Количество витков: правила расчета для разных типов

правила расчета для разных типов

Автор Andrey Ku На чтение 5 мин Опубликовано 09.08.2019

При необходимости самостоятельно изготовить устройство питания электронной аппаратуры вопрос, как самостоятельно рассчитать количество витков трансформатора и как определить данные для проводов первичной и вторичных обмоток, стоит наиболее часто.

Правильный расчет возможен при наличии исходных данных по характеристикам мощности потребителей, напряжений входа и выхода. показатели массы и габаритов устройства, также могут накладывать ограничения.

Содержание

1. На что влияет количество витков в трансформаторе
2. Методика расчета
3. Альтернативный метод по габаритам
4. Использование мультиметра
5. Таблица количества вольт на виток
6. Примеры реальных расчетов

На что влияет количество витков в трансформаторе

Если говорить о вторичных обмотках трансформатора, то значение числа витков в них в основном влияет на выходное напряжение. Сложнее все обстоит с первичной обмоткой, поскольку напряжение на ней задано питающей сетью. Параметры первичная обмотка  оказывают влияние на ток холостого хода, а, следовательно, на коэффициент полезного действия. При изменении параметров первичной обмотки потребуется перерасчет всех вторичных обмоток.

И стоит заметить, что лучше не размыкать вторичную обмотку ТТ.

Методика расчета

Полный расчет трансформатора довольно сложен и учитывает такие параметры:

• напряжение и частоту питающей сети;
• число вторичных обмоток;
• ток потребления каждой вторичной обмотки;
• тип материала сердечника;
• массогабаритные показатели.

На бытовом уровне для изготовления устройств с питанием от стандартной сети 220В 50Гц, проектирование можно значительно упростить.

Методика не требует особенных знаний сложности, и при наличии опыта занимает немного времени.

Для расчета требуются следующие данные:

1. Количество выходов.
2. Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.

В основе конструирования любого трансформатора лежит суммарная мощность всех вторичных нагрузок:

P_с=I₁∙U₁+ I₂∙U₂+… I_n

∙U_n

Для учета потерь введено понятие габаритной мощности, для вычисления которой применяется несложная  формула:

P=1.25∙ P_с

Зная мощность, можно определить сечение сердечника:

S=√P

Полученное значение сечения будет выражено в квадратных сантиметрах!

Дальнейшие расчеты зависят от типа и материала выбранного сердечника. Магнитопроводы бывают следующих типов:

• броневые;
• стержневые;
• О-образные.

Также различаются и способы изготовления магнитопроводов:

• наборные – из отдельных пластин;
• витые, разрезные или сплошные.

Разрезными обычно бывают броневые или стержневые магнитопроводы, а О-образные конструктивно выполняются исключительно цельные. В этом отношении они ничем не отличаются от не разрезных стержневых сердечников.

Для определения числа витков используют следующее соотношение, показывающее, сколько необходимо витков на 1 вольт напряжения:

W=K/S,

где К – коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.

Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:

1. Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
2. Для разрезных магнитопроводов К=50.
3. Для О-образных сердечников К=40.

Как видно, наименьшая длина обмоточного провода, а следовательно, и наилучшие массогабаритные показатели будут у О-образных сердечников. Кроме этого, конструкции с такими сердечниками имеют малое поле паразитного магнитного рассеивания и максимальный КПД. Их редко применяют только потому, что намотать обмотку на замкнутый сердечник трудно технически.

Зная параметр W, легко определить количество витков для каждой из обмоток:

n=U∙W

Для учета падения напряжения на первичной обмотке, намотанной большим количеством тонкого провода, следует увеличить количество витков в ней на 5%.

Особенно это касается малогабаритных конструкций малой мощности.

Можно снизить ток холостого хода, увеличив значение W для каждой из обмоток, но следует знать, что чрезмерное увеличение может привести к  насыщению магнитопровода, что приведет к резкому увеличению тока холостого хода и снижению напряжения на выходе.

На заключительном этапе определяют диаметр проводников каждой обмотки. Формула расчета имеет следующий вид:

d=0.7√I

Определение диаметра обмоточного провода выполняют для всех без исключения обмоток.

Полученные значения округляют до ближайшего большего значения из стандартных диаметров проводов.

Альтернативный метод по габаритам

Ориентировочные параметры трансформатора, исходя из имеющегося в наличии сердечника, допускается определить иным путем., а затем сделать выводы о возможности дальнейшего использования.

