Меня неоднократно спрашивали о том, как определить мощность 50Гц трансформатора не имеющего маркировки, попробую рассказать и показать на паре примеров.

Вообще способов определения мощности 50Гц трансформатора есть довольно много, я перечислю лишь некоторые из них.

1. Маркировка.
Иногда на трансформаторе можно найти явное указание мощности, но при этом данное указание может быть незаметно с первого взгляда.
Вариант конечно ну очень банальный, но следует сначала поискать.

2. Габаритная мощность сердечника.
Есть таблицы, по которым можно найти габаритную мощность определенных сердечников, но так как сердечники выпускались весьма разнообразных конфигураций размеров, а кроме того отличались по качеству изготовления, то таблица не всегда может быть корректна.
Да и найти их не всегда можно быстро. Впрочем косвенно можно использовать таблицы из описаний унифицированных трансформаторов.

3. Унифицированные трансформаторы.
Еще при союзе, да и впрочем после него, было произведено огромное количество унифицированных трансформаторов, их вы можете распознать по маркировке начинающейся на ТПП, ТН, ТА.
Если ТА распространены меньше, то ТПП и ТН встречаются весьма часто.

Например берем трансформатор ТПП270.

Находим описание маркировки данной серии и в описании находим наш трансформатор, там будет и напряжения, и токи и мощность.
В раздел документация я выложил это описание . Кстати там же можно посмотреть размеры сердечников трансформаторов и определить мощность по его габаритам, сравнив со своим. Если ваш трансформатор имеет немного больший размер, то вполне можно пересчитать, так как мощность трансформатора прямо пропорциональна его размеру.

На трансформаторе ТН61 маркировка почти не видна, но она есть:)

Для него есть отдельное описание, я его также у себя в блоге.

Иногда трансформатор имеет маркировку, но найти по ней что либо вразумительное невозможно, увы, таблицы для таких трансформаторов большая редкость.

4. Расчет мощности по диаметру провода.
Если никаких данных нет, то можно определить мощность исходя из диаметра проводов обмоток.
Можно измерить первичную обмотку, но иногда она бывает недоступна.

В таком случае измеряем диаметр провода вторичной обмотки.
В примере диаметр составляет 1.5мм.
Дальше все просто, сначала узнаем сечение провода.
1.5 делим на 2, получаем 0.75, это радиус.
0.75 умножаем на 0.75, а получившийся результат умножаем на 3.14 (число пи), получаем сечение провода = 1.76мм.кв

Значение плотности тока принято принимать равным 2.5 Ампера на 1мм.кв. В нашем случае 1.76 умножаем на 2.5 и получаем 4.4 Ампера.
Так как трансформатор рассчитан на выходное напряжение 12 Вольт, это мы знаем, а если не знаем, то можем измерить тестером, то 4.4 умножаем на 12, получаем 52.8 Ватта .
На бумажке указана мощность 60 Ватт, но сейчас часто мотают трансформаторы с заниженным сечением обмоток, потому по ольшому счету все сходится.

Иногда на трансформаторе бывает написано не только количество витков обмоток, а и диаметр провода. но к этому стоит относиться скептически, так как наклейки могут ошибаться.

В этом примере я сначала нашел доступный для измерения участок провода, немного поднял его так, чтобы можно было подлезть штангенциркулем.

А когда измерил, то выяснил что диаметр провода не 0.355, а 0.25мм.
Попробуем применить вариант расчета, который я приводил выше.
0.25/2=0.125
0.125х0.125х3.14=0.05мм.кв
0.05=2.5=0.122 Ампера
0.122х220 (напряжение обмотки) = 26.84 Ватта .

Кроме того вышеописанный способ отлично подходит в случаях, когда вторичных обмоток несколько и измерять каждую просто неудобно.

5. Метод обратного расчета.
В некоторых ситуациях можно использовать программу для расчета трансформаторов. В этих программах есть довольно большая база сердечников, а кроме того они могут считать произвольные конфигурации размеров исходя из того, что мы можем измерить.
Я использую программу Trans50Hz.

Сначала выбираем тип сердечника. в основном это варианты кольцевой, Ш-образный ленточный и Ш-образный из пластин.

Слева направо - Кольцевой, ШЛ, Ш.
В моем примере я буду измерять вариант ШЛ, но таким же способом можно выяснить мощность и других типов трансформаторов.

