p}}}}[/latex], мы находим, что

[латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s}}}} [/ латекс]

— соотношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат оснащен повышающим трансформатором, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (a)

Решаем [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\ textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] for [latex]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/latex], количество петель во вторичном, и введите известные значения. Это дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p}} \frac {V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(50) \frac{100,000 \;\textbf{V}}{120 \;\ textbf{V}} = 4,17 \× 10^4}. \end{массив}[/латекс]

Обсуждение для (a)

Большое количество витков во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b)

Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p }}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex ] и ввод известных значений. Это дает 94} = 12,0 \;\textbf{мА}} \end{массив}[/latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, ток на выходе значительно меньше, чем на входе. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь равна [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{p}} V_{\textbf{p}} =(10,00 \;\textbf{A})( 120 \;\textbf{В}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/латекс]. Это равно выходной мощности [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{s}} V_{\textbf{s}} =(12,0 \;\textbf{мА})(100 \ ;\textbf{кВ}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/latex], как мы и предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения напряжения постоянного тока. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное показанному на рис. 4. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо повысить или понизить напряжение.

Рисунок 4. Трансформаторы не работают на чистом входе постоянного напряжения, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (a)

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение [латекс]\boldsymbol{\frac{V_s}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{s}}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] и ввод известных значений дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p} } \frac{V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(200) \frac{15. 0 \;\textbf{V}}{120 \;\textbf{V}} = 25}. \end{массив}[/латекс]

Стратегия и решение для (b)

Текущие входные данные можно получить, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и вводом известных ценности. Это дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{I _{\textbf{p}}} & \boldsymbol{I _{\textbf{s}} \frac {N_{\textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(16,0 \;\textbf{A}) \frac{25}{200} = 2,00 \;\textbf{А}}. \end{массив}[/латекс]

Обсуждение

Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз обратите внимание, что это решение основано на предположении о 100% эффективности, или выходная мощность равна входной ([latex]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = P_{\textbf{s}}}[/latex] ) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

Трансформаторы имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в главе 23.7 Электробезопасность: системы и устройства.

PhET Исследования: Генератор

Вырабатывайте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рис. 5. Генератор

• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

  [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex][латекс]\boldsymbol{=}[/latex][латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}}, [/ латекс]

  , где [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{s}}}[/latex] — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{p}}}[/латекс] и [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{s}}}[/латекс] повороты.

• Токи [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex] в первичной и вторичной обмотках связаны by [латекс] \boldsymbol {\ frac {I _ {\ textbf {s}}} {I _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s} }}}[/латекс]
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Задачи и упражнения

1: Подключаемый трансформатор, подобный изображенному на рис. 4, питает 90,00 В для системы видеоигр. а) Сколько витков во вторичной обмотке, если входное напряжение 120 В, а в первичной обмотке 400 витков? (б) Каков его входной ток, когда его выходной ток равен 1,30 А?

2: Американка, путешествующая по Новой Зеландии, везет с собой трансформатор для преобразования стандартных новозеландских 240 В в 120 В, чтобы в поездке она могла пользоваться небольшими бытовыми приборами. а) Каково соотношение витков в первичной и вторичной обмотках ее трансформатора? б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландка, путешествующая по Соединенным Штатам, могла использовать этот же трансформатор для питания своих приборов на 240 В от 120 В?

3: Кассетный магнитофон использует подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. а) Каков текущий вход? б) Какова потребляемая мощность? (c) Разумно ли такое количество энергии для небольшого электроприбора?

4: (a) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарей, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток необходим для получения выходного тока 4,00 А? в) Какова потребляемая мощность?

5: (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим, что эффективность 100%. (b) Если фактический КПД меньше 100%, должен ли входной ток быть больше или меньше? Объяснять.

6: Универсальный трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, в которых может сниматься напряжение, что дает выходное напряжение 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В для первичной обмотки 280 В. повороты. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7: Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию на 12,0 кВ. Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение в 335 кВ. Вторичная часть этого трансформатора заменяется, чтобы его мощность могла составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности по модернизированным линиям электропередачи. а) Каково соотношение витков в новой вторичной обмотке по сравнению со старой вторичной обмоткой? (б) Каково отношение новой мощности по току к старой мощности (на 335 кВ) для той же мощности? (c) Если модернизированные линии электропередачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новой линии к потерям мощности в старой?

8: Если выходная мощность в предыдущей задаче равна 1000 МВт, а сопротивление линии равно [латекс]\boldsymbol{2,00 \;\Омега}[/латекс], каковы были потери в старой и новой линии?

9: Необоснованные результаты

Электроэнергия переменного тока напряжением 335 кВ от линии электропередачи подается в первичную катушку трансформатора. Отношение количества витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно [латекс]\жирный символ{N _{\textbf{s}}/N _{\textbf{p}} =1000}[/латекс]. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?

10: Создайте свою собственную задачу

Рассмотрим использование двойного трансформатора для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух ступеней. Первый — это трансформатор, который выдает гораздо большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение конечного каскада на основе входного напряжения первого каскада и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки). Также рассчитайте максимальный выходной ток конечной ступени на основе входного тока.