Визначення параметрів трансформатора Основні параметри трансформаторів живлення.

Номінальна потужність – сума потужностей вторинних обмоток трансформатора, в якому потужність кожної обмотки визначається добутком номінального струму на номінальну напругу (ГОСТ 20938 75).

Коефіцієнт трансформації – відношення числа витків вторинної і первинної обмоток (ГОСТ 20938 75).

ККД трансформатора η = Р_ном / (Р_ном + Р_м + Р_об), де Р_ном – номінальна потужність трансформатора; Р_м – потужність втрат в магнітопроводі; Р_об – потужність втрат в обмотках.

Падіння напруги δU, виражене у відносних одиницях, показує ступінь зміни напруги вторинної обмотки при повній зміні струму навантаження від нуля до номінального значення. Можна показати, що δU = Р_об / Р_ном. Отже, для підвищення стабільності напруги вторинної обмотки необхідно зменшувати втрати в обмотках шляхом зниження опору обмоток.

Маса і габаритні розміри трансформатора залежать від номінальної потужності, напруги, ККД і допустимої температури перегріву трансформатора.

Електроконструктивний розрахунок малопотужного трансформатора живлення

Виконується за заданими ефективними (діючими) значенням напруги мережі живлення U₁, вторинної обмотки U₂, і струму вторинної обмотки І₂. В результаті розрахунку знаходять типорозмір магнітопроводу (якщо він не заданий), число витків кожної обмотки w₁, w₂, …, w_n; діаметри проводів кожної обмотки d₁, d₂, ..., d_n. Розрахунок виконують в наступному порядку.

1. Визначається струм первинної обмотки

І₁ ⁼ I_{1 (2)} + I_1 (З) ⁺ … + I_1 (n) = Σ_{і = l..n} I_{1 (і)}

де i – порядковий номер обмотки; I_{1 (і)} = U_i I_i / U₁ – складові струму первинної обмотки, зумовлені струмами відповідних вторинних обмоток. Струми обмоток, навантажених спрямовувачами, визначаються при розрахунку спрямовувача (див. вище).

2. Визначається габаритна потужність трансформатора

P_г = Σ_{і = l..n} (U_i I_i / 2η)

де η – ККД трансформатора. При габаритній потужності меншій за 20 В·А можна приймати η = 0,75...0,95, при Р_г = 20 Вт і більше – η = 0,9..0,95.

3. Визначається добуток S_мS_вік ≈ 25Р_г(1 + η) / fB_mjk_вікk_мk_фη, де S_m – середня площа перетину магнітного кола, см²; S_вік – площа вікна магнітопроводу, см²; Р_г – потужність, Вт; f – частота мережі живлення, Гц; В_m – амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі, Тл; j – щільність струму в обмотках, А/мм²; k_вік – коефіцієнт заповнення вікна магнітопроводу; k_м – коефіцієнт заповнення сталлю перетину стержня магнітопроводу; k_ф – коефіцієнт форми кривої напруги. Значення В_m можна вибрати із графіка для вибору індукції в залежності від габаритної потужності (1 В·А = 1 Вт) трансформатора при частоті 60 Гц для сталей: 1 – 1511, 1513; 2, 3 – 3411 (2–пластинчатий магнітопровід; 3 – стрічковий магнітопровід).

Щ ільність струму в обмотках j вибирають від 2,5 (при Р_г > 200 Вт) до 5 А/мм² (при Р_г = 10 Вт).

Коефіцієнт k_вік тим менше, чим тонше провід обмоток (чим менша габаритна потужність трансформатора). Для броньових трансформаторів з Р_г = 15... 50 Вт можна приймати k_вік = 0,22 ... 0,28, з Р_г =50 ... 150 Вт k_вік = 0,28 ... 0,34 і для трансформаторів більшої потужності k_вік = 0,35 ... 0,38.

Коефіцієнт k_м залежить від товщини листів і виду їх ізоляції. Для пластин, ізольованих лаком, при товщині 0,1 мм можна прийняти k_м = 0,7, при товщині 0,2 мм k_м = 0,85 і при товщині 0,35 мм k_м = 0,91. Якщо пластики ізольовані фосфатною плівкою, то можна приймати k_м = 0,75; 0,89 і 0,94 відповідно.

Коефіцієнт k_ф = 1,11 при синусоїдальній формі напруги і k_ф = 1 при прямокутній формі.

4. Вибирається магнітопровід і визначаються його розміри (див. таблиці довідників «Розміри стандартних пластинчастих, броньових та кільцевих стрічкових, Ш-подібних феритових магнітопроводів». Для малопотужних трансформаторів рекомендуються броньові магнітопроводи, що дозволяють виготовляти трансформатори менших розмірів, маси і вартості. Для вибраного броньового магнітопроводу повинна виконуватися умова Bll₁h > S_мS_вік, а для кільцевого магнітопроводу – умова (D – d) d²b > 3 S_мS_вік, де D, d, b – розміри магнітопроводу (див. дані табл. довідника).

5. Визначається число витків первинної обмотки

w₁ = 2250 U₁ (1 – δU₁/100) /(fB_mS_м)

і вторинних обмоток

w_i = 2250 U_i (1 – δU_i/100) /(fB_mS_м),

де U_i – напруга на і-й обмотці, В; δU₁ – допустиме відносне падіння напруги на і-й обмотці, %; f – частота, Гц; В_м – амплітуда магнітної індукції, Тл; S_м – площа, см².

Звичайно приймають δU₁ = 12 % при Р_г = 10 Вт, δU₁ = 7 % при Р_г = 20 Вт і 4 % при Р_г = 40 Вт і більше;

δU_і = 15 % при Р_г = 10 Вт, δU_і = 12 % при Р_г = 20 Вт, δU_і = 10 ... 6 % при Р_г = 30 ... 300 Вт.

6. Визначаються діаметри проводів обмоток d_і = l,13 , де І_і – струм в і-й обмотці, A; j – щільність струму, А/мм². 3 табл. довідника «Основні параметри мідних обмоточних проводів» вибирають найближчі більші значення діаметрів проводів.

7. Перевіряється розміщення обмоток на магнітопроводі. Число витків в шарі циліндричної обмотки w_шар = [h – 2(δ_к + 1)] / 1,3d_iз де h – висота вікна, мм; δ_к – товщина матеріалу каркаса, мм; d_iз – діаметр проводу, мм, з ізоляцією (див. вищезгадану табл.).

Число шарів обмотки n_шар = w / w_шар, де w – число витків обмотки. Товщина обмотки δ_об = n_шар (d_iз + δ_із), де δ_із – товщина ізоляції між шарами. Повинна виконуватися умова l₁ > δ_к + Σ δ_об + δ_пр, де l₁ – ширина вікна; Σ δ_об – сумарна товщина всіх прокладок між обмотками. Якщо ця умова не виконується, потрібно збільшити розміри магнітопроводу і виконати розрахунок трансформатора знов.