Формула сечения магнитопровода. Расчет трансформатора

Как определить количество витков вторичной обмотки?

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

Первый способ.

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

Второй способ.

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

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

ω1 / U1 = ω 2 / U2

ω 1 – количество витков в первичной обмотке,

ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,

U1 – напряжение на первичной обмотке,

U2 – напряжение на вторичной обмотке.

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

Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.

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

Результаты теста.

Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.

Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.

Определяем количество витков на вольт при 216V:

100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт

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

Рассчитываем число витков первичной обмотки:

4,953 * 216 = 1070 вит.

Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.

1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт

Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.

4,864 * 12,8 = 62 вит.

4,864 * 14,3 = 70 вит.

Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?

Чем толще, тем лучше, но с условием, что он поместится в окно магнитопровода. Если окно небольшое, то желательно посчитать ток каждой наматываемой обмотки, чтобы подобрать оптимальный диаметр провода из имеющихся в наличии.

I = P / U

I – ток обмотки,

P – мощность потребляемая от данной обмотки,

U – действующее напряжение данной обмотки.

Например, у меня потребляемая мощность 31 Ватт и вся она будет отдаваться катушками "III" и "IV".

31 / (12,8+12,8) = 1,2 Ампер

Диаметр провода можно вычислить по формуле:

D = 1,13 √(I / j)

D – диаметр провода в мм,

I – ток обмотки в Амперах,

j – плотность тока в Ампер/мм².

При этом плотность тока можно выбрать по таблице.

Конструкция трансформатора	Плотность тока (а/мм2) при мощности трансформатора (Вт)
	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Однокаркасная	3,0-4,0	2,5-3,0	2,0-2,5	1,7-2,0	1,4-1,7
Двухкаркасная	3,5-4,0	2,7-3,5	2,4-2,7	2,0-2,5	1,7-2,3
Кольцевая	4,5-5,0	4,0-4,5	3,5-4,5	3,0-3,5	2,5-3,0

Ток, протекающий через катушки «III» и «IV» – 1,2 Ампера.

А плотность тока я выбрал – 2,5 А/ мм².

1,13√ (1,2 / 2,5) = 0,78 мм

У меня нет провода диаметром 0,78 мм, но зато есть провод диаметром 1,0мм. Поэтому, я на всякий случай посчитаю, хватит ли мне места для этих катушек.

На картинке два варианта конструкции каркаса: А – обычная, В– секционная.

1. Количество витков в одном слое.
2. Количество слоёв.

Ширина моего несекционированного каркаса 40мм.

Мне нужно намотать 124 витка проводом 1,0 мм, у которого диаметр с изоляцией равен 1,08 мм. Таких обмоток требуется две.

124 * 1,08 * 1,1: 40 ≈ 3,68 слоя

1,1 – коэффициент. На практике, при расчёте заполнения нужно прибавить 10 – 20% к полученному результату. Я буду мотать аккуратно, виток к витку, поэтому добавил 10%.

Получилось 4 слоя провода диаметром 1,08мм. Хотя, последний, четвёртый слой заполнен только на несколько процентов.

Определяем толщину обмотки:

1,08 * 4 ≈ 4,5 мм

У меня в распоряжении 9мм глубины каркаса, а значит, обмотка влезет и ещё останется свободное место.

Ток катушки "II" вряд ли будет больше чем – 100мА.

1,13√ (0,1 / 2,5) = 0,23 мм

Диметр провода катушки "II" – 0,23мм.

Это малюсенькая по заполнению окна обмоточка и её можно даже не принимать в расчёт, когда остаётся так много свободного места.

Конечно, на практике у радиолюбителя выбор проводов невелик. Если нет провода подходящего сечения, то можно намотать обмотку сразу несколькими проводами меньшего диаметра. Только, чтобы не возникло перетоков, мотать нужно одновременно двумя, тремя или даже четырьмя проводами. Перетоки, возникают тогда, когда есть даже незначительные отклонения в длине обмоток соединённых параллельно. При этом, из-за разности напряжений, возникает ток, который греет обмотки и создаёт лишние потери.