Зная площадь сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, можно оценить максимальную мощность, которую способен обеспечить данный преобразователь:

P_Г=S²

Следует иметь в виду, что данная мощность является габаритной, а реальная будет иметь меньшее значение:

P=0. 8 P_Г

Обычно, при условии соответствия расчетной мощности и требуемой, первичную обмотку, подключаемую в сеть 220 В, можно оставить нетронутой, заново рассчитав только параметры на выходах.

Использование мультиметра

Используя мультиметр, можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого необходимо выполнить дополнительную катушку из любого имеющегося в наличии провода. После подключения устройства в сеть необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь можно легко подсчитать необходимое число витков на вольт и выполнить перерасчет трансформатора под нужные требования.

Таблица количества вольт на виток

Для того, чтобы постоянно не выполнять расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой приведены усредненные данные обмоток в зависимости от мощности:

Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W	Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W
1	1.4	32	50	9.0	5.0
2	2.1	21	60	9.8	4.6
5	3.6	13	70	10.3	4.3
10	4.6	9.8	80	11.0	4.1
15	5.5	8.4	90	11.7	3.9
20	6.2	7.3	100	12.3	3.7
25	6.6	6.7	120	13.4	3.4
30	7.3	6.2	150	15.0	3.0
40	8.3	5.4	200	17.3	2.6

Примеры реальных расчетов

В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:

• напряжение сети – 220В;
• выходное напряжение – 14В;
• ток вторичной обмотки – 10А;

Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт

Габаритная мощность: P=1. 25∙ 140=175 Вт.

Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см²

Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см

2.

Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт

Для обмоток общее количество витков равняется:

• первичная обмотка n₁=220∙3.6= 792 витка;
• вторичная обмотка n₂=14∙3.6=50 витков.

Поскольку трансформатор мощный, то падение напряжения на первичной обмотке можно не учитывать.

Определяем диаметр обмоточных проводов: d₂=0.7√10=2.2 мм.

Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.

Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0. 8А.

Данному току соответствует диаметр: d₁=0.7√0.8=0.63 мм.

Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.

Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.

Равенство номинальных первичных и вторичных напряжений трансформаторов

Подробности

Категория: Практика

• трансформатор
• режимы работы

Известно, что отношение числа витков обмоток ВН и НН равно отношению напряжений обмоток трансформатора при холостом ходе. Если у правильно построенного трансформатора увеличить число витков первичной обмотки и продолжать питать его от прежней сети, напряжение на вторичной обмотке понизится, и наоборот, при уменьшении числа витков первичной обмотки напряжение на вторичной обмотке повысится.

При неизменном числе витков и напряжении первичной обмотки увеличение числа витков вторичной обмотки влечет за собой повышение ее напряжения.
Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является равенство напряжения первичных и вторичных обмоток, а следовательно, и одинаковое для всех параллельно работающих трансформаторов отношение числа витков первичной и вторичной обмоток.
Включение на параллельную работу трансформаторов с неодинаковыми напряжениями обмоток чаще всего имеет место при включении трансформаторов после ремонта обмоток или при неправильном выборе ответвлений обмоток, а также при включении двух разных трансформаторов.
При ремонте трансформаторов часто приходится перематывать обмотки, при этом в числе витков очень легко ошибиться, так как в условиях эксплуатации не всегда бывают приспособления для проверки количества намотанных витков. Недомотав или перемотав некоторое количество витков, мы не получим равных напряжений параллельно включаемых трансформаторов.
Силовые трансформаторы должны по условиям эксплуатации допускать изменение напряжений обмоток ВН, например, в пределах ±2-2,5, или ±5%, что осуществляется при помощи регулировочных ответвлений обмоток. Эти ответвления делают обычно на обмотках ВН и подводят отводами к переключателю, находящемуся внутри бака. Переключение отводов производится переключателем при помощи привода с крышки трансформатора или же просто присоединением провода линии к тому или иному отводу ответвления обмотки, выведенному на крышку трансформатора через проходной изолятор (ввод). Иногда переключение делается на доске зажимов, находящихся внутри трансформатора под крышкой. Изменение напряжений в пределах ±2-2,5% применяется как на стороне обмоток ВН для двухобмоточных трансформаторов, так, наряду с обмоткой ВН, и на стороне обмоток СН для трехобмоточных трансформаторов. Рассмотренные нами выше случаи переключения ответвлений обмоток трансформаторов производятся без возбуждения, т. е. после отключения всех обмоток трансформатора от сети. Этот вид регулирования напряжения сокращенно называется ПБВ (переключение без возбуждения).
В последнее время как в отечественной, так и в зарубежной практике широкое применение находит регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмоток трансформатора под нагрузкой РПН (регулирование под нагрузкой). Регулирование напряжения под нагрузкой производится в более широких пределах, чем при ПБВ, и может производиться дистанционно, а потому допускает автоматизацию, чего нельзя сделать при ПБВ. Так, например, для трансформаторов мощностью от 1 000 до 6 300 кВА регулирование напряжения при ПБВ производится в пределах ±5, или ±2-2,5%, а при РПН — в пределах ±6-1,5% от номинального, т. е. 12 ступеней регулирования по 1,5% на ступень или в пределах 18% (±9%). Для трансформаторов мощностью от 10 000 до 63 000 кВА при напряжении до 35 кз,
РПН допускает регулирование напряжения в пределах ±8-1,5% от номинального или регулирование на 24% (±12%) 16 ступенями по 1,5%.
В эксплуатации имели место факты, когда полученный с завода новый трансформатор включался на параллельную работу с другими трансформаторами при неверном положении переключателя и, таким образом, напряжение подсоединенного трансформатора отличалось от напряжения уже работающих значительно, на 5 или 10%.

