Намотка ш образного трансформатора

Силовые трансформаторы применяются почти в каждой радиолюбительской конструкции, которая питается от сети. Обычно радиолюбители не покупают готовые трансформаторы, а мотают их сами, используя подходящий магнитопровод. В основном применяют Ш-образное железо. Первичную и вторичную обмотки наматывают друг на друга, или рядом друг с другом. Размеры пластин трансформаторов стандартные, а толщина пакета выбирается в зависимости от нужной мощности. Главной величиной здесь является площадь сечения среднего плеча магнитопровода Q , на котором находится катушка, и которая равна Q=ac .

Рассмотрим расчет силовых трансформаторов работающих от сети U1=220 В и мощностью до 200 Вт. Для быстрого расчета силового трансформатора с Ш-образными пластинами приводится таблица1. В ней, по величине нужной мощности во вторичной обмотке Р2=U2I2 , определяем сечение магнитопровода Q , количество витков W1 в первичной обмотке и диаметр ее провода d1 , а так же число витков вторичной обмотки для получении на ней напряжения в один вольт ( w в/в ). Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, тогда общая вторичная мощность равна сумме мощностей всех обмоток P2=p1+p2+. =u1·i1+u2·i2. . Приведем пример расчета силового трансформатора по таблице1. Допустим, надо рассчитать трансформатор с такими данными: U1=220В, U2=12B, I2=0,3A. Определим мощность на вторичной обмотке : P2=U2I2 =12·0,3=3,6 Вт. Округляем значение мощности Р2≈4 Вт. В таблице находим следующие величины: Q=3,0 см 2 , W1= 3300 витков, d1=0,12 мм, число витков на 1вольт wв/в=15. Количество витков во вторичной обмотке находим по формуле: W2=1,1·U2·wв/в =1,1·12·15=198 витков. Чтобы определить диаметр провода в этой обмотке применяем формулу: d2=0,025·√I2 =0,025·√300=0,43 мм, где ток I2 подставляем в мА.

Если нет микрометра, чтобы измерить диаметр медного эмалированного провода, воспользуйтесь полезным советом п.5. Для определения диаметра провода без эмалевой изоляции необходима корректировка согласно таблицы 2. Нужно из величины диаметра провода с изоляцией вычесть коррекцию — толщину изоляции. Допустим, толщина провода с изоляцией равна 0,26 мм. Вычитаем коррекцию 0,26-0,02=0,24 мм и получаем диаметр чистого провода.

Настоящая статья является продолжением статей:

Намотку обмоток каркаса трансформатора на Ш-образном сердечнике, нужно производить на намоточном станке, оборудованном счетчиком оборотов и специальным приспособлением для крепления каркаса и бабины с проводом. Но, как правило, под рукой такого станка нет.

Используем для намотки обычную ручную дрель. Перед намоткой нужно снять и одеть каркас на оправку несколько раз, чтобы каркас свободнее сидел на оправке. Далее вновь одеваем каркас на оправку, подкрепляем его двумя фанерными дощечками(дощечки нужны для того, чтобы щечки каркаса при намотке провода не распирало в стороны), стягиваем болтом или шпилькой и закрепляем в патроне ручной дрели. Дрель нужно закрепить в настольные тиски.

Нужно рассчитать передаточное число оборотов патрона и ручки дрели. Для этого посчитаем количество оборотов патрона дрели на один оборот ручки. Или, если есть возможность, посчитать количество зубьев на обоих шестернях. Соотношение их количества и даст коэффициент пересчета n .

Например: количество зубьев на шестерне ручки 35 шт ., количество зубьев на патроне – 7 шт ., тогда коэффициент n = 35 / 7 = 5. При одном обороте ручки дрели на каркас наматывается 5 витков провода.

При намотке каркаса трансформатора на Ш-образном сердечнике, нужно считать не количество оборотов патрона, а количество оборотов ручки дрели, что значительно проще и удобнее. Определим количество оборотов ручки для сетевой первичной обмотки. K = 1050/5 = 210 оборотов. Чтоб намотать первичную обмотку нужно сделать 210 оборотов ручки дрели.

Один практический совет: чтоб не сбиться со счета числа оборотов при намотке катушки, после каждых 10 оборотов ручки дрели, где нибудь на бумаге нужно делать отметку — галочку. Отсчитал количество галочек равное 21 — вот и готова первичная обмотка.

В щечке каркаса необходимо сделать отверстие для выхода провода. Отверстие делается шилом в щечке, которая выходит наружу трансформатора. Эмалированный провод обмотки с помощью пайки соединяется с многожильным проводом. Место соединения прикрывается кусочком плотной бумаги как на рисунке…

Намотку катушек трансформатора на Ш-образном сердечнике, лучше всего (очень рекомендую) проводить виток к витку, прокладывая между слоями конденсаторную бумагу, для изоляции между слоями.

Ширина конденсаторной бумаги на 4-5 мм должна быть шире, чем расстояние между щечками каркаса и иметь надрезы по всей длине, как на рисунке…. Причина увеличения ширины бумаги такова: при намотке витки провода прижимают бумагу, она деформируется и сужается в размере. Оголяются витки нижнего слоя, возможен межвитковый пробой между слоями.