Перед намоткой в несколько проводов, сначала нужно посчитать длину провода обмотки, а затем разрезать провод на требуемые куски.

Длина проводов будет равна:

L = p * ω * 1,2

L – длина провода,

p – периметр каркаса в середине намотки,

ω – количество витков,

1,2* – коэффициент.

* Укладывать обмотку при намотке в несколько проводов сложно и утомительно, поэтому лучше перестраховаться и использовать этот коэффициент, компенсирующий ошибки расчёта и неаккуратной укладки.

Толстый провод необходимо мотать виток к витку, а более тонкие провода можно намотать и в навал. Главное, чтобы обмотка поместилась в окно магнитопровода.

Если намотка производится аккуратно без повреждения изоляции, то никаких прокладок между слоями можно не применять, так как, при постройке УНЧ средней мощности, большие напряжения не используются. Изоляция же обмоточного провода рассчитана на напряжение в сотни вольт. Чем толще провод, тем выше пробивное напряжение изоляции провода. У тонкого провода пробивное напряжение изоляции около 400 Вольт, а у толстого может достигать 2000 Вольт.

Закрепить конец провода можно обычными нитками.

Если при удалении вторичной обмотки повредилась межобмоточная изоляция, защищающая первичную обмотку, то её нужно обязательно восстановить. Тут можно применить плотную бумагу или тонкий картон. Не рекомендуется использовать всякие синтетические материалы вроде скотча, изоленты и им подобные.

Если катушка разделена на секции для первичных и вторичных обмоток, то тогда и вовсе можно обойтись без изоляционных прокладок.

Как измерить диаметр провода.

Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.

Провод сначала лучше прогреть на пламени спички и лишь потом скальпелем удалить ослабленную изоляцию. Если этого не сделать, то вместе с изоляцией можно удалить и часть меди, что снизит точность измерения особенно для тонкого провода.

Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке. Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.

Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.

39 / 100 = 0,39 мм

По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.

Таблица данных обмоточных проводов.

