Содержание
Программный (он-лайн) расчет трансформатора, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже.
Описание вводимых и расчётных полей программы:
- – поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта,
- – поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае клика
, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, - – поле зелёного цвета – рассчитанное значение.
| Геометрические параметры сердечника | |
|---|---|
| D = | см |
| d = | см |
| h = | см |
| Напряжение первичной обмотки | |
|---|---|
| U = | В |
задать параметры вторичных обмоток
| Ввод табличных значений |
|
|---|---|
| Расчётные параметры трансформатора | |
|---|---|
=
| Параметры вторичных обмоток | |
|---|---|
| U1 = В | I1 = А |
| U2 = В | I2 = А |
| U3 = В | I3 = А |
| U4 = В | I4 = А |
| Расчетные параметры вторичных обмоток | |
|---|---|
Sст ф – площадь поперечного сечения магнитопровода. Рассчитывается по формуле:
Sст = h * (D – d)/2.
Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе. Рассчитывается по формуле:
Sок = π * d 2 / 4.
Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:
Pc max = Bmax *J * Кок * Кст * Sст * Sок / 0.901
Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как выбрать форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого количества витков?
Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:
- Равномерное распределение обмоток;
- Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
- Сниженные токи Х.Х. в 10…20 раз;
- Высокий К.П.Д;
- Уменьшение полей рассеяния;
- Низкий уровень шума.
Если приложить определенные усилия для создания тороидального трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.
Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.
Методика расчета – пошаговая инструкция
Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:
- Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
- Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.
Расчет сердечника
Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:
«P=1,9*Sc*So», где:
- P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
- 1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
- Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
- So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»
Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим.
«P=1,9*70*70=9310 Ватт»
Определим количество витков первичной обмотки
В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу.
К=35/ Sc, где:
- K – количество витков на 1 вольт напряжения.
- 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
- Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.
Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию.
«K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу.
«W1=U1*K», где:
- W1- количество витков в первой обмотке.
- U1 – необходимое напряжение в этой точке.
- K – количество витков на 1 вольт напряжения.
«W1=220*0,5=110» – витков.
С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим.
«W2=35*0,5=17,5» – витков.
Расчет сечения применяемых проводов
Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора:
«I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера»
С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки.
«I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.
Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.
Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера.
Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:
- Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
- Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.
Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:
- 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
- 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.
Как упростить задачу по намотке витков на сердечник
Зная как создать трансформатор во всех подробностях и всеми данными, остается перейти к практической работе, но намотка витков представляет собой достаточно трудоемкий процесс, требующий особой концентрации внимания. Правильность намотки также имеет значение и напрямую влияет на характеристики устройства, которое в итоге получится.
Но для таких случаев в помощь людям существует специальное устройство, станок для намотки тороидальных трансформаторов, цена такого приспособления не высока, но купить его не просто, поэтому на рынке часто встречаются самодельные устройства, и если почитать соответствующую литературу, то можно попробовать сделать этот станок самому.
Разделы сайта
DirectAdvert NEWS
Друзья сайта
Осциллографы
Мультиметры
Купить паяльник
Статистика
Простой расчет тороидальных трансформаторов.
Тороидальные трансформаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами на стержневых и броневых сердечниках из Ш-образных пластин. Тороиды обладают меньшими размерами, меньшим весом и при этом гораздо большим КПД. Но мы в этой статье не будем залазить в дебри, раз уж вы заинтересовались этой статьей, значит вас интересует вопрос: как по простому рассчитать тороидальный трансформатор. Вообще существует много литературы по этой теме, но, как правило, расчеты там настолько заумные и громоздкие, что желания разбираться в этих формулах большого не возникает. Хотя стоит отметить, что рассчитав тороид по полному расчету, вы получите наиболее точные данные, и в то же время упрощенного расчета в большинстве случаев для радиолюбителя оказывается вполне достаточно. Давайте рассмотрим упрощенную методику расчета тороидального трансформатора по таблице , этот метод расчета существует уже очень давно, и многие радиолюбители успешно им пользуются. По этой таблице можно легко рассчитать тор мощностью до 120 ватт. Трансформаторы, не вошедшие в таблицу, рассчитываются также как трансформаторы на Ш-образном железе.