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://oldoctober.com/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

H – высота кольца.

В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита
6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Трансформаторы

Схема трансформатора питания

Трансформаторы питания обычно расчитывают на работу от электросетей с двумя стандартными номинальными напряжениями: 127 и 220в. Сетевую обмотку принято называть первичной, а питающую вторичной.

Экранирующая обмотка Для ослабления помех, которые могут проникать из электросети через ёмкость между первичной и вторичными обмотками трансформатора в питаемое им устройство, между этими обмотками обычно делают экран (экранирующую обмотку)в виде слоя изолированного провода. Один из концов экранирующей обмотки присоединяют к корпусу питаемого устройства, а другой остаётся свободным. Роль экрана может выполнять обмотка накала ламп, если её намотать непосредственно поверх первичной обмотки.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор — это трансформатор, одна из обмоток которого составляет часть другой его обмотки. В автотрансформаторах питания ламповых приёмников и телевизоров первичная обмотка представляет собой часть обмотки, с которой напряжение подаётся на вентили (случай когда напряжение должно быть больше напряжения электросети) , или, наоборот, она представляет собой часть первичной обмотки (когда напряжение, подаваемое на вентили, должно быть меньше напряжения электросети). В первом случае автотрансформатор называют повышающим, а во втором понижающим. По своей эл. схеме автотрансформатор подобен дросселю с одним или несколькими отводами.

В повышающем автотрансформаторе напряжение электросети подаётся на часть витков обмотки и снимается на вентили с конца обмотки. В понижающем автотрансформаторе напряжение подаётся на концы обмотки, а снимается с её части. Обмотки накала в автотрансформаторе выполняются обычно изолированными от обмотки, соединяемой с электросетью.

Применение автотрансформаторов Автотрансформатор выпрямителя должен быть повышающим, если на выходе фильтра выпрямителя нужно получить постоянное напряжение, превышающее напряжение сети в 1,1 или большое число раз в случае применения однополупериодной или мостовой схемы с селеновыми вентилями; в 1,25 или большее число раз в случае такой же схемы, но с германиевыми или кремниевыми вентилями; в 2,2 или большее число раз в случае применения схемы удвоения напряжения с селеновыми вентилями. в 2,5 или большее число раз в случае применения схемы удвоения напряжения с германиевыми или кремниевыми вентилями. *При необходимости иметь меньшие выпрямленные напряжения (при использовании в выпрямителях тех же схем) автотрансформаторы должны быть понижающими.

Преимущество автотрансформаторов Преимущество автотрансформатора перед трансформатором в том, что размеры и вес магнитопровода автотрансформатора и общее число витков его обмоток меньше, чем у трансформатора, а к. п.д. значительно выше. Если напряжение, снимаемое с общей обмотки автотрансформатора, отличается от напряжения сети не более, чем на 25%, а мощность, поступающая на нагрузку, более 50-70 Вт, то к. п.д. автотрансформатора практически можно считать близким к единице.

Основной недостаток автотрансформатора Основной недостаток автотрансформатора заключается в том, что устройство, питающееся от него, оказывается соединённым с электросетью. Поэтому ни одну из точек схемы устройства заземлять нельзя! Несоблюдение этого условия может привести к повреждению питаемого устройства током, проходящим из электросети в землю или к короткому замыканию электросети.

Магнитопроводы

Материал для магнитопроводов: Магнитопроводы(сердечники) которые имеют трансформаторы, автотрансформаторы и дроссели изготавливают из специальной листовой или ленточной электротехнической стали толщиной 0,35-0,5мм. Эти стали содержат несколько процентов кремния и до 1% углерода. Кремний служит для увеличения удельного сопротивления стали, что снижает потери на вихревые токи и на гистерезис и тем самым увеличивает к. п.д. тр-ра. Применяемые марки стали Э31, Э32, Э41, Э42,Э310,Э320, Э330. Где первая цифра указывает средний процент содержания в ней кремния, вторая харектиризует электромагнитные свойства стали: 1-сталь с относительно большими потерями при частоте 50 Гц 2-сталь с пониженными потерями 3-с совсем малыми потерями 4-с «нормальными» потерями при повышенной частоте (400Гц). Третья цифра марки стали»0″ указывает на технологическую особенность её производства-холоднооткатная (текстурованная) сталь.

Виды магнитопроводов Броневые из Ш-образных пластин: Обозначение броневого магнитопровода из Ш-образнах пластин состоит из обозначения типа этих пластин, знака умножения и числа, выражающего толщину магнитопровода в миллиметрах. Так, например, магнитопровод из пластин типов Ш-25 и Я-25, имеющий толщину 40мм, обозначают Ш25х40.