Рис. 1.
а — параллельная работа двух однофазных трансформаторов; б — проверка вольтметром перед включением однофазного трансформатора на параллельную работу.
Во избежание этого проверка положения переключателей ПБВ или РПН перед включением трансформатора на параллельную работу обязательна.
Рассмотрим сначала пример параллельной работы трансформаторов с одинаковыми напряжениями первичных и вторичных обмоток. На рис. 1,а приведена схема параллельной работы двух однофазных трансформаторов Трх и Тр2. При правильной параллельной работе весь ток первого и второго трансформаторов идет на шины, откуда поступает к потребителю, т. е. при равных номинальных первичных и вторичных напряжениях обмоток в замкнутых контурах А1А2Х2Х1 и а\а2х2хх (рис. 2-1,а) сумма э. д. с. будет равна нулю и уравнительных токов не будет.
Если у второго трансформатора Тр2 один конец обмотки НН, например аb соединить с одной из шин 6 600 в, а другой (НН — х2) через вольтметр подключить к другой шине 6 600 в, то вольтметр покажет пуль (рис. 1,6). Этим методом пользуются перед включением трансформаторов на параллельную работу. Если вольтметр покажет нуль, то можно трансформаторы включать на параллельную работу, не боясь появления уравнительных токов, однако следует иметь в виду, что при различных группах соединений обмоток включаемых трансформаторов вольтметр может показать двойное напряжение. Например, при параллельной работе двух однофазных трансформаторов в случае несогласованного включения одного из них вольтметр покажет двойное напряжение.
В заключение отметим, что равенство коэффициентов трансформации является требованием необходимым, по недостаточным — требуется, кроме того еще равенство поминальных напряжений обмоток. При этом условии не будет уравнительных токов и отдаваемая трансформаторами мощность будет равна арифметической сумме мощностей обоих трансформаторов.
При включении трансформаторов с разными номинальными напряжениями и разными коэффициентами трансформации в замкнутом контуре А\А2Х2Хх обмоток ВН и контура а\а2х2хх обмоток НН (рис. 1,а) будут циркулировать токи, обусловленные разностью напряжений и сопротивлениями трансформаторов. Эти токи называются уравнительными. Уравнительные токи в замкнутых контурах обмоток являются результатом несоблюдения указанных выше условий, необходимых для параллельной работы трансформаторов. При правильной параллельной работе уравнительных токов быть не должно.

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• Трансформаторы
• org/ListItem”> Практика
• Переключающие устройства трансформаторов для регулирования напряжения без возбуждения

Еще по теме:

• Несимметричные режимы трехфазных трансформаторов
• Параллельное включение трансформаторов различных групп
• Определение экономически целесообразного числа параллельно включенных трансформаторов
• Номинальный режим работы и допустимые перегрузки трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов с масляной системой охлаждения
• Режимы работы трансформатора

Трансформаторы

Напряжение

. Имеет ли значение число витков в коэффициенте трансформации в трансформаторах?