Шаг 1, измеряем ширину боковой части магнитопровода.

Заносим измеренное значение в программу.

Шаг 2, ширина магнитопровода.

Также заносим в программу.

Шаг 3, ширина окна.
Здесь есть два варианта. Если есть доступ к окну, то просто измеряем его.

Если доступа нет, то измеряем общий размер, затем вычитаем четырехкратное значение, полученное в шаге 1, а остаток делим на 2.
Пример - общая ширина 80мм, в шаге 1 было 10мм, значит из 80 вычитаем 40. Осталось еще 40, делим на 2 и получаем 20, это и есть ширина окна.

Вводим значение.

Шаг 4, длина окна.
По сути это длина каркаса под провод, часто его можно измерить без проблем.

Также вводим это значение.

После этого нажимаем на кнопку - Расчет.

И получаем сообщение об ошибке.

Дело в том, что в программе изначально были заданы значения для расчета мощного трансформатора.
Находим выделенный пункт и меняем его значение на такое, чтобы мощность (напряжение умноженное на ток) не превысило нашу ориентировочную габаритную мощность.
Можно туда вбить хоть 1 Вольт и 1 Ампер, это неважно, я выставил 5 Вольт.

Заново нажимаем на кнопку Расчет и получаем искомое, в данном случае программа посчитала, что мощность нашего магнитопровода составляет 27.88 Ватта. .
Полученные данные примерно сходятся с расчетом по диаметру провода, тогда я получил 26.84 Ватта, значит метод вполне работает.

5. Измерение максимальной температуры.
Обычные (железные) трансформаторы в работе не должны нагреваться выше 60 градусов, это можно использовать и в расчете мощности.
Но здесь есть исключения, например трансформатор блока бесперебойного питания может иметь большую мощность при скромных габаритах, это обусловлено тем, что работает он кратковременно и он раньше отключится, чем перегреется. Например в таком варианте его мощность может быть 600 Ватт, а при длительной работе всего 400.
Еще есть китайские производители, которые бывает используют в дешевых адаптерах трансформаторы "маломерки", которые греются как печки, это ненормально, часто реальная мощность трансформатора может быть в 1.2-1.5 раза меньше заявленной.

Чтобы измерить мощность вышеуказанным способом, берем любую нагрузку, лампочки, резисторы и т.п. Как вариант, можно использовать электронную нагрузку, но в этом случае подключаем ее через диодный мост с фильтрующим конденсатором.
Ждем примерно с час, если температура не превысила 60, то увеличиваем нагрузку. Дальше думаю процедура понятна.
Есть правда небольшая оговорка, температура трансформатора может заметно отличаться в зависимости от того, есть ли корпус и насколько он большой, но зато дает весьма точный результат. Единственный минус, тест очень долгий.

Подобные трансформаторы я использую в последние 10-15 лет крайне редко, потому они лежат где нибудь на дальних полках балкона и когда искал, наткнулся на весьма любопытные индикаторы, ИН-13. Покупал для индикатора уровня в усилитель, но так и забросил в итоге. Теперь вот нашел и думаю, что из них можно сделать, возможно у вас есть идеи и предложения. В случае интересной идеи, попробую сделать и показать процесс в виде обзора.

На этом все, а в качестве дополнения видео по определению габаритной мощности трансформатора.

Трансформаторы представляют собой электромагнитные приборы, предусматривающие две или более индукционно-связных обмоток и служащие для определения значения переменного тока (напряжения). В состав устройства входит магнитный сердечник с размещенными на нем обмотками. Однофазные агрегаты низкого напряжения используют для питания управляющих цепей.

Обмотка, подключенная к источнику напряжения, называется первичной, а те из них, к которым подсоединяются потребители тока, являются вторичными. Агрегаты делят в зависимости от результата работы.

Радиолюбители знают о такой ситуации, когда необходимо сделать трансформатор, имеющий показатели силы тока и напряжения, отличные от стандартных показателей. Иногда удается найти готовый прибор с нужными параметрами обмоток, но чаще трансформатор приходится изготавливать собственными силами .

Возникает необходимость расчета трансформатора, который в промышленной ситуации представляет собой сложный процесс, но радиолюбители могут рассчитывать свои агрегаты по сравнительно упрощенной схеме:

Сначала определяются со значениями параметров на выходе будущего прибора. Выбирают оптимальный показатель номинальной мощности, который рассчитывается суммированием мощностей всех обмоток вторичного порядка. Этот показатель на каждой обмотке определяется умножением напряжения в вольтах и выходного тока в амперах .