таблица 1

тип магнито-

плотность	мощность	витков	витков
провода	тока	на вольт	на вольт
(сердечника)	в обмотке
а, мм х b, мм	А, мм	Н, мм	с, мм	h, мм	J, А/мм2	Р, В*А	Nперв.	Nвтор.
Ш 3 х 4	12	10,5	3	7,5
Ш 3 х 6,3	12	10,5	3	7,5
Ш 4 х 5	16	14	4	10
Ш 4 х 8	16	14	4	10
Ш 5 х 6,3	20	18	5	12,5
Ш 5 х 10	20	18	5	12,5
Ш 6 х 8	24	21	6	15	6
Ш 6 х 12,5	24	21	6	15	5
Ш 10 х 10	40	35	10	25	4,8
Ш 10 х 12,5	40	35	10	25	4,6
Ш 10 х 16	40	35	10	25	4,4
Ш 10 х 20	40	35	10	25	4,1
УШ 10 х 10	36	31	6,5	18	5
УШ 10 х15	36	31	6,5	18	4,5
УШ 10 х 20	36	31	6,5	18	4
Ш 12 х 12	36	31	6	18	5,2
Ш 12 х 12	42	42	9	30	5,0
Ш 12 х 12	48	30	12	18	4,5
Ш 12 х 12	48	42	12	30	4,2
Ш 12 х 16	42	42	9	30	4,2
Ш 12 х 16	48	30	12	18	4,3
Ш 12 х 16	48	42	12	30	4
Ш 12 х 20	48	30	12	18	4,1
Ш 12 х 20	48	42	12	30	3,9
Ш 12 х 25	48	30	12	18	4
Ш 12 х 25	48	42	12	30	3,7
УШ 12 х 12	44	38	8	22	4,3
УШ 12 х 18	44	38	8	22	4,1
УШ 12 х 24	44	38	8	22	3,8
Ш 16 х 16	48	40	8	24	4,7
Ш 16 х 16	64	56	16	40	3,7
Ш 16 х 20	64	40	16	24	3,8	11	13,1	17
Ш 16 х 20	64	56	16	40	3,5	18	13,2	17
Ш 16 х 24	48	40	8	24	4,2	7	11	13,5
Ш 16 х 25	64	40	16	24	3,6	12	10,4	13
Ш 16 х 25	64	56	16	40	3,4	22	10,5	12,7
Ш 16 х 32	48	40	8	24	4,1	9	8,3	10
Ш 16 х 32	64	40	16	24	3,5	15	8,3	10
Ш 16 х 32	64	56	16	40	3,2	27	8,3	9,9
Ш 16 х 40	64	40	16	24	3,3	18	6,7	7,8
Ш 16 х 40	64	56	16	40	3,0	32	6,8	7,7
УШ 16 х 24	56	48	10	28	4,0	8	8,0	9,0
Ш 18 х 18	54	45	9	27	5,2	10	15	20
Ш 18 х 27	54	45	9	27	5,0	13	10,5	12
Ш 18 х 36	54	45	9	27	4,1	17	8	9
УШ 19 х 19	67	58	12	33	3,7	12	10,8	13
УШ 19 х 28	67	58	12	33	3,5	17	6,5	7,3
УШ 19 х 38	67	58	12	33	3,2	22	5,0	5,6
Ш 20 х 20	60	50	10	30	3,5	11	10	12,2
Ш 20 х 20	80	50	20	30	3,5	18	10,6	13,2
Ш 20 х 20	80	70	20	50	3,2	32	10,7	13,2
Ш 20 х 25	80	50	20	30	3,4	22	8,6	10,5
Ш 20 х 25	80	70	20	50	3,1	40	8,7	10,4
Ш 20 х 27	65	65	12,5	45	4,3	25	8,2	10
Ш 20 х 30	60	50	10	30	4,3	20	7,0	8,4
Ш 20 х 32	80	50	20	30	3,2	27	6,8	8
Ш 20 х 32	80	70	20	50	3,0	48	6,9	8
Ш 20 х 40	60	50	10	30	4,0	25	5,5	6,4
Ш 20 х 40	80	50	20	30	3,1	30	5,4	6,2
Ш 20 х 40	80	70	20	50	2,9	55	5,5	6,2
Ш 20 х 50	80	50	20	30	3,0	37	4,3	4,9
Ш 20 х 50	80	70	20	50	2,7	70	4,3	4,9
Ш 22 х 22	66	55	11	33	4,0	18	8,5	11
Ш 22 х 33	66	55	11	33	3,6	27	6	7
УШ 22 х 22	67	78	14	39	3,1	20	8,0	9,3
УШ 22 х 33	67	78	14	39	2,9	28	5,4	6
УШ 22 х 44	67	78	14	39	2,6	34	4,1	4,3
Ш 25 х 25	100	63	25	37,5	3,1	38	6,9	8,2
Ш 25 х 25	100	88	25	62,5	2,9	70	6,9	8,1
Ш 25 х 32	100	63	25	37,5	3,0	50	5,5	6,2
Ш 25 х 32	100	88	25	62,5	2,8	90	5,5	6,3
Ш 25 х 40	100	63	25	37,5	2,3	55	4,4	4,9
Ш 25 х 40	100	88	25	82,5	2,7	100	4,4	4,9
Ш 25 х 50	100	62,5	25	37,5	2,8	65	3,5	3,9
Ш 25 х 50	100	87,5	25	62,5	2,6	130	3,5	3,8
Ш 25 х 63	100	62,5	25	37,5	2,7	75	2,9	3,15
Ш 25 х 63	100	87,5	25	62,5	2,5	155	2,9	3,1
УШ 26 х 26	94	81	17	47	3,5	70	4,9	5,5
УШ 26 х 39	94	81	17	47	3,2	85	3,4	3,8
УШ 26 х 52	94	81	17	47	2,7	100	2,7	3,0
Ш 28 х 28	84	70	14	42	3,7	50	6,1	7,0
Ш 28 х 42	84	70	14	42	3,2	70	4,05	4,5
УШ 30 х 30	106	91	19	53	2,8	100	4,2	4,6
УШ 30 х 45	106	91	19	53	2,6	130	3,1	3,3
УШ 30 х 60	106	91	19	53	2,4	170	2,4	2,5
Ш 32 х 32	128	80	32	48	2,8	100	4,4	5,0
Ш 32 х 32	128	112	32	80	2,6	140	4,5	5,0
Ш 32 х 40	128	80	32	48	2,7	120	3,5	3,8
Ш 32 х 40	128	112	32	80	2,5	210	3,6	3,8
Ш 32 х 50	128	80	32	48	2,5	160	3,0	3,2
Ш 32 х 50	128	112	32	80	2,4	250	3,0	3,2
Ш 32 х 63	128	80	32	40	2,4	190	2,6	2,8
Ш 32 х 63	128	112	32	80	2,3	290	2,5	2,7
Ш 32 х 80	128	80	32	48	2,3	220	1,9	2,0
Ш 32 х 80	128	112	32	80	2,2	330	2,0	2,1
Ш 34 х 35	102	102	17	68	3,0	100	4,2	4,6
Ш 34 х 52	102	102	17	68	2,7	160	2,5	2,7
Ш 35 х 35	130	105	30	70	2,3	200	3,8	3,95
Ш 35 х 45	130	105	30	70	2,1	250	2,8	3,0
УШ 35 х 35	123	106	22	61,5	2,6	160	3,3	3,5
УШ 35 х 52	123	106	22	61,5	2,4	200	2,3	2,4
УШ 35 х 70	123	106	22	61,5	2,2	220	1,7	1,8
Ш 40 х 40	160	100	40	60	2,5	220	3	3,3
Ш 40 х 40	160	140	40	100	2,3	350	3,05	3,3
Ш 40 х 50	160	100	40	60	2,4	270	2,4	2,6
Ш 40 х 50	160	140	40	100	2,2	400	2,45	2,6
Ш 40 х 63	160	100	40	60	2,3	320	2	2,2
Ш 40 х 63	160	140	40	100	2,1	480	2,05	2,2
Ш 40 х 80	160	100	40	60	2,2	380	1,4	1,5
Ш 40 х 80	160	140	40	100	2,0	600	1,46	1,5
Ш 40 х 100	160	100	40	60	2,1	450	1,18	1,25
Ш 40 х 100	160	140	40	100	1,9	730	1,2	1,25
УШ 40 х 40	144	124	26	72	2,3	270	2,6	2,8
УШ 40 х 60	144	124	26	72	2,2	400	1,8	1,9
УШ 40 х 80	144	124	26	72	2,1	500	1,4	1,5