спросил 1 год, 10 месяцев назад

Изменено 1 год, 10 месяцев назад

Просмотрено 3к раз

\$\начало группы\$

Предположим, у нас есть два трансформатора с одинаковым коэффициентом трансформации, \$N_2/N_1\$. Первый преобразователь \$A\$ имеет размер \$100:10\$, а второй преобразователь \$B\$ имеет размер \$1000:100\$. Оба имеют одинаковое соотношение витков, поэтому теоретически оба могут снизить напряжение в 10 раз. Если предположить, что размер проводов на первичной и вторичной обмотках одинаков, номинальные значения тока и мощности одинаковы (я не уверен). Но хотя соотношение витков одинаково для обоих трансформаторов, количество витков в первичной и вторичной обмотках разное.

Итак, мой вопрос: имеет ли значение число витков в соотношении витков? У меня ощущение, что \$B\$ имеет некоторые преимущества. Но я не могу понять.

• напряжение
• мощность
• ток
• трансформатор
• переменный ток

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Большое значение имеет количество витков трансформатора. Коэффициент трансформации является одним из многих соображений при проектировании трансформатора. Ниже приведены общие соображения при проектировании трансформатора.

• Как заявил Тобалт, индуктивность намагничивания важна. Слишком малое количество витков будет потреблять избыточный ток даже без нагрузки.
• Нужно минимум витков для предотвращения насыщения сердечника. Количество витков управляет плотностью потока . Если ядро ​​насыщается, ваш первичный источник начинает выглядеть как короткое замыкание для драйвера. Вы также можете контролировать насыщение трансформатора, изменяя эффективную площадь сердечника.
• Увеличение количества витков увеличит индуктивность рассеяния (может быть смоделирована как последовательная индуктивность либо в первичных, либо во вторичных проводах), что может быть нежелательным. Есть случаи, когда желательна индуктивность рассеяния. Индуктивность рассеяния также можно контролировать, управляя физическим расположением обмоток, и это может увеличить стоимость за счет повышенной сложности сборки.
• Увеличение числа витков понизит резонансную частоту трансформатора (большая индуктивность, большая собственная емкость). Вы хотите, чтобы резонансная частота была выше максимальной рабочей частоты как минимум в 5 раз (мое эмпирическое правило).
• Диаметр и тип провода (одинарный, пучок, многожильный провод) важны и влияют на потери в обмотке (медь) . Для трансформатора, работающего на одной частоте, существует оптимальный диаметр провода, который уравновешивает потери в меди переменного тока (вихревые потери: эффект близости , который заметен на частотах ниже примерно 1 МГц, и скин-эффект ) и потери в меди постоянного тока. Эффект близости можно уменьшить с помощью пучков или литцендрата, скин-эффект можно уменьшить с помощью литцендрата — оба варианта являются дорогими. Потери в меди являются важным фактором в силовых трансформаторах.
• Потери в сердечнике зависят от плотности потока. Меньшее количество витков имеет более высокую плотность потока, что означает более высокие потери в сердечнике. Потери в сердечнике являются важным фактором для силовых трансформаторов
.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Любой данный материал сердечника, поперечное сечение и частота имеют максимальное напряжение на виток. Если вы хотите использовать обмотку при определенном напряжении, вам нужно достаточно витков, чтобы поддерживать это напряжение.

Например, сталь низкочастотного сетевого трансформатора будет работать только до пикового поля 1,7 Тл или около того, прежде чем оно достигнет насыщения. Если бы у вас был сердечник размером 10 мм x 20 мм, и вы хотели бы запустить его на частоте 50 Гц, то самое быстрое колебание поля для синусоидального напряжения составляет 2pi.B.f = 6,28×1,7×50 = 534 Тл/с. В 200 мм ² сердечника пиковая скорость изменения потока составляет 0,1 Вебера/с, что означает, что сердечник на этой частоте будет поддерживать только 0,1 В/виток.

Сетевая обмотка 240 В среднеквадратичного значения на этом сердечнике должна поддерживать 340 Впик, поэтому потребуется минимум 3400 витков. 92\$.

