расчет тороидального трансформатора

Простой расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом

Перед конструкторами радиоэлектронной аппаратуры часто ставится задача создания таких устройств, которые отличались бы небольшими размерами и минимальным весом.

Практика показала, что лучше всего применять силовые трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмотки и повышенным к.п.д. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов,

В связи с тем, что полный расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника сложен, приводим таблицу, с помощью которой радиолюбителю будет легче произвести расчет тороидального трансформатора мощностью до 120 вт.

Точность расчета вполне достаточна для любительских целей.

Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформаторов на Ш-образном сердечнике.

Таблицей можно пользоваться при расчете трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э310, Э320, Э380 с толщиной ленты 0,35—0, 5 мм. и стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0*05—0,1 мм. при частоте питающей сети 50 Гц.

При намотке трансформаторов допустимо применять лишь меж обмоточную и наружную изоляции: хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01— 0,02 мм. лакоткань ЛШСС толщиной 0,06—0,12 мм. или батистовая лента.

Пример расчета трансформатора:

Дано: напряжение питающей сети                                 U= 220 в,

выходное напряжение                                                      Uн = 24 в,

ток нагрузки                                                                       Iн = 1,8 а.

  1.  Расчет мощности тороидального трансформатора. Определяют мощность вторичной обмотки                                                                             Uн*Iн =  24*1,8 = 43,2 вт.
  2.  определяют габаритную мощность трансформатора                                                                             Pг = p/η = 43,2 / 0,92 = 48 вт. Величину к. п. д. и другие необходимые для расчета данные выбирают по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.
  3. Определяют площадь сечения сердечника тороидальной катушки

                                                                          Sрасч.=(Pг / 1,2) = 5,8 см2.

Pг Вт.  W1  W2  Sсм2  Δ А/мм2 η
до 10  41/S 38/S Pг 4,5 0,8
10-30  36/S 32/S Pг/1,1 4,0 0,9
30-50  33,3/S 29/S Pг/1,2 3,5 0,92
50-120  32/S 28/S Pг/1,25 3,0 0,95

Примечание. Рг, — габаритная мощность трансформатора, w1, — число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330,  w2— число витков на вольт для стали Э340, Э359, ЭЗ60, S — площадь сечения сердечника см2, Δ — допустимая плотность тока в обмотках, η — к. п. д. трансформатора.

расчет сердечника тороидального трансформатора

4. Подбирают размеры сердечника Dc, dc и hc

                                                                                  S = ((Dc —  dc) / 2) * hc

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ 50/80-40, площадь сечения которого равна 6 см2 (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие: dc ≥ d`c,то есть 5 ≥3,8.

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяют по формуле;

                                                            w= 33,3 / S = 33,3 / 6 = 5,55 витков / вольт.

7. Находят расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток W1-1 =w1* Uc = 5,55 * 220 = 1221 виток.  W1-2= w* Uc = 5,55*24 = 133 витка.

Так как в тороидальных трансформаторах магнитный поток рассеяния 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 обметки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

                                                                           W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков.

8. Определяют диаметры проводов обмоток d1 = 1,13 * √(I1 / Δ) , где I1 ток первичной обмотки трансформатора, определяемый иэ формулы:

                                                                       I1  = 1,1 * (Рг / Uc) = 1,1 * (48 / 220) = 0,24 а

                                                                          d1 =1,13 * √(0,24 / 3,5)  = 0,299 мм.

Выбирают ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0*31 мм)

                                                               d2 = 1,13 * √(I/ Δ) = 1,13 * √(1,8 / 3,5) = 0,8 мм.

Трансформаторы, рассчитанные с помощью приводимой таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали хорошие результаты.

Видео: Расчет тороидального трансформатора

Видео посвящено вопросу расчета тороидального трансформатора. При расчете используется классическая методика определения количества витков для первичной и вторичной катушек трансформатора.

Простой расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом: 4 комментария

  1. Аватар

    Правильно ли я понимаю, что в общем случае, чем больше площадь сечения сердечника магнитопровода, тем большей мощностью обладает трансформатор?

  2. Аватар

    На мощность тоже влияет.

    Вообще-то мощность трансформатора определяется только условиями охлаждения обмоток этого трансформатора. Чтобы улучшить охлаждение, увеличивают габариты трансформатора, в том числе и сечение. Так что сечение — это следствие, а не причина. То же самое можно сказать и про форму магнитопровода.

    Чтобы обмотки не грелись, как собаки, плотность тока в обмотках приходится держать на уровне 2 — 3 ампера на миллиметр квадратный. Стало быть, чем больше мощность, тем больше должно быть сечение обмоток по меди. А раз сечение меди должно быть больше, то больше должна быть площадь окна магнитопровода. А чем больше окно, тем больше должны быть габариты. Но нельзя сделать окно очень большим, а сечение магнитопровода оставить маленьким — возрастёт индуктивность рассеяния. Поэтому, сечение магнитопровода тоже приходится увеличивать.
    Короче говоря, расчёт трансформатора — это сплошной компромисс.
    А формулы рассчёта мощности по сечению магнитопровода — эмпирические и весьма приблизительные. И погрешность 100% для них — вполне нормально.
    У трансформатора с Ш-образным сердечником часть обмоток спрятана внутри. Поэтому он охлаждается хуже. У ТС-180 обмотки практически снаружи, и охлаждаются лучше.

  3. Аватар

    Следует учитывать и тот фактор, что при небольшом количестве витков, первичная обмотка будет нагреваться. Точно такая же ситуация возникает, когда мощность потребителей, включаемых во вторичную обмотку, превышает мощность, отдаваемую трансформатором. В результате перегрева снижается надежность устройства, иногда может произойти воспламенение трансформатора.

  4. Аватар

    Таблица, с помощью которой можно рассчитать тороидальный трансформатор, работающий при частоте сети 50 Гц. См. Статью выше…

    Условные обозначения в таблице соответствуют: Pг – габаритная мощность трансформатора; ω1 – количество витков на 1 вольт для стали Э310, Э320, Э330; ω2 – количество витков на 1 вольт для стали Э340, Э350, Э360; S – сечение сердечника; ∆ – значение допустимой плотности тока в обмотках; ŋ – КПД трансформатора.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

два × один =