Броневые витые из ленты разрезной: Обозначение витого разрезного броневого магнитопровода состоит из букв ШЛ (Ш-образный, Ленточный) и двух разделённых знаком х чисел, первое из которых указывает ширину среднего стержня»а», второе толщину магнитопровода «b» в миллиметрах.

таблица 2

тип магнито-	плотность	мощность	витков	витков
провода	тока	на вольт	на вольт
(сердечника)	в обмотке
а, мм х b, мм	А, мм	Н, мм	с, мм	h, мм	J, А/мм2	Р, В*А	Nперв.	Nвтор.
ШЛ 10 х 10	40	35	10	25
ШЛ 10 х 12,5	40	35	10	25
ШЛ 10 х 16	40	35	10	25
ШЛ 10 х 20	40	35	10	25
ШЛ 12 х 12,5	48	42	12	30
ШЛ 12 х 16	48	42	12	30
ШЛ 12 х 20	48	42	12	30
ШЛ 12 х 25	48	42	12	30
ШЛ 16 х 16	64	56	16	40
ШЛ 16 х 20	64	56	16	40	2,8	16	10	12
ШЛ 16 х 25	64	56	16	40	2,7	24	8,6	10,2
ШЛ 16 х 32	64	56	16	40	2,5	35	6,5	7,4
ШЛ 20 х 20	80	70	20	50	2,7	45	8,2	9,7
ШЛ 20 х 25	80	70	20	50	2,7	55	6,6	7,5
ШЛ 20 х 32	80	70	20	50	2,7	70	5,2	5,8
ШЛ 20 х 40	80	70	20	50	2,6	85	4,5	5,0
ШЛ 25 х 25	100	88	25	62	2,5	110	5,8	6,7
ШЛ 25 х 32	100	88	25	62	2,4	135	4,4	4,9
ШЛ 25 х 40	100	88	25	62	2,3	140	3,6	4,0
ШЛ 25 х 50	100	88	25	62	2,2	210	3,0	3,2
ШЛ 32 х 32	128	112	32	80	2,3	260	3,7	4,1
ШЛ 32 х 40	128	112	32	80	2,2	310	2,8	3,0
ШЛ 32 х 50	128	112	32	80	2,1	390	2,3	2,5
ШЛ 32 х 64	128	112	32	80	2,0	490	1,8	1,9
ШЛ 40 х 40	160	140	40	100	1,8	600	2,3	2,5
ШЛ 40 х 50	160	140	40	100	1,7	800	1,85	2,0
ШЛ 40 х 64	160	140	40	100	1,6	900	1,4	1,5
ШЛ 40 х 80	160	140	40	100	1,6	1100	1,13	1,2

