3. Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы (трансформаторы питания) - это трансформаторы, предназначенные для преобразования сетевого переменного напряжения частотой 50 или 400 Гц в переменное напряжение меньшее по амплитуде.

В соответствии с ГОСТ 20938-75, ГОСТ 17596 –72 основными параметрами силовых трансформаторов являются:

1. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора – это напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, при котором напряжение вторичных обмоток трансформатора является номинальным..

2. Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора – это напряжение на вторичной обмотке трансформатора при номинальной нагрузке.

3. Номинальный ток первичной обмотки трансформатора – это ток потребляемый трансформатором при его номинальной нагрузке.

4. Максимальный ток вторичной обмотки трансформатора – это максимальный ток нагрузки вторичной обмотки, при котором параметры трансформатора остаются в заданных пределах.

5. Максимальная мощность трансформатора – сумма мощностей вторичных обмоток.

6. Коэффициент трансформации – отношение напряжений на зажимах вторичной и первичной обмоток.

7. Коэффициент полезного действия трансформатора (к.п.д.) – отношение мощности, потребляемой трансформатором к выходной мощности.

8. Частота питающей сети.

Для ускорения сроков разработки и удешевления продукции промышленность выпускает унифицированные трансформаторы питания. Унифицированные трансформаторы питания предназначены для получения заданных по амплитуде и мощности переменных напряжений частотой 50 или 400 Гц, применяемые в следующих целях:

- питание накальных цепей электровакуумных приборов переменным током (серия ТН, ТАН);

- получение переменных напряжений, используемых после выпрямления для питания анодных цепей электровакуумных приборов (серия ТА, ТАН);

- получение переменных напряжений, используемых после выпрямления для питания полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (серия ТПП).

Унифицированные трансформаторы питания предназначены для работы в сети переменного тока частотой 50 Гц с отклонением от номинального напряжения первичной обмотки ±5%.

Параметрами универсальных трансформаторов питанияявляются:

- число обмоток;

- напряжение на каждой обмотке;

- максимально допустимый ток через каждую обмотку;

- электрическая мощность;

- масса;

- габаритные размеры;

- тип сердечника.

Наличие нескольких вторичных обмоток позволяет путем соответствующих соединений получать значительный ряд вторичных напряжений. Первичная обмотка имеет отводы, которые позволяют путем соответствующих соединений подключать первичную обмотку к различным напряжениям сети: 110, 127 и 220 В частотой 50 Гц.

Система условных обозначений трансформаторов питаниявключает в себя следующие элементы: первый – буква Т, второй – буква или две буквы – указывает на назначение трансформатора (А – трансформатор для питания анодных цепей, Н – накальных цепей, АН – анодно-накальных цепей, ПП – для питания устройств на полупроводниковых приборах, С – силовой для питания бытовой РЭА). Третий элемент – число – показывает порядковый номер разработки. Четвертый элемент – число - номинальное напряжение питания. Пятый элемент – число – рабочая частота, шестой – буква – вид исполнения. Например: обозначениеТА5-127/220-50-В – трансформатор для питания анодных цепей, номер разработки 5, на напряжение 127 и 220 В частотой 50 Гц, всеклиматического исполнения.

Справочные данные по унифицированным трансформаторам питания приводятся в справочной литературе, например в [ ].

Методика конструктивного расчетамаломощного силового трансформатора выполняется в следующем порядке [].

Входными данными для расчета трансформатора являются:

• напряжение на вторичной обмотке трансформатора ;

• ток нагрузки вторичной обмотки трансформатора .

• напряжение питания сети ;

• относительное изменение напряжение питания сети ;

• частота переменного напряжения сети

В результате расчета определяются материал и размеры магнитопровода, число витков первичной и вторичнойобмоток, а также диаметр проводаиэтих обмоток.

Методика расчета маломощного силового трансформатора следующая.

1. Определяем номинальную мощность вторичных обмоток трансформатора:

, (3.34)

где - число вторичных обмоток.

2. Определяется габаритная мощность трансформатора:

(3.34)

Причем больший множитель относится к трансформатору с номинальной мощностью до 10 В·А, а меньший - к трансформаторам с мощностью до 100 В·А.

3. Определяется произведение площади окна на площадь сечения магнитопровода:

, (3.35)

где - площадь она магнитопровода, см²;

- площадь сечения магнитопровода, см²;

- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе ( в Тл), которая определяется по графику рис.3.20;

- частота питающей сети, Гц;

- плотность тока в обмотках трансформатора. Ее выбирают от 2 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью более 100 В·А) до 6 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью менее 10 В·А);

- коэффициент заполнения окна магнитопровода. Для броневых и кольцевых трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.28 до 0.34, а для стержневых трансформаторов – в пределах 0.25…0.35;

- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Для магнитопроводов из штампованных пластин и трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.7 до 0.85, а для витых (ленточных) трансформаторов – в пределах 0.75…0.90.

4. По рассчитанному значению выбирают магнитопровода стандартных размеров, для которого должно выполняться условие:

. (3.36)

При этом учитывают, что должно выполняться условие: . В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера. Для кольцевого сердечника должно выполняться условие:

. (3.36)

5. Определяют число витков первичной и вторичнойобмоток:

, (3.37)

. (3.38)

Здесь площадь сечения магнитопровода подставляют в см², частоту в Гц, магнитную индукцию в Тл, напряжение в В.

6. Определяют рабочий ток первичной обмотки:

. (3.39)

7. Определяют диаметры провода первичной и вторичной обмоток в мм²:

, (3.40)

, (3.41)

Из ряда стандартных обмоточных проводов выбирают ближайшие большие значения диаметров проводов.

8. Проверяют размещение обмоток в окне магнитопровода. Для этого находят число витков в слое цилиндрической обмотки:

, (3.42)

где - толщина материала каркаса (обычно 0.5…0.8 мм);

- высота окна магнитопровода;

- диаметр провода обмотки с изоляцией.

Определяют число слоев обмотки:

, (3.43)

где - число витков обмотки.

Определяют толщину обмотки:

, (3.44)

где - толщина изоляционной прокладки между отдельными слоями обмотки (от 0,02 до 0.08 мм).

9. Проверяют выполнения условия размещения обмоток в магнитопроводе:

, (3.45)

где - суммарная толщина всех обмоток;

- толщина изоляционных прокладок между обмотками (от 0,02 до 0,08 мм);

- ширина окна магнитопровода.

Если условие (3.45) не выполняется необходимо выбрать магнитопровод больших размеров и повторить расчет трансформатора сначала.