Выкладываю свой метод расчета мощности трансформатора и расчета обмоток.
На рисунках ниже, указано где нужно замерять размеры железа
На рисунках а, б, в и г, нарисованы соответственно Ш, ШЛ, П и ПЛ-тип исполнения железа трансформаторов.
a - ширина керна на котором намотана обмотка,
c - толщина керна (набора пластин),
b - ширина окна,
h - высота окна.
Добавил рисунок для железа ОЛ-типа (тороиды).
a - ширина керна, a=(D-d)/2
D - Внешний диаметр,
d - Внутренний диаметр, окно трансформатора.
h - Высота железа
S - на рисунке, площадь железа.
Все размеры желательно записывать в миллиметрах, но при расчетах будут использоваться размеры в сантиметрах.
В зависимости от толщины пластин (для железа типа Ш и П) или ленты (для ШЛ, ПЛ и ОЛ) в расчет площади железа берется коэффициент заполнения сталью - Кст. Для пластин толщиной 0,2мм Кст=0,85; при 0,35мм Кст=0,9; при 0,5мм Кст=0,93...0,95.
Витые сердечники имеют обычно толщину ленты 0,2мм и Кст=0,9. Коэффициент этот учитывает зазор между пластинами или лентой трансформатора, образующийся из-за окислов или специального изоляционного покрытия каждой пластины сердечника.
Для примера, возьму в расчет железо трансформатора ТС-270 с такими параметрами
a - 25мм, c - 45мм, b - 40мм, h - 100мм, конструкция сердечника П-образная, ленточная, т.е. тип-ПЛ.
Площадь железа определяется по формуле
Sc=a*c*Кст = 2,5*4,5*0,9=10,125см2
Для тороидов, Sc=(D-d)h*Кст/2, и площадь окна So=3,14d2/4
Активная площадь железа найдена, теперь нужно узнать габаритную мощность,
Габаритную мощность можно определить по формуле:
Pгаб=(Sc*Bm) 2,
где Bm - это величина индукции в железе, Тл. Берется это значение исходя из свойств материала сердечника и его конструкции. Еще немного зависит от мощности трансформатора, от размеров железа.
Нужное значение Bm и другие необходимые параметры - можно найти из таблицы 1,
Таблица 1. Некоторые поля пустые, потому что не нашел данных.
Но сразу возникает вопрос, как-же определить для какой мощности брать значение Bm если мощность еще не известна? Все просто, для грубой оценки нужно умножить площадь железа на 1,3 и возвести в квадрат, (10,125см2*1,3) 2=173,25Вт, что близко к строке в таблице для 200 Вт.
По таблице находим величину Bm для сердечника типа ПЛ = 1,5 Тл. На практике, если пересчитать любой заводской трансформатор, эта величина берется немного больше, примерно на 10...15%, для экономии железа. Можно так и поступить, просто прибавить к табличному значению еще 10%. В итоге величина индукции получается 1,5+10% = 1,65Тл
Габаритная мощность железа
(10,125*1,65)2= 279,1 Вт.
Число витков на вольт
W'=50/Sc*Bm, где Sc - площадь железа, с учетом коеффициента Кст, для данного трансформатора Кст=0,9.
Число витков на вольт, 50/10,125*1,65=2,99 вит/в.
Теперь можно расчитать первичку на 220в, с запасом по напряжению как обычно до 250в. Чтобы железо не вошло в насыщение при напряжении 240...250в.
Расчет чила витков первички
W1=W'*U1=250*2,99=748 витков.
Трансформатор конструкции ПЛ, значит на каждую из двух катушек необходимо намотать половину витков, и затем соединить обмотки последовательно, соблюдая фазировку.
Расчет диаметра провода обмоток
Обычно берется в расчет медный провод. Значение плотности тока, J, А/мм2 в таблице 1, указано для обмоток из медного провода. Если предполагается мотать обмотки алюминиевым проводом, то плотность тока необходимо уменьшить на 38%, или что то-же самое - в 1,6 раза. Потому что у алюминия большее удельное сопротивление по сравнению с медью. Для алюминия удельное сопротивление 0,0283 Ом*мм2/м, для меди 0,0175 Ом*мм2/м (пишут по разному, в пределах 0,0172...0,0178 Ом*мм2/м).
Таблица 2
Максимальный ток потребляемый первичной обмоткой
I1=Pгаб/U1, 279,1/220 = 1,268 А. (Обмотка намотана на 250в, но в расчет берется ее рабочее напряжение, в данном случае 220в. Можно 230в, зависит от качества сети).
Теперь зная ток в обмотке, и материал провода обмотки, можно определить необходимый диаметр провода.
Диаметр провода обмоток определяется по формуле
Плотность тока в обмотке, J, найденная в таблице 1, = 2,9 А/мм2. Диаметр медного провода - 0,747мм, без изоляции.
