Расчет_потерь_в_силовых_трансформаторах_калькулятор

Быстрый расчет тороидального силового трансформатора

Упрощенный расчет тороидальных силовых трансформаторов

Быстро и с достаточно высокой точностью можно рассчитать силовой трансформатор на тороидальном сердечнике по следующей методике.

Cуммарная мощность (P) определяется как сумма мощностей всех вторичных обмоток трансформатора, деленная на КПД(коэффициент полезного действия) тороидального трансформатора, который определяется по таблице 1.

Коэффициент сечения (j)

Формула для определения габаритной мощности (Pг) имеет следующий вид:

Высчитывается площадь сечения сердечника тороидального трансформатора по формуле:

Где j – поправочный коэффициент сечения, определяемый из таблицы 1.

По полученному значению (Sр) выбирается самый подходящий по размерам тороидальный сердечник из таблицы 1 в разделе «Тороидальные магнитопроводы». Причем тороидальный сердечник выбирается таким образом, чтобы внутренний диаметр сердечника был больше или равнялся расчетной величине dr.

Далее по таблице 2 выбирается значение коэффициента g, который будет использован для расчета количества витков на вольт. В таблице 2, приведены значения коэффициента g в зависимости от применяемой в сердечнике стали и от габаритной мощности трансформатора.

Источник

Разновидность устройств

Выделяют несколько видов трансформаторов, которые делятся по исполнению и назначению:

Автотрансформаторы

В подобных устройствах имеется несколько выводов с одной обмотки, получая при этом различное напряжение. Преимуществом является наименьшая стоимость из-за маленького расхода провода для обмоток, стали для магнитопровода, в результате меньший вес по сравнению с другими типами трансформаторных устройств.

Силовые

Наиболее популярная разновидность промышленных трансформаторов, применяемых в линиях электропередач для повышения или понижения напряжения.

Импульсные

Предназначаются для изменения импульсного сигнала незначительного по продолжительности (до десятка микросекунд) с допущением минимального отклонения формы импульса.

Разделительные

Предназначается для безопасной подачи к потребителям сетевого питания и устранения перепадов напряжения в сети.

Трансформатор тока

Выносной вариант трансформаторов тока, который может быть различных размеров и с разными эксплуатационными показателями. Предназначены для измерения и контроля, а также защиты приборов.

Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.

Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Группы и схемы соединения обмоток

Трансформаторные приборы подразделяются на группы соединения обмоток. Выбор схемы соединения обмоток зависит от условий работы устройства.

На схемах трансформатор изображается в виде нескольких катушек, между которыми проводится линия.

Катушкой Ⅰ обозначается первичная обмотка, к которой подводится напряжение для осуществления его повышения или понижения. На вторичных обмотках (Ⅱ и Ⅲ) показывается, где снимается пониженный или повышенный уровень напряжения. Таким образом, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальной линией между обмотками обозначается магнитный сердечник – магнитопровод.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираются по номинальному напряжению, номинальному первичному току и проверяются по электродинамической и термической стойкости к токам короткого замыкания. Особенностью выбора трансформаторов тока является выбор по классу точности и проверка на допустимую нагрузку вторичной цепи.

Классы точности трансформаторов тока

• Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся денежные расчеты, должны иметь класс точности 0,5.
• Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1;
• Для включения указывающих электроизмерительных приборов — не ниже 3;
• Для релейной защиты — класса 10(Р).

Чтобы погрешность трансформатора тока не превысила допустимую для данного класса точности, вторичная нагрузка Z2 не должна превышать номинальную нагрузку Z2ном, задаваемую в каталогах.

Индуктивное сопротивление таковых цепей невелико, поэтому принимают Z2р = г2р. Вторичная нагрузка г2 состоит из сопротивления приборов г приб, соединительных проводов гпр и переходного сопротивления контактов гк:

Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансформаторов тока, необходимо составить таблицу — перечень электроизмерительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении.

Суммарное сопротивление приборов, Ом, рассчитывается посуммарной мощности:

В РУ 6—10 кВ применяются трансформаторы с /2ном = 5А; в РУ 110 — 220 кВ — 1 или 5 А. Сопротивление контактов ГК принимают 0,05 Ом при двухтрех приборах и 0,10 — при большем количестве приборов. Сопротивление проводов рассчитывается по их сечению и длине. Для алюминиевых проводов минимальное сечение — 4 мм2; для медных — 2,5 мм2.

Расчетная длина провода зависит от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформатора до приборов:

• при включении трансформаторов тока в неполную звезду;
• 21 — при включении всех приборов в одну фазу;
• l — при включении трансформаторов тока в полную звезду.

При этом длина l может быть принята ориентировочно для РУ 6—10 к В:

• при установке приборов в шкафах КРУ / = 4… 6 м;
• на щите управления /= 30…40 м;
• для РУ 35 кВ / = 45…60 м;
• для РУ ПО — 220 кВ/ = 65…80 м.

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи трансформаторов тока окажется больше ZHOU для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи:

где р — удельное сопротивление.
Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабелей: 2,5; 4; 6; 10 мм2.

Условия выбора трансформатора тока приведены в табл. 7.5. Дополнительно могут быть заданы: КТН = 1т.тн/УР21ном — кратность тока динамической стойкости трансформатора тока; КТ = /Т//|„ОМ — кратность тока термической стойкости; /i„OM — номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.