Стержневые витые из ленты разрезной: Обозначение витого стержневого разрезного магнитопровода состоит из букв ПЛ и трёх чисел, первое из которых указывает ширину стержня «а», второе-толщину магнитопровода «b» и третье-высоту окна «h». Все размеры в миллиметрах.

таблица 3

тип магнито-	плотность	мощность	витков	витков
провода	тока	на вольт	на вольт
(сердечника)	в обмотке
а, мм х b, мм	А, мм	Н, мм	с, мм	h, мм	J, А/мм2	Р, В*А	Nперв.	Nвтор.
ПЛ 12,5 х 16-25	41	50	16	25	4,5	12	16	21
ПЛ 12,5 х 16-32	41	55	16	32	4,5	15	16	21
ПЛ 12,5 х 16-40	41	65	16	40	4,5	18	16	21
ПЛ 12,5 х 16-50	41	75	16	50	4,5	20	16	21
ПЛ 12,5 х 25-30	45	55	20	30	4,0	25	10	12,3
ПЛ 12,5 х 25-40	45	65	20	40	4,0	32	10	12,3
ПЛ 12,5 х 25-50	45	75	20	50	4,0	40	10	12,3
ПЛ 12,5 х 25-60	45	85	20	60	4,0	50	10	12,3
ПЛ 16 х 32-40	57	72	25	40	3,5	60	6	6,7
ПЛ 16 х 32-50	57	82	25	50	3,5	80	6	6,7
ПЛ 16 х 32-65	57	97	25	65	3,5	100	6	6,7
ПЛ 16 х 32-80	57	112	25	80	3,5	130	6	6,7
ПЛ 20 х 40-50	72	90	32	50	3,4	160	3,8	4,2
ПЛ 20 х 40-60	72	100	32	60	3,4	200	3,8	4,2
ПЛ 20 х 40-80	72	120	32	80	3,4	250	3,8	4,2
ПЛ 20 х 40-100	72	140	32	100	3,4	300	3,8	4,2
ПЛ 25 х 50-65	90	115	40	65	3,3	380	2,5	3,0
ПЛ 25 х 50-80	90	130	40	80	3,3	450	2,5	3,0
ПЛ 25 х 50-100	90	150	40	100	3,3	550	2,5	3,0
ПЛ 25 х 50-120	90	170	40	120	3,3	680	2,5	3,0
ПЛ 32 х 64-80	114	144	50	80	2,7	800	1,5	1,6
ПЛ 32 х 64-100	114	164	50	100	2,7	1000	1,5	1,6
ПЛ 32 х 64-130	114	194	50	130	2,7	1100	1,5	1,6
ПЛ 32 х 64-160	114	224	50	160	2,7	1500	1,5	1,6

Расчёт и изготовление трансформаторов, автотрансформаторов.

Расчёт трансформаторов питания может быть выполнен в нескольких вариантах, поскольку можно сконструировать трансформаторы с одинаковыми параметрами, на различающиеся размерами сердечников и данными обмоток. В радиолюбительских условиях при расчёте трансформатора зачастую приходиться исходить из наличия магнитопровода или пластин для его сборки того или иного типа.

Коэффициент полезного действия трансформатора Определяется как отношение суммы мощностей, снимаемых со всех его вторичных обмоток, к мощности, потребляемой первичной обмотки от электросети. Полностью нагруженные трансформаторы имеют ориентировочно следующие к. п.д.: мощность снимаемая с трансформатора = коэффициент полезного действия 10-20 Вт = 65-75 % (0.65-0.75) 20-50 Вт = 70-80 % (0.70-0.80) 50-100 Вт = 75-85 % (0.75-0.85) 100-200 Вт = 82-88 % (0.82-0.88) 200-500 Вт = 85-90 % (0.85-0.90) Вт = 90-95 % (0.90-0.95) Коэффициент полезного действия недогруженных трансформаторов меньше.

