2.2. Розрахунок трансформатора

За обраною схемою випрямлення може бути проведений приблизний розрахунок трансформатора випрямляючого пристрою при індуктивному характері навантаження.

Розрахунок починається з визначення потужності у навантаженні

, Вт. (1)

Потім визначається типова потужність трансформатора за формулою у таблиці 1, з обліком вибраної схеми випрямлення. По розрахованому значенню обирають конструкцію та тип магнітопровода з додатку 1. При виборі треба керуватися наступними обміркуваннями.

На потужностях до 100 - 150 вольт-ампер рекомендується віддавати перевагу броньованим магнітопроводам, які мають менший потік розсіювання по відношенню до стрижньових. На більших потужностях ніж 100 - 150 вольт-ампер рекомендується використовувати стрижневі стрічкові магнітопроводи з кращими умовами охолодження осердя.

У таблиці 2 визначають амплітуду магнітної індукції , щільність струму первинної обмотки та падіння напруги на обмотках трансформатора і .

Потім за формулами з таблиці 1 розраховують середньоквадратичне значення напруги та середньоквадратичне значення струму вторинної обмотки з урахуванням схеми випрямлення. Далі визначають коефіцієнт трансформації та середньоквадратичне значення струму первинної обмотки за формулами

, (2)

, А. (3)

Таблиця 1

Параметри трансформатора	Схема випрямлення
	Однотактна двонапівперіодна	Мостова Греца
Середньоквадратичне значення напруги вторинної обмотки,
Середньоквадратичне значення струму вторинної обмотки,
Типова потужність трансформатора,
Число фаз вторинної обмотки,	2	1
Відношення активної потужності вторинної обмотки до повної потужності первинної обмотки,	1,41	1

Коефіцієнти та враховують опори фази випрямляча.

Таблиця 2

Конструкція магніто-провода, марка сталі та товщина стрічки	Параметри трансформатора	, ВА
		5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броньова стрічкова 3411, = 0,35 мм	, Тл	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
	, А/мм2	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
	, %	20-15	15-8	8-5	5-3	3-1
	, %	25-18	18-10	10-8	8-6	6-2
Стрижнева стрічкова 3411, = 0,35	, Тл	1,55	1,6	1,65	1,65	1,65
	, А/мм2	5,2	5,2-3,8	3,8-3	3-2,4	2,4-1,7
	, %	18-12	12-5,5	5,5-4	4-3	3-1
	, %	33-17	17-9	9-6	6-4	4-2

На наступному етапі розрахунку визначаються втрати у сталі магнітопровода за формулою:

, Вт, (4)

де - маса вибраного магнітопроводу (Додаток 1);

- питомі втрати у сталі.

Величина питомих втрат залежить від амплітуди магнітної індукції, сорту та товщини стального листа. Значення може бути приблизно визначене за формулою:

, Вт/кг. (5)

У формулі коефіцієнти і залежать від матеріалу магнітопровода та частоти живлющої напруги. Для сталі 3411 з товщиною стрічки = 0,35 мм на частоті 50 Гц = 1,8, = 2. Одиниці вимірювання у формулі (5) – Тесла.

Після цього визначається реактивна намагнічуюча потужність за формулою:

, ВА, (6)

де - питома намагнічуюча потужність.

Питома намагнічуюча потужність залежить від матеріалу магнітопровода, частоти живлющої напруги і амплітуди магнітної індукції. Для сталі 3411 з товщиною стрічки = 0,35 мм на частоті 50 Гц може бути приблизно визначене за формулою:

, ВА/кг. (7)

По знайденим величинам і можна визначити активну та реактивну складові струму холостого ходу трансформатора :

, А, (8)

, А. (9)

Повний струм холостого ходу дорівнює:

, А. (10)

Відносна величина струму холостого ходу дорівнює:

, %.

Це значення повинно бути у межах 10  50 %, якщо ця умова не виконується необхідно змінити значення індукції та зробити перерахунок.

На наступному етапі розраховується число витків обмоток трансформатора. Для цього, по перше, визначаються ЕРС первинної та вторинної обмоток і :

, В, (11)

, В. (12)

Число витків i-й обмотки (i = 1 або 2) дорівнює:

, (13)

де - ЕРС відповідної обмотки;

= 50 Гц – частота живлющої мережі;

- площа поперечного перетину осердя магнітопроводу, см²;

= 0,93 – коефіцієнт заповнення перетину магнітопроводу сталлю (значення приведене для магнітопроводів з товщиною стрічки 0,35 мм).

Далі проводиться вибір обмотувальних проводів. З цією ціллю розраховується поперечний перетин проводів первинної і вторинної обмоток і :

, мм², (14)

, мм², (15)

де - щільність струму первинної обмотки, що рекомендується (таблиця 2);

= 0,7 ÷ 0,8.

По розрахованим значенням і знаходять діаметри проводів для кожної обмотки:

, .

Потім визначають припустимі значення активного та реактивного опору обмоток трансформатора та його індуктивність розсіювання:

Ом, (16)

де Ом·см – для броньових магнітопроводів;

Ом·см – для стрижневих магнітопроводів;

– для броньових магнітопроводів;

– для стрижневих магнітопроводів;

а – базовий лінійний розмір магнітопровода (у сантиметрах) з додатку 1;

та n₂₀ – вибирають з таблиці 1.

Індуктивність розсіювання трансформатора можна оцінити за формулами:

, Гн; , Ом, (17)

де - опір фази випрямляча з урахуванням опорів обмоток трансформатора та вентилів схеми випрямлення,

, Ом, (18)

де - = 0,5 для кремнієвих вентилів та для інших напівпровідників можуть бути інші значення (наприклад для германію = 0,25);

. (18а)

Значення коефіцієнта приведені у табл. 3 в залежності від розміру магнітопровода а.

Таблиця 3

Магнітопровід	Значення а, см
	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0
Броньовий Стрижневий	0,682 1,04-2,16	0,160 0,235-0,454	0,034 0,056-0,104	0,013 0,024-0,046	0,007 0,013-0,025