Представьте себе трансформатор с разомкнутой вторичной обмоткой, который по существу является большой катушкой индуктивности. Если вы подключите переменное напряжение с частотой \$f\$ к первичной обмотке, сопротивление будет равно \$2 \pi f L_M\$. Если этот импеданс слишком низок, большой ток будет протекать через первичную обмотку и бесполезно теряться. Этот избыточный ток также будет присутствовать в дополнение к обычному току нагрузки при подключении вторичной обмотки. Поэтому избыточный ток должен быть минимизирован, а \$L_M\$ максимизирован. На практике существует компромисс между достаточно большим \$L_M\$ и небольшим/дешевым трансформатором, так что \$N\$ не будет ни <10, ни чрезвычайно высоким.

Примеры:

• Для трансформатора SMPS, где самая низкая частота, возможно, составляет 100 кГц, вам не нужно много \$L_M\$, чтобы предотвратить чрезмерный первичный ток, поэтому достаточно небольшого числа витков.
• Для трансформатора микрофона у вас есть нижняя конечная частота, возможно, 20 Гц, и, кроме того, вы не хотите слишком сильно нагружать источник сигнала, поэтому вам нужно много \$L_M\$, что может означать 1000 витков. на первичке.
• Сетевые трансформаторы с частотой 50 Гц также нуждаются в больших \$L_M\$, потому что первичное напряжение высокое, частота низкая, и ток холостого хода должен быть низким.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Конструкция трансформатора должна оптимизировать множество различных переменных. И я не эксперт. Но первичная обмотка трансформатора должна иметь достаточно витков, чтобы она действовала как большая катушка индуктивности и предотвращала протекание чрезмерного тока. Если вы возьмете конкретный сердечник трансформатора, вы можете либо намотать первичную обмотку с большим количеством витков тонкого провода (первичная обмотка высокого напряжения), либо с меньшим количеством витков более толстой проволоки (первичная обмотка более низкого напряжения).

Но в обоих случаях вы ДОЛЖНЫ заполнить всю область обмотки медью, чтобы трансформатор работал хорошо, имел низкое сопротивление и выдерживал номинальную мощность.

Нельзя просто поставить один виток тонкого провода. Это в основном короткое замыкание, а не трансформатор. Итак, если вы выбираете сердечник трансформатора исходя из требований к мощности, затем выбираете свое рабочее напряжение, тогда вы можете рассчитать, сколько витков необходимо для предотвращения перенасыщения сердечника. ТОГДА вы выбираете диаметр провода, который будет эффективно заполнять доступное пространство.

Примерно так работает процесс проектирования. Как только первичная обмотка установлена, вы выбираете количество витков вторичной обмотки, чтобы получить желаемое вторичное напряжение. Как только вы узнаете количество вторичных витков, вы выбираете диаметр провода, который эффективно заполняет пространство.

Как правило, вы получаете много витков первичной обмотки силовых трансформаторов на 50 или 60 Гц.

\$\конечная группа\$

4

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Соленоиды

как источники магнитного поля Соленоиды

как источники магнитного поля

Длинная прямая катушка проволоки может использоваться для создания почти однородного магнитного поля, подобного магнитному стержню. Такие катушки, называемые соленоидами, обладают огромным количество практичный Приложения. Поле может быть очень усиленный посредством добавление железное ядро. Такие ядра типичный в электромагниты. В приведенном выше выражении для магнитного поля B n = N/L — это число витков на единицу длины, иногда называемое «плотностью витков». Магнитное поле B пропорционально току I в катушке. Выражение представляет собой идеализацию соленоида бесконечной длины, но дает хорошее приближение к полю длинного соленоида. Получить выражение поля Вычислить поле Поле токовой петли Соленоид как индуктор Сверхпроводящие магниты

Индекс Концепции магнитного поля Токи как источники магнитного поля

Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица 9019 3

Назад

Выбрав прямоугольный путь, относительно которого можно вычислить закон Ампера, такой, что длина стороны, параллельной полю соленоида, равна L вносит вклад BL внутри катушки. Поле по сути перпендикулярно стороны путь, давая незначительный вклад. Если конец взят до сих пор от катушки, которая поле пренебрежимо мало, то длина внутри катушки является доминирующим вкладом. Этот заведомо идеализированный пример закона Ампера дает Получается быть хорошим приближение для соленоида области, особенно в случае соленоид с железным сердечником. Обсуждение соленоида Поле расчета

Индекс Концепции магнитного поля Токи как источники магнитного поля

Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица 901 59

Назад

В центре длинного соленоида Активная формула: нажмите на количество, которое вы хотите рассчитать. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт