Простий розрахунок тороїдального трансформатора
Простий розрахунок тороїдальних трансформаторів.
Тороїдальні трансформатори мають ряд переваг в порівнянні з трансформаторами на стрижневих і броньових сердечниках з Ш-образних пластин. Тороіди є значно меншими розмірами, меншою вагою і при цьому набагато більшим ККД. Але ми в цій статті не будемо залазити в нетрі, якщо вже ви зацікавилися цією статтею, значить вас цікавить питання: як по простому розрахувати тороїдальний трансформатор. Взагалі існує багато літератури по цій темі, але, як правило, розрахунки там настільки незрозумілі і громіздкі, що бажання розбиратися в цих формулах великого не виникає. Хоча варто відзначити, що розрахувавши тороид по повному розрахунку, ви отримаєте найбільш точні дані, і в той же час спрощеного розрахунку в більшості випадків для радіоаматора виявляється цілком достатньо. Давайте розглянемо спрощену методику розрахунку тороїдального трансформатора по таблиці. цей метод розрахунку існує вже дуже давно, і багато радіоаматори успішно їм користуються. З цієї таблиці можна легко розрахувати тор потужністю до 120 ват. Трансформатори, що не увійшли в таблицю, розраховуються також як трансформатори на Ш-подібному залозі.
Цю таблицю застосовують для розрахунку трансформаторів з частотою мережі 50 Гц, сердечники яких виконані з:
# 9679; холоднокатана сталь марок Е310, Е320, Е330, товщина стрічки 0,35-0,5 мм;
# 9679; сталь марок Е340, Е350, Е360, товщина стрічки 0,05 0,1 мм.
Pг ......... .габарітная потужність трансформатора;
# 969; 1 ......... число витків на вольт для сталі Е310, Е320, Е330;
# 969; 2 ......... число витків на вольт для сталі Е340, Е350, Е360;
S ............ площа перетину сердечника;
# 8710; ............ допустима щільність струму в обмотках;
# 331; ............ ККД трансформатора.
При намотуванні тороида допускається застосування лише межобмоточной і зовнішньої ізоляції: і хоч межслоевой ізоляції і дозволить домагатися найбільш рівною укладання проводи обмоток, через різного зовнішнього і внутрішнього діаметрів сердечника при її застосуванні неминуче збільшиться товщина намотування по внутрішньому діаметру.
Для намотування тороїда потрібно застосовувати обмотувальні дроти, які мають підвищену механічну і електричну міцність ізоляції. Можна використовувати дроти ПЕЛШО, ПЕШО, ну і на крайній випадок ПЕВ-2. Межобмоточная і зовнішня ізоляції можуть бути виконані батистовою стрічкою, триацетатної плівкою, лакотканиною ЛШСС (0,06-0,12 мм товщини) або фторопластовою плівкою ПЕТФВ 0,01-0,02 мм товщини.
Приклад розрахунку трансформатора:
дано:
# 9679; напруга мережі живлення Uc = 220 В,
# 9679; вихідна напруга Uн = 24 В,
# 9679; струм навантаження Iн = 1,8 А.
1. Визначаємо потужність вторинної обмотки:
P = U н х Iн = 24 х 1,8 = 43,2 Вт.
2. Визначаємо габаритну потужність трансформатора:
Величину ККД та інші необхідні для розрахунку дані вибираємо по таблиці з потрібної графи ряду габаритних потужностей.
3. Знаходимо площа перерізу сердечника:
4. Підбираємо розміри сердечника Dc, dc і hc:
Найближчий стандартний тип сердечника - ОЛ50 / 80-40, площа перерізу якого дорівнює S = 6 см2 (не менше розрахункової).
5. При визначенні внутрішнього діаметра сердечника повинна бути виконана умова:
dc має бути більше або дорівнює dc # 96;
6. Припустимо, що обраний сердечник зі сталі Е320, тоді число витків на вольт визначаємо за формулою:
7. Знаходимо розрахункові числа витків первинної і вторинної обмоток.
Так як в тороіде магнітний потік розсіювання дуже малий, то падіння напруги в обмотках визначається практично лише їх активним опором, внаслідок чого відносна величина падіння напруги в обмотках тороїдального трансформатора значно менше, ніж в трансформаторах стрижневого і броньового типів. Тому для компенсації втрат на опорі вторинної обмотки необхідно збільшити кількість її витків лише на 3%.
W1-2 = 133 х 1,03 = 137 витків.
8. Визначаємо діаметри проводів обмоток:
де I1 - ток первинної обмотки трансформатора, який визначається з формули:
I1 = 1,1 (P2 / Uc) = 1,1 (48/220) = 0,24A. звідси
Вибираємо найближчий діаметр дроту в бік збільшення (0,31 мм);
Трансформатори, розраховані за допомогою наведеної вище таблиці, після виготовлення піддавалися випробуванням під постійною максимальним навантаженням протягом декількох годин і показали відмінні результати.
Розрахунок трансформаторів без вихідних даних.
При розрахунку транформатор часто виникає проблема з вихідними даними. Давайте розглянемо приклад розрахунку, коли первинні дані відсутні.
Найпростіший спосіб:
Готуємо сердечник для намотування первинної обмотки: обробляємо гострі краї, накладаємо ізолюючі прокладки (в моєму випадку на тороїдальний сердечник я зробив накладки з картону). Тепер наметовому 50 витків дроту діаметром
0.5 мм. Для вимірювань нам знадобиться амперметр з межею вимірювання приблизно до 2х ампер, вольтметр змінної напруги і ЛАТР. Якщо немає ЛАТРа, то його можна замінити на генератор, що вміє видавати частоту 50 Гц і підсилювач потужності ЗЧ. Збираємо схему як на малюнку:
Наша мета - зняти залежність струму холостого ходу первинної обмотки від прикладеної напруги. Ця крива спочатку лінійна, а потім починає різко зростати, коли сердечник входить в насичення. Для цього подаємо на обмотку трансформатора напруга починаючи від 0В з кроком 0.5В, записуємо при цьому показання амперметра. Потім за допомогою MS Excel або на папері будуємо залежність Ixx від прикладеної напруги U11. В результаті вийде ось така залежність:
Тепер визначимо кінець лінійної дільниці, в нашому випадку це точка (14,5В; 260 мА).
Число витків на вольт потрібно розрахувати з запасом 20%:
N / V = 50 / ((14,5-14,5 * 0.2) = 4,31 витків на вольт.
Таким чином для первинної обмотки потрібно.
220 * 4,31 = 950 витків.
Припустимо необхідну напругу вторинної обмотки = 35В. Число витків вторинної обмотки одно.
950 * 35/220 = 151 виток.
Далі по відомим струмів Ixx і Iвт.обмоткі знаходимо необхідний діаметр проводу.
Примітка:
Цим методом можна розрахувати будь-які види сердечників, в тому числі громадських закладів.
Приблизний розрахунок габаритної потужності тороїдального трансформатора:
Спочатку розрахуємо площу вікна і площа перетину тора:
Габаритна потужність визначиться як:
Pгаб [Вт] = Sокна [кв.см] * Sсеч [кв.см]
Розрахуємо габаритну потужність для тора з розмірами 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.