Типовая(габаритная) мощность трансформатора (Ртр) Типовая мощность трансформатора Ртр(В*А) равна полусумме полных мощностей первичной и всех вторичных обмоток трансформатора. Полная мощность каждой из обмоток представляет собой произведение действующего значения её э. д.с.(В) на действующее значение протекающего в ней тока(А). Чем больше полезное сечение сердечника S(см2) и размеры его окна c, h(см), тем больше типовая мощность трансформатора, выполненного на таком сердечнике. При магнитопроводе данного размера она прямо пропорциональна амплитуде магнитной индукции Вm(Т), плотности тока в обмотках J(А/мм2) и его частоте Fc(Гц), к. п.д. трансформатора ηтр и коэфициенту заполнения окна сердечника медью Во:

Ртр=0,022×S×c×h×Вm×Fc×J×ηтр×Bо (общая формула)

При расчёте трансформатора с броневым магнитопроводом из пластин типа Ш при Fc=50Гц и Ртр<1кВт обычно принимают амплитуду магнитной индукции Вm=1,2Т. Для трансформатора из пластин типа УШ допускают Вm=1,35Т. Для ленточного витого магнитопровода Вm=1,6Т. В результате пересчёта формула принимает следующий вид:

Ртр=1,3×S×c×h×J×ηтр×Bо (броневой магнит. Ш-пластины)

Ртр=1,5×S×c×h×J×ηтр×Bо (броневой магнит. УШ-пластины)

Ртр=1,8×S×c×h×J×ηтр×Bо (ленточный витой магнитопровод)

Если трансформатор работает на выпрямитель, собранный по мостовой схеме или по схеме с удвоением напряжения (а также для случая трансформатора накала), то при полной нагрузке вторичных обмоток мощность, поступающая в первичную обмотку, примерно равна габаритной(типовой) мощности. В случае же работы трансформатора на выпрямитель, собранный нпо двухполупериодной схеме, или по однополупериодной схеме, габаритная мощность трансформатора больше мощности, поступающей из сети в его первичную обмотку. Габаритная мощность автотрансформатора, как правило, меньше мощности, потребляемой им от электросети. Она тем меньше, чем меньше отношение напряжение напряжения сети к снимаемому напряжению. Применение автотрансформатора особенно выгодно, когда от него нужно получить напряжение, близкое по величине к напряжению питающей электросети. В этом случае габаритная мощность автотрансформаторазначительно меньше габаритной мощности трансформатора такого же назначения. Требуемые мощности трансформаторов и автотрансформаторов для выпрямителей можно вычислить по формулам, приведённым в таблице4. Формулы для расчёта параметров трансформаторов и автотрансформаторов. таблица 4

Для случая полупроводникового выпрямителя на селеновых вентилях, если они полностью используются по току, при расчёте следует использовать в формулах большие, а для случая выпрямителя на германиевых или кремниевых вентилях(и на селеновых вентилях при недогрузке их по току) меньшие численные коэффициенты. При расчёте габаритной мощности автотрансформатора, предназначаемого для работы от электросетей с различными напряжениями, в формулу нужно подставлять наименьшее напряжение сети в случае повышающего автотрансформатора и наибольшее в случае понижающего. Если автотрансформатор при напряжении сети 220в работает как понижающий, а при меньших напряжениях сети как повышающий, то нужно вычислить габаритную мощность как для наибольшего, так и для наименьшего номинального напряжения сети из полученных двух величин выбрать наибольшую. Чем больше площадь полезного сечения магнитопровода Sст и площадь его окна So, тем больше габаритная мощность трансформатора (автотрансформатора), который можно изготовить на данном магнитопроводе. Габаритная мощность трансформатора (автотрансформатора) зависит также от температуры, до которой может быть допущен его нагрев, а последний тем сильнее, чем больше плотность тока J в обмотках. Для трансформаторов или автотрансформаторов с обмотками из проводов марок ПЭЛ, ПБО, ПБД, ПШД, ПЭЛШО и ПЭЛШД температура нагрева не должна превышать 100*С, а с обмотками из проводов с теплостойкой изоляцией марок ПЭВ и ПЭТ =125*С. Температура до которой нагревается трансформатор или автотрансформатор, равна сумме температур окружающего воздуха и перегрева, т. е. температура перегрева характеризует превышение тампературы трансформатора над температурой окружающего воздуха при длительной работе на нагрузку. Выбор магнитопровода. Магнитопровод нужно выбирать так, чтобы его габаритная мощность, вычисленная по соответствующей формуле, приведённой в таблице 4, не превышала предельной габаритной мощности (с учётом допустимого перегрева). Рекомендуется выбирать магнитопровод такого размера, что бы требуемая габаритная мощность была на 10-20% меньше предельно допустимой. Наиболее целесообразно применять магнитопроводы с отношением толщины «b» к ширине стержня «а» в пределах 1,5-2,0 (например: Ш20х30, УШ30х60). При больших отношениях b/a затрудняется плотная намотка обмоток, так как с боковых сторон (сторон большего размера) витки ложаться недостаточно плотно (вспучиваются) Магнитопроводы с соотношением b/a=1 (например: Ш20х20) и меньше следует применять лишь в тех случаях, когда габариты трансформатора имеют существенное значение. На намотку трансформатора или автотрансформатора с магнитопроводом из пластин типа УШ расходуется примерно на 10% меньше провода, чем на трансформатор с такой же габаритной мощностью, но с магнитопроводом из пластин типа Ш. На намотку трансформатора с витым магнитопроводом расход провода на 15-20% меньше, чем на трансформатор такой же габаритной мощности, но с магнитопроводом, собранным из штампованных пластин. При этом вес витого магнитопроводапримерно в два раза меньше.