Диаметр без изоляции, мм	Сечение меди, мм²	Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом	Диаметр с изоляцией, мм	Вес 100м с изоляцией, гр
0,03	0,0007	24,704	0,0014	0,045	0,8
0,04	0,0013	13,92	0,0026	0,055	1,3
0,05	0,002	9,29	0,004	0,065	1,9
0,06	0,0028	6,44	0,0057	0,075	2,7
0,07	0,0039	4,73	0,0077	0,085	3,6
0,08	0,005	3,63	0,0101	0,095	4,7
0,09	0,0064	2,86	0,0127	0,105	5,9
0,1	0,0079	2,23	0,0157	0,12	7,3
0,11	0,0095	1,85	0,019	0,13	8,8
0,12	0,0113	1,55	0,0226	0,14	10,4
0,13	0,0133	1,32	0,0266	0,15	12,2
0,14	0,0154	1,14	0,0308	0,16	14,1
0,15	0,0177	0,99	0,0354	0,17	16,2
0,16	0,0201	0,873	0,0402	0,18	18,4
0,17	0,0227	0,773	0,0454	0,19	20,8
0,18	0,0255	0,688	0,051	0,2	23,3
0,19	0,0284	0,618	0,0568	0,21	25,9
0,2	0,0314	0,558	0,0628	0,225	28,7
0,21	0,0346	0,507	0,0692	0,235	31,6
0,23	0,0416	0,423	0,0832	0,255	37,8
0,25	0,0491	0,357	0,0982	0,275	44,6
0,27	0,0573	0,306	0,115	0,31	52,2
0,29	0,0661	0,2бб	0,132	0,33	60,1
0,31	0,0755	0,233	0,151	0,35	68,9
0,33	0,0855	0,205	0,171	0,37	78
0,35	0,0962	0,182	0,192	0,39	87,6
0,38	0,1134	0,155	0,226	0,42	103
0,41	0,132	0,133	0,264	0,45	120
0,44	0,1521	0,115	0,304	0,49	138
0,47	0,1735	0,101	0,346	0,52	157
0,49	0,1885	0,0931	0,378	0,54	171
0,51	0,2043	0,0859	0,408	0,56	185
0,53	0,2206	0,0795	0,441	0,58	200
0,55	0,2376	0,0737	0,476	0,6	216
0,57	0,2552	0,0687	0,51	0,62	230
0,59	0,2734	0,0641	0,547	0,64	248
0,62	0,3019	0,058	0,604	0,67	273
0,64	0,3217	0,0545	0,644	0,69	291
0,67	0,3526	0,0497	0,705	0,72	319
0,69	0,3739	0,0469	0,748	0,74	338
0,72	0,4072	0,043	0,814	0,78	367
0,74	0,4301	0,0407	0,86	0,8	390
0,77	0,4657	0,0376	0,93	0,83	421
0,8	0,5027	0,0348	1,005	0,86	455
0,83	0,5411	0,0324	1,082	0,89	489
0.86	0,5809	0,0301	1,16	0,92	525
0,9	0,6362	0,0275	1,27	0,96	574
0,93	0,6793	0,0258	1,36	0,99	613
0,96	0,7238	0,0242	1,45	1,02	653
1	0,7854	0,0224	1,57	1,07	710
1,04	0,8495	0,0206	1,7	1,12	764
1,08	0,9161	0,0191	1,83	1,16	827
1,12	0,9852	0,0178	1,97	1,2	886
1,16	1,057	0,0166	2,114	1,24	953
1,2	1,131	0,0155	2,26	1,28	1020
1,25	1,227	0,0143	2,45	1,33	1110
1,3	1,327	0,0132	2,654	1,38	1190
1,35	1,431	0,0123	2,86	1,43	1290
1,4	1,539	0,0113	3,078	1,48	1390
1,45	1,651	0,0106	3,3	1,53	1490
1,5	1,767	0,0098	3,534	1,58	1590
1,56	1,911	0,0092	3,822	1,64	1720
1,62	2,061	0,0085	4,122	1,71	1850
1,68	2,217	0,0079	4,433	1,77	1990
1,74	2,378	0,0074	4,756	1,83	2140
1,81	2,573	0,0068	5,146	1,9	2310
1,88	2,777	0,0063	5,555	1,97	2490
1,95	2,987	0,0059	5,98	2,04	2680
2,02	3,205	0,0055	6,409	2,12	2890
2,1	3,464	0,0051	6,92	2,2	3110
2,26	4,012	0,0044	8,023	2,36	3620
2,44	4,676	0,0037	9,352	2,54	4220

Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Как рассчитать и намотать обмотки трансформатора, каким может быть его сердечник, каковы особенности конструкции трансформаторов различного назначения, как они работают — вопросы, которые могут заинтересовать многих. Ниже предлагаются ответы на большинство этих вопросов.

Что представляет собой трансформатор?

Вернуться к оглавлению

Немного истории

В 70-х годах XIX века русский ученый П.Н. Яблочков изобрел электродуговой источник света — «свечу Яблочкова». Первоначально источниками питания дуги служили мощные гальванические батареи, но аноды в этом случае сгорали быстрее. Тогда ученый решил использовать в качестве источника тока для своего изобретения генератор переменного тока.

В этом случае возникало другое затруднение: после того как зажигалась одна электрическая свеча, из-за уменьшения напряжения на зажимах генератора возгорание других светильников было затруднено. Задача была решена, когда для питания каждого источника света был применен свой трансформатор. Эти первые трансформаторы имели незамкнутые сердечники из пучков стальной проволоки и, как следствие, обладали низким КПД. Трансформаторы с замкнутыми сердечниками, подобные современным, появились лишь спустя 9 лет.

Вернуться к оглавлению

Как устроен и как работает трансформатор?

Рисунок 1. Схема самого простого трансформатора.

Самый простой трансформатор — это сердечник из вещества с большой магнитной проницаемостью и две намотанных на него обмотки (рис. 1а). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I 1 в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I 2 = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, где

N 1 и N 2 — число витков в обмотках.

Отношение U 1 / U 2 называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U 1 > U 2 , трансформатор называют повышающим (рис. 1б), при U 1 < U 2 — понижающим (рис 1в). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим. Вторичная обмотка необязательно одна — их может быть и несколько. Из равенства мощностей в обмотках следует, что токи в них обратно пропорциональны числу витков:

I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.