Эту таблицу применяют для расчета трансформаторов с частотой сети 50 Гц, сердечники которых выполнены из:
● холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330, толщина ленты 0,35-0,5 мм;
● сталь марок Э340, Э350, Э360, толщина ленты 0,05- 0,1 мм.
Pг ……….габаритная мощность трансформатора;
ω1………число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330;
ω2………число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360;
S…………площадь сечения сердечника;
∆…………допустимая плотность тока в обмотках;
ŋ…………КПД трансформатора.
При намотке тороида допускается применение лишь межобмоточной и наружной изоляции: и хоть межслоевая изоляция и позволит добиваться наиболее ровной укладки провода обмоток, из-за разного наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличится толщина намотки по внутреннему диаметру.
Для намотки тороида нужно применять обмоточные провода, имеющие повышенную механическую и электрическую прочность изоляции. Можно использовать провода ПЭЛШО, ПЭШО, ну и на крайний случай ПЭВ-2. Межобмоточная и наружная изоляции могут быть выполнены батистовой лентой, триацетатной пленкой, лакотканью ЛШСС (0,06-0,12 мм толщины) или фторопластовой пленкой ПЭТФВ 0,01-0,02 мм толщины.
Пример расчета трансформатора:
Дано:
● напряжение питающей сети Uc=220 В,
● выходное напряжение Uн=24 В,
● ток нагрузки Iн=1,8 А.
1. Определяем мощность вторичной обмотки:
2. Определяем габаритную мощность трансформатора:
Величину к.п.д. и другие необходимые для расчета данные выбираем по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.
3. Находим площадь сечения сердечника:
4. Подбираем размеры сердечника Dc, dc и hc:
Ближайший стандартный тип сердечника – ОЛ50/80-40, площадь сечения которого равна S=6 см2 (не менее расчетной).
5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие:
dc должно быть больше или равно dc`
6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяем по формуле:
7. Находим расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток :
Так как в тороидах магнитный поток рассеивания весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.
8. Определяем диаметры проводов обмоток:
где I1 – ток первичной обмотки трансформатора, определяемый из формулы:
Выбираем ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0,31 мм);
Трансформаторы, расчитанные с помощью приведенной выше таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали отличные результаты.
При расчете транформатора часто возникает проблема с исходными данными. Давайте рассмотрим пример расчета, когда первичные данные отсутствуют.
Самый простой способ:
Подготавливаем сердечник для намотки первичной обмотки: обрабатываем острые края, накладываем изолирующие прокладки (в моем случае на тороидальный сердечник я сделал накладки из картона). Теперь наматываем 50 витков провода диаметром
0.5 мм. Для измерений нам понадобится амперметр с пределом измерения примерно до 2х ампер, вольтметр переменного напряжения и ЛАТР. Если нет ЛАТРа, то его можно заменить на генератор, умеющий выдавать частоту 50 Гц и усилитель мощности ЗЧ. Собираем схему как на рисунке:
Наша цель – снять зависимость тока холостого хода первичной обмотки от приложенного напряжения. Эта кривая вначале линейна, а затем начинает резко расти, когда сердечник входит в насыщение. Для этого подаем на обмотку трансформатора напряжение начиная от 0В с шагом 0.5В, записываем при этом показания амперметра. Затем с помощью MS Excel или на бумаге строим зависимость Ixx от приложенного напряжения U11. В результате получится вот такая зависимость:
Теперь определим конец линейного участка, в нашем случае это точка (14,5В; 260 мА).
Число витков на вольт нужно расчитать с запасом 20%:
Таким образом для первичной обмотки требуется :
Допустим требуемое напряжение вторичной обмотки = 35В. Число витков вторичной обмотки равно :
Далее по известным токам Ixx и Iвт.обмотки находим требуемый диаметр провода.
Примечание:
Этим методом можно расчитать любые виды сердечников, в том числе и ферритовые.
Сначала расчитаем площадь окна и площадь сечения тора:
Габаритная мощность определится как:
Расчитаем габаритную мощность для тора с размерами D=80 mm, d=50 mm, h=40 mm (ОЛ-50/80 – 40).
Sокна = 19,63 кв.см, Sсеч = 6 кв.см, Pгаб = 117,8 Вт.