Можно уточнить по таблице 3 ближайший стандартный диаметр провода, узнать диаметр провода с изоляцией.
Таблица 3
По таблице 3, уточняем диаметр провода с изоляцией до 0,74мм.
Длина провода первички
L1=W1[2(a+c)+3,14*b]10-2 = 748[2(2,5+4,5)+3,14*4]10-2= 199м
Если трансформатор будет работать при полной нагрузке то желательно учесть падение напряжения в первичной обмотке из-за ее внутреннего сопротивления, в данном случае оно будет около 8 Ом.
Падение напряжения в первичной обмотке
U1 пад=2,25*10-2*I1*L1/d2 = 2,25*10-2*1,268*199/0,742 = 10,3в
Точное число витков первичной обмотки
W1 точн=(U1-U1 пад)W' = (220-10,3)*2,99= 627 вит
Если требуется минимальный ток холостого хода, когда трансформатор работает без нагрузки и в первичке практически нет просадки напряжения, можно не учитывать падение напряжения в первичке и мотать первичку на 748 вит.
Вес провода первички
По таблице 3, найдем вес 100м провода 0,74мм (0,80мм с изол) = 390 грамм.
(199*390)10-2 = 776 грамм
Теперь вторичка
Допустим напряжение вторички будет 15в.
Мощность вторички, учитывая КПД трансформатора, найденный по таблице 1 = 0,94
P2=Pгаб*кпд = 279,1*0,94=262 Вт.
Ток вторички
I2=P2/U2 = 262/15= 17,5а
Сечение или диаметр провода вторички
S2=I2/J = 17,5/2,9= 6 мм2, в пересчете на диаметр - 2,77мм. Можно мотать сразу в несколько проводов, если мотать в 4 провода одновременно, то диаметр проводов нужен 1,38мм, ближайший по таблице диаметр - 1,4мм (1,48мм с изол).
Количество витков вторички
W2=W1 точн(U2/U1) = 627(15/220) = 42,75вит. Можно округлить до 44 вит, чтобы на каждой из двух катушек трансформатора намотать по 22 витка.
Вес вторички (или всех вторичек) должен быть таким-же как и вес первички.
Проверяем размещение обмоток с учетом коэффициента Км приведенного в Таблице 1.
(все размеры в см)
где, Км - коэффициент заполнения окна медью, Qo - площадь окна трансформатора в котором размещаются обмотки. Для Ш, ШЛ, П, ПЛ типов, находится простым перемножением ширины и высоты окна, Qo=b*h, а для тороидов площадь окна считается по формуле So=3,14d2/4.
Подставляя значения в формулу, диаметр провода первички и вторички 0,8мм и 3мм (с изоляцией), число витков 627вит и 44вит и площадь окна 40см2 - находим значение Км=0,16.
На первый взгляд, результат намного меньше чем указано в Таблице 1, но это получилось из-за больших размеров окна железа, расчитанного на алюминиевые обмотки. Поэтому медная обмотка будет свободно размещаться.
Если брать железо предназначенное для медных обмоток, то найденный коэффициент не должен превысить того что в таблице, чтобы расчитанная обмотка вся поместилась в окне трансформатора. При меньшем значении, можно увеличить диаметр проводов, как в этом случае (можно пересчитать диаметры на алюминий), или наоборот, уменьшить диаметры проводов при завышенном результате расчета Км.
В расчете я принял что во вторичке провод круглого сечения, из-за особенности формулы. Если мотать шиной того-же сечения - результат Км будет тот-же.
Диаметр провода в расчет желательно брать с изоляцией.
=============================================================================================================
И еще немного...
Для работы трансформатора при кратковременной перегрузке, нужно учитывать периодичность включения, ПВ %
Для зарядно-пусковых можно брать ПВ=10...20%, для сварочников ПВ 40...60%. Таким образом, можно применить железо на меньшую мощность по сравнению с мощностью нагрузки.
Величина перегрузки в зависимости от ПВ считается так:
квадратный корень из 100/ПВ %.
Если например, нужно во вторичке сварочника получить 3кВт, при ПВ 60% то понадобится трансформатор с габаритной мощностью 2,3кВт. Для зарадно пускового с ПВ 20%, при мощности на вторичке 1,5кВт, мощность трансформатора понадобится 0,7 кВт. Но учитывая повышенные потери в сопротивлении обмоток, при большем токе, то габаритная мощность железа, понадобится на 10% больше.
ПВ 20% - 1 минута под нагрузкой, 4 минуты х.х.
Еще по перегрузкам трансформаторов
Допускается перегрузка трансформатора 30% - 2 ч, 60% - 45 мин, 75% - 20 мин, 100% - 10,5 мин, 200% - 1 мин.
Кажется это пока все что я хотел рассказать
29 Комментариев
Рекомендуемые комментарии
Присоединяйтесь к обсуждению
Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.