Если вторичная обмотка — составная часть первичной (или первичная — вторичной), трансформатор превращается в автотрансформатор. На рис. 1г и 1д показаны схемы, соответственно, понижающего и повышающего автотрансформаторов.

Переменное магнитное поле вызывает появление в сердечнике вихревых токов, которые нагревают его, на что бесполезно тратится часть энергии. Чтобы уменьшить эти потери, сердечники набирают из отдельных, изолированных друг от друга листов специальной трансформаторной стали с малой энергией перемагничивания.

Чаще всего в современных трансформаторах используются магнитопроводы трех типов:

1. Стержневые (П-образные), состоящие из двух стержней с обмотками и ярма, соединяющего их. Именно так обычно устроены сердечники мощных трансформаторов.
2. Броневые (Ш-образные). Магнитопровод представляет собой ярмо, внутри которого находится стержень с обмоткой. Ярмо защищает каждую обмотку трансформатора от внешних воздействий — отсюда такое название. Чаще применяется в маломощных трансформаторах для электронных схем.
3. Тороидальные — магнитопровод, имеющий форму тора, состоит из намотанной плотным рулоном трансформаторной ленты. Преимущества — относительно малый вес, высокий КПД, минимум помех. Недостаток — сложность намотки.

Вернуться к оглавлению

Как осуществить расчет трансформатора?

Важнейшие параметры трансформатора — номинальные значения токов и напряжений и мощности, на которые он рассчитан. Абсолютная точность при расчетах характеристик трансформатора по этим параметрам особого значения не имеет, поэтому можно ограничиться приблизительными значениями.

Очередность расчетов выглядит следующим образом:

1. Расчет тока через вторичную обмотку с учетом потерь: I 2 = 1,5 * I 2н, где I 2н — номинальный ток в ней.
2. Расчет мощности, снимаемой с вторичной обмотки: Р 2 = U 2 * I 2 , где U 2 — напряжение на ней. Если такая обмотка не одна, то результат — сумма их мощностей.
3. Определение результирующей мощности: Р Т = 1,25 * P 2 при КПД порядка 80%.
4. Расчет силы тока через первичную обмотку трансформатора: I 1 = P Т / U 1 , где U 1 — напряжение на ней.
5. Площадь требующегося сечения магнитопровода: S = 1,3 * √P Т, где S измеряется в см 2 .
6. Количество витков для первичной обмотки трансформатора: N 1 = 50 * U 1 / S, где S измеряется в см 2 .
7. Количество витков для его вторичной обмотки: N 2 = 55 * U 2 / S, где S измеряется в см 2 .
8. Диаметр проводников любой из обмоток трансформатора: d = 0,632 * √I, где I — сила тока в ней. Формула верна для медного провода.

Например, вторичная обмотка трансформатора, включаемого в сеть напряжением 220 В, должна давать ток 6,7 А при напряжении 36 В. Рассчитать параметры трансформатора.

1. I 2 = 1,5 *6,7 А = 10 А.
2. P 2 = 36 В * 10 А = 360 Вт.
3. P Т = 1,25 *360 Вт = 450 Вт.
4. I 1 = 450 Вт / 220 В ≈ 2 А.
5. S = 1,3 * √450 (см 2) ≈ 25 см 2.
6. N 1 = 50 * 220 / 25 = 440 витков.
7. N 2 = 55 * 36 / 25 = 79 витков.
8. d 1 = 0,632 * √2 (мм) = 0,9 мм, d 1 = 0,632 * √10 (мм) = 2 мм.

Если провода нужного диаметра отсутствуют, то можно заменить один толстый провод несколькими более тонкими, соединенными параллельно. Площадь сечения проводника диаметром d можно рассчитать по формуле: s = 0,8 * d 2 .

Например, нужен провод диаметром 2 мм, а имеется только проводник диаметром 1,2 мм. Площадь сечения нужного провода s = 0,8 * 4 (мм 2) = 3,2 мм 2 , площадь имеющегося, вычисленная по той же формуле, равна 1,1 мм 2 . Легко понять, что один проводник диаметром 2 мм можно заменить тремя с диаметром 1,2 мм.

Вернуться к оглавлению

Изготовление трансформатора

Процесс изготовления силового трансформатора складывается из ряда последовательных операций.

Вернуться к оглавлению

Сборка каркасов катушек для стержневого или броневого сердечника

Рисунок 2. Схема сборки каркаса для трансформатора.

Довольно удобным материалом для сборки этих каркасов являются картон или прессшпан. Еще более крепкий каркас можно изготовить из пластика. Каркас в сборе изображен на рис. 2а. Он собран из деталей, изображенных на рисунках 2б-2г. Должно быть изготовлено по два экземпляра каждой детали. Дырочки в щечках (г) предназначены для выводов.

Порядок сборки каркаса:

• две щечки накладываются друг на друга;
• в их окна вкладываются детали (б) и разводятся, одна вверх, вторая вниз;
• детали (в) устанавливаются так, чтобы их выступы совпали с выемками деталей (б).

Полученный каркас достаточно прочен и уже не рассыпается. Перед намоткой катушек заранее готовятся прокладки (рис. 2д) из полосок кабельной бумаги. Полоски аккуратно надрезаются по краям на глубину несколько мм. Эти надрезы, примыкая к щеткам, будут предохранять витки очередного слоя от проваливания в область предыдущего.

Вернуться к оглавлению

Намотка катушек

Рисунок 3. Схема петли для катушки.

Перед намоткой следует заготовить отрезки гибкого многожильного провода в термостойкой изоляции для выводов и отрезки термостойкого кембрика. Намотка производится так, чтобы провод укладывался виток к витку с некоторым натяжением. Последующие витки должны прижимать предыдущие. Чтобы предотвратить проваливание витков возле щечки, желательно очередной ряд не доматывать до нее на несколько мм, заполняя свободные участки шпагатом или нитками.

После окончания намотки каждого ряда натяжение провода должно сохраняться, чтобы при наложении прокладки из кабельной бумаги намотанная часть не распускалась. Такие прокладки должны укладываться после каждого слоя.

Если наматываемый провод тонкий, то к началу и концу обмотки, а также к отводам от нее аккуратно припаиваются заготовленные отрезки гибкого многожильного провода. Место спайки изолируется. Если обмоточный провод достаточно толстый, выводы и отводы (в виде петель) делаются из этого же провода. И на выводы, и на отводы следует надеть отрезки кембрика.

Петля (рис. 3а) пропускается сквозь отверстие сложенной вдвое полоски из плотной бумаги или хлопчатобумажной ленты, которую затягивают после того, как она прижата следующими витками (рис. 2б). Пример отвода от тонкого обмоточного провода показан на рис. 2в.

Примерно так же крепят концы обмотки из толстого провода, но используется только хлопчатобумажная лента. Схема закрепления начала обмотки показана на рис. 2г, ее конца — на рис. 2д.

И несколько слов о том, как намотать обмотку тороидального трансформатора. Обычно для их намотки используются самодельные челноки, на поверхность которых наматывается достаточный запас провода. Челнок с проводом должен проходить в отверстие тороидального магнитопровода.

Рисунок 4. Схема обода колеса велосипеда.

Гораздо проще осуществить намотку с помощью приспособления, основой которого является обод колеса велосипеда (рис. 4). Обод распиливается в одном месте, продевается в отверстие магнитопровода, после чего разрезанные части аккуратно соединяются. Затем на его внешнюю поверхность наматывается обмоточный провод необходимой длины с небольшим запасом. Для удобства обод может быть подвешен своей верхней частью на забитый гвоздь, штырь или какой-нибудь другой подходящий подвес. Намотанный провод удобно зафиксировать подходящим резиновым кольцом.

Обмотка наматывается за счет вращения обода. Завершив каждый оборот, следует передвинуть на соответствующее расстояние резиновое кольцо. Витки следует укладывать аккуратно, с натяжением. Выводы и отводы можно формировать так же, как у упомянутых выше катушек. Каждый слой и обмотка обязательно разделяются слоем изоляции. Поверх последнего слоя трансформатор обматывается киперной лентой и пропитывается лаком.

Одним из часто применяемых устройств в областях энергетики, электроники и радиотехники является трансформатор. Часто от его параметров зависит надёжность работы приборы в целом. Случается так, что при выходе трансформатора из строя или при самостоятельном изготовлении радиоприборов не получается найти устройство с нужными параметрами серийного производства. Поэтому приходится выполнять расчёт трансформатора и его изготовление самостоятельно.

Трансформатор - это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов :

• сердечника;
• обмотки;
• каркаса для расположения обмоток;
• изолятора;
• дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой . Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного - и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая - образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная - образующая магнитный поток, и вторая электрическая - связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала . Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Виды сердечников

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

• S - площадь сечения сердечника.
• K - постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения - сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

• напряжение первичной и вторичной обмотки;
• габаритны сердечника;
• толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

Следует отметить, что если конструируется устройство с несколькими выводами во вторичной обмотке, то в четвёртом пункте все мощности суммируются, и их результат подставляется вместо P2.

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

• U1 - напряжение первичной обмотке, В.
• S - площадь сердечника, см².
• K1, K2 - число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

• d - диаметр провода, мм.
• I - обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10-20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

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.

Обмотка, подключенная к источнику напряжения, называется первичной, а те из них, к которым подсоединяются потребители тока, являются вторичными. Агрегаты делят в зависимости от результата работы.

Радиолюбители знают о такой ситуации, когда необходимо сделать трансформатор, имеющий показатели силы тока и напряжения, отличные от стандартных показателей. Иногда удается найти готовый прибор с нужными параметрами обмоток, но чаще трансформатор приходится изготавливать собственными силами .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Использование таблицы

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

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

Проверка правильности выбора

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

Принцип расчета трансформатора онлайн

Такой расчет позволяет очень оперативно менять параметры , при этом сокращается время на разработку емкости трансформатора. В разные по цвету поля вводятся исходные показатели и данные из автоматических таблиц. Можно корректировать данные, вводя собственные показатели. Калькулятор позволит произвести расчет требуемой площади провода и количества витков в каждой из обмоток.

Данные для ввода в поле автоматического калькулятора

Перед тем как производить автоматический расчет трансформатора онлайн, следует определить показатели для ввода:

• напряжение в первичной обмотке, обычно подставляют значение 220 в;
• выходное напряжение вторичной обмотки в вольтах (подставляет данные из своего требования);
• выходной ток вторичной обмотки в амперах (вводим собственное значение);
• параметры внешнего и внутреннего диаметра сердечника (ставим свое значение);
• указываем высоту сердечника по собственным параметрам.

Расчет трансформатора по выбранным из источников формулам производится достаточно медленно, существует опасность допустить ошибки. Расчет онлайн позволит выполнить конструирование быстро и результативно. Такой удобный расчет подойдет для новичков-радиолюбителей, с не меньшим успехом им могут воспользоваться и профессионалы. Самый быстрый способ произвести расчет – ввести все данные и нажать кнопку .

Положительные моменты работы с автоматическим расчетом онлайн

Расчеты попавшего в руки старого трансформатора, теперь не покажутся трудными и долгими. Полученные данные для перемотки трансформатора будут идеальными именно для тех исходных данных, которые вводятся в поля таблицы, кроме того, автоматический калькулятор имеет массу преимуществ:

Конструкторы трансформаторов получили надежного помощника в виде калькулятора онлайн, теперь любой начинающий радиолюбитель осуществит свои мечты по изготовлению трансформатора собственноручно.

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных нужно постоянное напряжение 10 - 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов НЧ - 25÷50 В. Для анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 - 300 В, для накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и "перерабатывать" мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, для электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для ламповых обычно две обмотки - накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для транзисторных чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. на какой-либо каскад или узел нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется "число витков на вольт", и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти "число витков на вольт", разделив 50-70 на сечение сердечника в см:

Так, взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится "число витков на вольт" примерно 10.