Номинальная мощность позволит высчитать сечение сердечника, полученное в квадратных сантиметрах. На выбор сердечника влияет ширина его центральной пластины и толщина наборного слоя. Чтобы определить сечение сердечника умножают эти два параметра. Мощность изменяется по мере поступления тока из первичной обмотки во вторичную. Это происходит благодаря магнитному потоку в сердечнике, поэтому от показателя мощности напрямую зависит размер площади сердечника.

Оптимальным типом является броневой сердечник . Если взять для сравнения торроидальный или стержневой тип, то на изготовление броневого потребуется в полтора раза меньше провода для устройства обмотки. Тороидальная конструкция состоит из кольца, на котором располагаются обмотки, такой тип имеет наименьшее из всех магнитное излучение.

Стержневая конструкция предполагает наличие двух катушек с намоткой провода на каждой. Обмотки разделяются на два и соединяются последовательно. Трудности возникают с определением направления обмотки, стержневые типы сердечников обычно применяют для мощных трансформаторов. Броневая конструкция сердечника применяется для малых и средних трансформаторов и состоит из одной катушки с удобным расположением намотки.

Для проверки, поместятся ли все обмотки на выбранном агрегате, используется коэффициент заполнения окна . Чтобы его проверить, рассчитывают площадь окна в сердечнике. После этого находят коэффициент, показывающий количество витков, которые нужно намотать для поднятия напряжения до размера на обмотке в 1 вольт.

Количество витков рассчитывается по потребности в одном витке обмотки на 50 см2. Если измерить площадь сердечника, то число витков считается делением полученной площади на 50. Например, если площадь сечения равна 100 см, то нужно выполнить два витка обмотки на 1 вольт.

Расчет общего числа витков провода делается умножением полученного количества на 1 вольт на общее напряжение. Например, 2 витка умножить на 220, получим 440 витков в одной обмотке. В нагруженном режиме работы трансформатора может теряться часть напряжения на преодоление сопротивления вторичных обмоток. Рекомендуется количество витков определять на 5-9% больше полученного при расчете.

Умножают показатель обмоточного напряжения на полученный коэффициент, такой расчет идентичен для всех обмоток трансформатора. Показатель рабочего тока рассчитывается из параметров напряжения в сети и мощности трансформатора. Полученное рабочее значение тока переводится в миллиамперы и производится расчет диаметра провода.

Использование таблицы

Для выбора оптимального показателя количества проводов используют специальные таблицы, которые показывают, как заменяется полученный диаметр провода вместо одного на два или несколько идентичных по показателям совместной работы.

Например, полученное значение в расчете составляет 0,52мм, следовательно, по таблице определяют, что такой показатель можно поменять на два провода по 0,32мм или взять три провода по 0,28 мм . Значит, диаметр провода может состоять из нескольких диаметров, суммарное значение которых должно быть не ниже, чем полученное в расчете.

Проверка правильности выбора

Напоследок проверяют оконный коэффициент заполнения. Он не должен быть выше показания 0,5 с учетом изоляции провода. Если его значение получается больше, тогда нужно брать большее сечение сердечника и весь расчет производится заново.

Принцип расчета трансформатора онлайн

Такой расчет позволяет очень оперативно менять параметры , при этом сокращается время на разработку емкости трансформатора. В разные по цвету поля вводятся исходные показатели и данные из автоматических таблиц. Можно корректировать данные, вводя собственные показатели. Калькулятор позволит произвести расчет требуемой площади провода и количества витков в каждой из обмоток.

Данные для ввода в поле автоматического калькулятора

Перед тем как производить автоматический расчет трансформатора онлайн, следует определить показатели для ввода:

• напряжение в первичной обмотке, обычно подставляют значение 220 в;
• выходное напряжение вторичной обмотки в вольтах (подставляет данные из своего требования);
• выходной ток вторичной обмотки в амперах (вводим собственное значение);
• параметры внешнего и внутреннего диаметра сердечника (ставим свое значение);
• указываем высоту сердечника по собственным параметрам.