Расчёт трансформатора питания, способ №1. (более простой и менее точный)

1.Зная размеры магнитопровода, по вышеуказанным таблицам определяем его ориентировочную габаритную мощность (данные), если нам нужно знать его точную мощность применяем для расчёта формулы. 2.Мотаем первичную (сетевую ~210, ~220, ~230) обмотку. Смотрим по графику какой максимальный ток может через неё протекать.

По ниже указанной номограмме»выбор диам. провода» определяем какого диаметра провод нам нужен. Если провода с диаметром, полученным по расчёту, не имеется, применяют провод с ближайшим большим стандартным диаметром. Можно также для определения необходимого диаметра провода воспользоваться другими способами: *Площадь сечения провода расчитываем по формуле: S=Iобм/J (S-площадь сечения провода, Iобм-ток первичной обмотки, J-плотность тока). После этого по таблицам проводов находят диаметры проводов, соответствующие вычисленным площадям сечения S. *Диаметр провода также можно вычислить по формуле: d=1,13Ö Iобм/J

3.Какое количество витков нам нужно намотать, определяем из вышеуказанных таблиц Nперв. умножаем на требуемое сетевое напряжение(~220в). 4.При намотке обмотки между рядами применяют изоляционные прокладки из пропитанной бумаги, а лучше использовать прокладку которая используется в высоковольтных неэлектролитических конденсаторах! В зависимости от диаметра провода(мм), выбирают толщину прокладки(мм): <0.2=0.03-0.05 0.21-1.0=0.06-0.08 1.04-1.74=0.1-0.2 1.81-2.2=0.2-0.3 >2.2=>0.3 При напряжении обмотки до 20в рекомендуется делать прокладки через каждые три ряда, а при больших напряжениях-через каждый ряд провода. Если напряжение превышает 50в, прокладки должны быть двухслойными. 5.Если есть необходимость делают экранирующую обмотку. 6.Исходя из необходимого нам напряжения, тока нагрузки и мощности выбранного магнитопровода мотаем вторичную обмотку. Определяем количество витков, умножая нужное нам напряжение(В) на Nвтор.(кол-во витков на вольт) указанное в таблицах 1,2,3. Чтобы узнать какой нам нужен диаметр провода для намотки при выбранном нами максимальном токе нагрузки нужно воспользоваться номограммой «выбора диаметра намоточного провода»:

По таблицам 1,2,3 смотрим какая плотность тока в применяемом магнитопроводе. Подставляем в номограмму и получем диаметр намоточного провода.

Расчёт трансформатора питания, способ №2.

Требуется сконструировать трансформатор для полупроводникового выпрямителя на германиевых или кремниевых вентилях(диодах) по двухполупериодной мостовой схеме со следующими данными: Uп=1000В, Iп=0,46А (2шт ГУ50, при Iа. макс.=0,23а для одной ГУ50) Uн=12,6В, Iн=1,52А (2шт ГУ50). 1. Согласно формуле в табл.4 определяем габаритную мощность трансформатора: Рт=1,6UпIп+1,2UнIн, где 1,6 численный коэф.(для схем с кремниев. или герм. диодами). Получаем: Рт=1,6х1000х0,46+1,2х12,6х1,52=759Вт 2.По табл.2 выбираем магнитопровод ШЛ 40х50 (Рт=800Вт). 3.Согласно этой же таблице сетевая обмотка должна иметь для ~220в х 1,85(витков на 1вольт)=407 витков, ток который в ней будет протекать определим по графику и он будет равен около 3,5А. Согласно табл.2 плотность тока равна 1,7 А/мм2, следовательно, для этой обмотки необходим провод сечением не менее S=Iобм/J=3,5/1,7=2,05 мм2. Диаметр провода также можно вычислить по формуле: d=1,13Ö Iобм/J=1,6мм. 4.Определяем число витков обмотки накала по табл.2, оно равно 12,6В х 2витка на 1вольт = 25витков. Так как Iн=1,52А и J=1,7а/мм2, для неё необходим провод сечением не менее S=Iобм/J=1,52/1,7=0,9 мм2. Диаметр провода также можно вычислить по формуле: d=1,13Ö Iобм/J=1,07мм. 5. Согласно формуле в табл.4 для мостовой схемы Uд=0,8Uп=0,8х1000=800В и Iд=1,8Iп=1,8х0,46=0,87А. Определяем число витков вторичной обмотки по табл.2, оно равно 800В х 2витка на 1вольт = 1600витков. Сечением провода не менее S=Iобм/J=0,87/1,7=0,5 мм2. Диаметр провода также можно вычислить по формуле: d=1,13Ö Iобм/J=0,8мм.

Расчёт автотрансформатора питания.

Требуется сконструировать автотрансформатор для выпрямителя со следующими данными: Uп=220в, Iп=0,07А, Uн=6,3в, Iн=3А, Uс=127 и 220в. Выпрямитель предпологается выполнить по схеме с удвоением напряжения на диодах типа Д7. 1. По формуле в табл.4 для такой схемы Uд=0,4Uп=0,4х270=110в. Следовательно, автотрансформатор во всех случаях будет работать как понижающий. 2. Согласно формуле в табл.4 определяем габаритную мощность для схемы с удвоением напряжения: Pат=1,6(1-0,4Uп/Uс)UпIп+1,2UнIн=1,6(1-110/220)270х0,07+1,2х6,3х3=39ВА 3. По табл.1 выбираем магнитопровод Ш25х40размерами 100х62,5 мм. Согласно этой же таблице полное число витков обмотки для Uс=220в должно быть 970, а отвод для Uс=127в должен быть сделан от 560-го витка. 4. Число витков секции Iа определяем из графы «витков на вольт, Nперв.» по величине наобходимого напряжения 110в получаем 485 витков 5. По графику определяем I127=0,46а и I220=0,26а. По формулам Iб=I127 и Iв=I220 токи секций Iб и Iв равны: Iб=I127=0,46а и Iв=I220=0,26а. По формуле в табл.4: Iд=3,6Iп=3,6х0,07=0,25а и по формуле Iа=I127-Iд ток секции Iа равен: Iа=I127-Iд=0,46-0,25=0,21а. 6. Согласно табл.1 J=2.3а/мм2. Следовательно, для секции Iа необходим провод сечением не менее 0,2/2,3=0,087мм2, для секции Iб сечением 0,46/2,3=0,2мм2 и для секции Iв сечением 0,26/2,3=0,113мм2. Выбираем провода с ближайшими стандартными диаметрами: для секции Iа-диаметром 0,35мм (S=0,087мм2); для секциии Iб-диаметром 0,51мм (S=0,204мм2); для секции Iв-диаметром 0,38мм (S=0,113мм2). В целях уменьшения ассортимента проводов секции Iа и Iв можно намотать проводом диаметром 0,38мм. 7. Обмотка накала на 6,3в согласно табл.1 должна иметь 31 виток. Так как Iн=3а, при J=2,3мм2 провод её должен иметь S=3/2,3=1,3мм2. Выбираем провод диаметром 1,3мм (S=1,33мм2).

Откуда взята информация: IAG3 Справочник радиолюбителя конструктора, , 1973г. Расчёт и изготовление трансформаторов и автотрансформаторов. Дата опубликования статьи:19.12.05.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

Что для этого нужно?

Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.

Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.

1 – кольцевой сердечник.

3 – витки обмотки.

D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.

По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.

Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.

w = π(D – 10S – 4d) / d, где:

w – число витков первичной обмотки,

π – 3,1416,

D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S – толщина изолирующей прокладки,

d – диаметр провода с изоляцией,

/ – дробная черта.

Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.

Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.

Конструктивные особенности Ш-образной пластины трансформатора

Любой трансформатор содержит две основных детали: замкнутый сердечник и медные обмотки. Сердечник, в свою очередь, состоит из пластин, для создания которых используется особая электротехническая сталь. Толщина пластин сердечника напрямую влияет на рабочую частоту трансформатора: чем деталь тоньше, тем больше параметр.

Трансформатор с Ш-образным сердечником также называют броневым. Главные условия, при которых используются такие пластины:

частота не более 8кГц;
максимальная мощность 150В*А.

Ш-образная пластина увеличивает поток рассеяния за счет раздвоения магнитного потока. Положение обмоток на среднем стержне сердечника защищает их от помех и механического воздействия.

Детали для высокочастотных трансформаторов предпочтительно изготавливают из трех основных материалов: пермаллоя, альсифера и феррита. Последний обладает широким диапазоном рабочих частиц, что объясняет использование феррита для создания импульсных трансформаторов.

В описании к магнитопроводу трансформатора даются параметры набора пластин. К примеру, если указано, что необходимо взять железо Ш15Х10, это означает, что:

Ширина средней части пластины должна составлять 15 мм.
Толщина получившейся стопки Ш-образных пластин – 10 мм.

Главным достоинством сердечника, собранного из пластин, является его устойчивость к механическим воздействиям. Это позволяет собирать магнитопровод даже из хрупких материалов. Минус конструкции – повышенная чувствительность к магнитным полям, имеющих низкую частоту.

Собирая сердечник, к пластине Ш-образной формы добавляют перемычки.

Чтобы минимизировать зазор, образованный между перемычкой и пластиной, магнитопровод собирают «вперекрышку».