Расчет трансформатора по выбранным из источников формулам производится достаточно медленно, существует опасность допустить ошибки. Расчет онлайн позволит выполнить конструирование быстро и результативно. Такой удобный расчет подойдет для новичков-радиолюбителей, с не меньшим успехом им могут воспользоваться и профессионалы. Самый быстрый способ произвести расчет – ввести все данные и нажать кнопку .

Наиболее ответственной и дорогой деталью силового блока радиоустройства, питающегося от сети переменного тока, является силовой трансформатор. Один из примеров принципиальной схемы трансформатора приведён на рис. 1. Трансформатор имеет сердечник, собранный из тонких пластин трансформаторной стали. Обмотки трансформатора выполняются из медного изолированного провода на прессшпановом каркасе.

Сердечники трансформатора собираются из пластин двух типов: Г-образных и Ш-образных. Типом пластин определяется и конструкция трансформаторов, которые показаны на рис. 2.

На стержневом сердечнике (Г-образные пластины) обмотки трансформатора размещаются равномерно на обоих стержнях (рис. 2, а), например на одном стержне размещаются первичная (сетевая) обмотка и понижающая для накала ламп, а на другом - вторичная повышающая (высоковольтная) обмотка. При этом типе пластин обмотки иногда размещаются и на одном стержне сердечника.

На броневом сердечнике (Ш-образные пластины) все обмотки помещаются на его среднем стержне (рис. 2, б).

Если мы подключим первичную обмотку I трансформатора к источнику переменного тока (рис. 3), по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике переменный магнитный поток. Так как на втором стержне трансформатора расположена вторичная обмотка II, переменный магнитный поток будет пересекать витки вторичной обмотки, вследствие чего в ней (по закону электромагнитной индукции) будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Если параллельно вторичной обмотке включить прибор (вольтметр), он покажет величину индуктированного напряжения.

Для того чтобы понизить напряжение электросети, вторичная обмотка должна иметь меньшее количество витков, чем сетевая, а для повышения напряжения - большее по сравнению с первичной (сетевой) обмоткой.

Для питания радиоаппаратуры требуются различные напряжения: высокое (с последующим выпрямлением) для питания анодных цепей и цепей экранных сеток ламп и два низких - для питания цепей накала ламп и отдельно для накала кенотрона, если он применяется в выпрямителе (исключение составляет только кенотрон 6Ц5С, нить накала которого можно питать от общей обмотки накала).

Вследствие потерь в сердечнике и обмотках от вторичной обмотки трансформатора никогда нельзя получить ту же мощность, какая была подведена к первичной обмотке. Отсюда существует понятие о КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора. Самодельные трансформаторы, рассчитанные по упрощенным формулам к выполненные на обычной трансформаторной стали, имеют КПД обычно ее выше 70-80%.

Предположим, что трансформатор должен обеспечить питанием усилитель или приёмник, потребляющий по анодным цепям ток 100 мА при напряжении 250 В и по цепи накала ток 2 А при напряжении 6,3 В. Для выпрямления переменного тока берем кенотрон 5Ц4С, для накала нити которого требуется ток 2 а при напряжении 5 В (для определения токов, потребляемых электродами той или иной лампы, следует пользоваться их справочными данными).

Таким образом, с большим приближением (без учета падения напряжения на внутреннем сопротивлении кенотрона и дросселе фильтра) вторичная обмотка должна быть рассчитана на напряжение 250 В и силу тока 100 мА (0,1 А), обмотка накала ламп на напряжение 6,3 В и силу тока 2 А, а обмотка накала кенотрона на 5 В и ток 2 А. Подсчитываем их мощность по формуле

где U в вольтах, а I в амперах. Следовательно, P1=250*0,1=25 Вт, Р2=5*2=10 Вт, Р3=6,3*2=12,6 Вт.

P сб = P1 + P2 + P3 ... Вт (2)

Мощность во всех трех вторичных обмотках будет равна

Р сб = 25 + 10+ 12,6 = 47,6 Вт.

Если принять КПД трансформатора, изготовленного в любительских условиях, не выше 80%, потребляемую от сети мощность можно подсчитать по формуле

Р пер = 1,2*Р сб. (3)

В нашем случае мощность, потребляемая от сети, будет равна

Р пр = 1,2*47,6 = 57,12 Вт.

Следующий этап расчёта - определение сечения сердечника, т, е площади сердечника в квадратных сантиметрах - Q см 2 . Рассчитывается она по формуле

Qсм 2 = 1,2*P пер 0,5 = см 2 . (4)

Так как сердечник собирается из тонких пластин, изолированных друг от друга, в формулу введён коэффициент 1,2, учитывающий заполнение сердечника. Таким образом, сечение сердечника нашего трансформатора будет равно

Q см 2 = 1*2 57,12 0,5 = 9,07 см 2

(считаем округленно 9,0 см 2).

После этого нужно определить ширину пластин среднего стержня (если пластины Ш-образные) и толщину набора в см. Перемножив эти величины, получим площадь сечения стержня. Так как расчет всех геометрических размеров сердечника (площадь окна, толщина набора и ширина пластин) для начинающего радиолюбителя - дело довольно сложное, можно просто считать отношение ширины пластин стержня к толщине набора равным от 1 до 2.

Таблица 1

При таком соотношении можно быть уверенным, что полученное из дальнейшего расчёта количество витков уложится в окно сердечника. Из приведенных в табл. 1 данных выбираем пластины Ш-25, при которых толщина набора получится 3,6 см, а отношение сторон будет равно 1,44, так как 9 см 2: 2,5 см = 3,6 см, а 3,6:2,5 = 1,44.

n0 = (45 - 60)/Q = витков, (5)

где Q - сечение сердечника в см 2 . Если имеются пластины из трансформаторной стали хорошего качества, в числитель следует подставлять число 45, если сталь плохая - 60. При расчете считаем, что сердечник взят от заводского трансформатора, тогда число витков на один вольт будет равно

Дальнейший расчёт обмоток уже не представляет никакой сложности, следует только перемножить количество витков, приходящееся на один вольт, на заданное напряжение той или иной обмотки. Первичная обмотка для включения в сеть с напряжением 127 В должна иметь П1 = 127х5 = 635 витков, повышающая на 250 В - П2 = 250х5 = 1250 витков, для накала кенотрона 5 В - П3 = 5х5 = 25 витков и для накала ламп 6,3 В - П4 = 6,3х5 = 31,5 витка (округляем до 32 витков).

Последний этап расчёта обмоток - определение диаметра обмоточного провода по формуле, предусматривающей длительную, беспрерывную нагрузку трансформатора, при которой плотность (сила) тока на один квадратный миллиметр сечения провода берётся не более двух ампер,

d = 0,8*I 0,5 = мм, (6)

где d - диаметр провода в миллиметрах, I - сила тока в амперах.

В нашем случае d2 = 0,8*0,1 0,5 = 0,8х0,316 = 0,25 мм; d3 = d = 0,8*2 0,5 = 8х1,41= 1,1 мм (округлённо).

I1 = 57,12/127 = 0,45 А (округлённо),

отсюда d1= 0,8*0,45 0,5 = 0,54 мм, или, округлённо, 0,55 мм.

Для большей уверенности можно проверить, уложатся ли обмотки в окне выбранного нами сердечника. Делается это так. Из табл. 1 видно, что длина окна пластины сердечника равна 6 см, а ширина 2,5 см, но так как обмотки наматываются на каркас, который в окне занимает много места, указанные размеры следует уменьшить на толщину щёк каркаса и толщину гильзы. В результате длина окна получится примерно 5,2 см, а ширина 2,2 см. По табл. 2 находим, что провода обмоток в эмалевой изоляции будут иметь следующие внешние диаметры: d1 = 0,59 мм, d2 = 0,27 мм, d3 = d4 = 1,15 мм.

Таблица 2

Таким образом, в одном слое из провода диаметром 0,59 уложится 52/0,59 = 88 витков, а число слоев этой обмотки будет равно

685/88 = 7 (округлённо). По ширине окна слои займут 7x0,59 = 4,2 мм, или 0,42 см.

Для провода диаметром 0,27 (с изоляцией) число витков в слое будет 2/0,27 = 192. Соответственно получим количество слоев 6,5, считаем с запасом семь слоев. Они займут по ширине окна 2 мм, или 0,2 см.

Количество витков в слое провода диаметром 1,15 равно 52/1,15 = 45. Таким образом, обмотки накала уложатся в два слоя, что займёт по ширине окна 2,3 мм, или 0,23 см.

Сложив полученные величины 0,42+0,2+0,23, получим, что все обмотки по ширине окна займут 0,85 см.

В своём расчете мы не предусмотрели, что много места займут выводные концы обмоток, прокладки между слоями из папиросной или конденсаторной бумаги и прокладки между обмотками из лакоткани или нескольких слоев кабельной бумаги.

Следует учесть, что начинающие радиолюбители не смогут сразу плотно и аккуратно, виток к витку, наматывать обмотки. Поэтому мы примем, что обмотки в окне займут не 0,85 см, а 1 см. Если же при подсчете окажется, что обмотки в окне не уместятся, тогда следует взять пластины большего размера или увеличить толщину пакета пластин. Таким образом, можно будет уменьшить число витков обмоток на одни вольт.

Для изготовления трансформатора необходимы также прессшпан, фибра или гетинакс толщиной 1,5-2 мм. Для изоляции обмоток друг от друга и между слоями обмоток понадобится лакоткань, кабельная или, в крайнем случае, обычная писчая бумага. Лакоткань, обладающая высокими изоляционными свойствами, можно заменить несколькими слоями чертежной кальки.

Изготовление катушки трансформатора начинается с изготовления деревянной болванки для каркаса, стороны которой должны быть несколько больше (на 0,5 мм) сторон стержня сердечника, а её длина на 1,5-2 см больше длины стержня трансформатора.

В центр деревянной болванки нужно вбить гвоздь без шляпки, как показано на рис. 4.

После этого приступают к изготовлению каркаса из прессшпана или гетинакса указанной толщины, на котором делается разметка сторон гильзы и щёк каркаса, как показано на рис. 5. Длина каркаса должна быть несколько меньше длины стержня (на 1-2 мм).

Несмотря на то что такой каркас изготовляется без клея, он при аккуратном выполнении обладает большой прочностью. Собранный каркас (рис. 5) надевается на болванку, и в том случае, если он держится на ней неплотно, между каркасом и болванкой следует проложить полоску картона или обвернуть болванку несколькими слоями бумаги.

Если у радиолюбителя имеются дрель и тиски, намотка катушки трансформатора не представляет больших трудностей. В тисках нужно зажать в горизонтальном положении дрель, в патрон которой зажать гвоздь болванки. При вращении дрели гильза ни в коем случае не должна бить вследствие перекосов или эксцентриситета, так как витки будут ложиться неправильно, что затруднит процесс намотки, ухудшит её качество, вследствие чего обмотка займёт значительно больше места. После того как каркас укреплён в патроне дрели, следует заготовить полоски из бумаги, лакоткани или другого изоляционного материала, ширина которых должна быть на 4-5 мм больше расстояния между щеками гильзы.

Выводы обмоток (за исключением обмоток накала) ни в коем случае нельзя делать той же проволокой, а многожильным, хорошо изолированным проводом длиной 10-12 см, к которому припаивается намоточный провод. Место спайки нужно хорошо изолировать путем обвертывания его кусочком лакоткани, укрепить катушку с проволокой, как показано на рис. 6, и приступить к намотке.

При намотке рекомендуется вращать рукоятку дрели правой рукой, а локоть левой руки класть на стол так, чтобы пальцы, держащие провод, находились на расстоянии 20-30 см перед каркасом. Таким способом легче производить намотку виток к витку (витки реже, сбиваются).

Если радиолюбитель не располагает счетчиком, то после намотки каждого слоя следует сосчитать количество витков в слое и записать результат.

Считать витки можно и так. Сначала определить, сколько оборотов делает патрон дрели за один оборот рукоятки, и записывать число сделанных оборотов, предварительно умножив на полученное отношение. Например: за один оборот рукоятки дрели патрон делает 3,8 оборота, следовательно, за 100 оборотов, сделанных рукой во время намотки, будет намотано 380 витков.

Каждый слой наматываемой обмотки следует прокладывать заготовленной полоской бумаги и внимательно следить, чтобы последние витки каждого слоя не проваливались между щекой в нижний слой, так как в этом месте возможен пробой изоляции между слоями, который можно объяснить следующим. В нашем расчёте получилось, что на один вольт приходится 5 витков, а в двух слоях высоковольтной обмотки укладывается 192х2 = 384 витка, следовательно, эффективное напряжение, действующее между двумя слоями, будет равно 386/5, или 77 В, а амплитудное напряжение - 108 В, что при нагреве обмоток может привести к пробою изоляции.

Перед тем как приступить к намотке вторичных обмоток, в первую очередь высоковольтной, поверх первичной обмотки следует положить два слоя лакоткани или два-три слоя кабельной бумаги. Все обмотки должны быть хорошо изолированы друг от друга.

Выводные концы обмоток следует располагать на какой-либо одной стороне щёк катушки, в противном случае их легко попортить при набивке катушки, особенно если пластины изготовлены с просечкой, как показано на рис. 7. Для набивки стальными пластинами катушку кладут на стол, после чего одну половину пластин располагают с правой стороны катушки, а другую с левой. Набивка производится вперекрышку, т. е. одна пластина вдвигается в катушку с правой стороны, а другая с левой. Обычно готовые пластины с одной стороны бывают покрыты лаком, поэтому при набивке катушки нужно следить, чтобы лакированные стороны пластин были всегда обращены вверх или вниз. Набивку пластин нужно производить с максимальной плотностью, для чего перед окончанием набивки сердечник следует спрессовать путём сжатия его в тисках и тогда можно будет вставить еще большее количество пластин.

Собранный сердечник трансформатора следует со всех сторон подбить молотком, чтобы все пластины улеглись в ровную стопку, а после этого стянуть сердечник шпильками.

Изготовленный трансформатор следует испытать, включив его в электросеть. Если по истечении одного-двух часов обмотки не нагреются, значит трансформатор рассчитан и сделан правильно.

Нагрев обмотки может объясняться наличием замкнутых витков (неаккуратная намотка). Перед тем как трансформатор включить, необходимо проверить, чтобы выводные концы обмотки случайно не замкнулись между собой. Дребезжание пластин сердечника указывает на неплотную сборку. В этом случае нужно вставить сердечник ещё несколько штук пластин и сильнее затянуть тайки на шпильках. Если радиолюбитель располагает вольтметром переменного тока или авометром, следует проверить напряжения на всех вторичных обмотках.

Расчет силового трансформатора

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы. Это означает, что мощность потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больший ток, а второго маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника. Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах. Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки количеству витков первичной. Это отношение и называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя. Эта характеристика называется количеством витков на один вольт..

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети. КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять. Они и будут являться исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками. Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов. Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору. Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой из вторичных обмоток и сложить их, учитывая также КПД трансформатора. Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

P– мощность, потребляемая от обмотки, Вт;

U– эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I– эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

P S =U 1 I 1 +U 2 I 2 +U 3 I 3

Для определения габаритной мощности трансформатора, полученное значение суммарной мощности P S нужно разделить на КПД трансформатора:P г = , где

P г – габаритная мощность трансформатора; η – КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали). И те и другие параметры становятся известными только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Наиболее распространены две формы сердечника: О – образная и Ш – образная. На сердечнике О – образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш – образной формы - одна. Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с. Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника. Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле: a= 0,8

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а. после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле: n=k/S, гдеN– количество витков на 1 В;k– коэффициент, определяемый свойствами сердечника;S- сечение рабочего керна сердечника, см 2 .

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако произвольно выбирать коэффициентkнельзя. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник. Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно братьk= 35. Если используется сердечник О - образной формы, собранный из П- или Г – образных пластин без отверстий по углам, берутk= 40. Такое же значениеkи для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна.. Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины крайних кернов, целесообразно взятьk= 45, а если Ш – образные пластины имеют отверстия, тоk= 50. Таки образом, выборkв значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшениеkоблегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора. При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножим эти величины: W=Un

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки: W=mUn

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно приниматьm= 1. Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора определяется силой тока, протекающей по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу. От толщины провода зависит сопротивление обмотки. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая в ней мощность и она сильнее нагревается. Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:d=p, гдеd– диаметр провода по меди, м;I- сила тока в обмотке, А;p- коэффициент, (таблица 6.3) который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода.

Таблица 6.2: Определение коэффициента m

Таблица 6.3: Выбор диаметра провода.

Выбрав коэффициент pможно определить диаметр провода каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного.

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В,I 1 = 1,5 А;U 2 = 12 В,I 2 = 0,3 А;U 3 = 120 В,I 3 = 59 мА

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором . Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания , начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (I н на напряжение питания прибора (U н ). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

P=U н * I н

Где U н – напряжение в вольтах; I н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД ). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным , но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см .) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.

Где S - площадь сечения магнитопровода; P тр - мощность трансформатора; 1,3 - усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов - «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.