От чего зависит мощность трансформатора
Перейти к содержимому

От чего зависит мощность трансформатора

  • автор:

Мощность трансформатора, какая должна быть, как правильно выбрать, рассчитать.

Мощность трансформатора, какая должна быть, как правильно выбрать, рассчитать

Трансформатор является преобразователем электрической энергии. С его помощью можно легко трансформировать одну величину тока и/или напряжения в другую. Конструкция его достаточно проста. Он состоит из следующих основных функциональных частей: магнитопровод определенной формы, катушки, каркас, на который и наматываются рабочие катушки. Магнитопровод делают в виде тора (круглой формы), Ш-образной и П-образной формы. Каждая форма имеет свои особенности в работе.

Магнитопровод трансформатора, рассчитанный на работу с низкой частотой (промышленная частота в 50 Гц) делают из листового железа. Это позволяет снизить потери при работе устройства. Трансформатор, что работает на более высоких частотах уже имеет магнитопровод из феррита различных марок. Мощность трансформатора напрямую связана с размерами магнитопровода, материалом (из которого он сделан), частотой, на которой устройству приходится работать.

устройство понижающего трансформатора, как определить мощность под блок питания

Самый простой вариант трансформатора содержит в себе две обмотки, называемые первичной и вторичной. Первичная обмотка является входной, вторичная — выходной. Первичная может состоять из нескольких обмоток (или одной, но с отводом), рассчитанных на различное входное напряжение (обычно можно встретить на 220 вольт и на 110). У вторичной может быть гораздо больше обмоток, в зависимости от количества различных напряжений, что нужно получить под разные нужды от одного трансформатора.

какая мощность трансформатора нужна, формула электрической мощности

Теперь, что касается самой электрической мощности трансформатора. На практике обычно бывает так — есть электротехническое устройство потребитель (нагрузка), которое нужно запитать. Известно напряжение его питания и сила тока, что оно потребляет при своей работе. Под это устройство нужно подобрать соответствующий блок питания. Напомню, что электрическую мощность можно найти по следующей простой формуле: P=U*I (мощность в ваттах равна напряжение в вольтах умноженное на силу тока в амперах). Следовательно, зная напряжение и ток нагрузки мы легко вычисляем мощность устройства. Блок питания должен иметь чуть большую мощность, чем нагрузка, которую он будет питать (запас по мощности должен быть не менее 25%).

Поскольку трансформатор является основным функциональным элементом, определяющий общую мощность блока питания (трансформаторного), то именно его мощность должна быть правильно рассчитана и подобрана под нагрузку. Итак, к примеру, есть небольшой, двухканальный усилитель звуковой частоты, мощность которого 20 ватт на канал. Питание у него 12 вольт. Под него нужно собрать (найти) подходящий трансформаторный блок питания. Общая мощность этого усилителя будет равна 40 ватт (два канала по 20 ватт). Следовательно, с учетом запаса, нам нужно найти понижающий силовой трансформатора, у которого мощность будет не меньше 50 ватт. Поскольку нагрузка нуждается в 12 вольтах, то и вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на это напряжение.

как определить мощность трансформатора по его размерам магнитопровода

Минимальные размеры (при той же мощности) будет у трансформатора круглой формы (тора), но его сложнее мотать (если это делать самому). Ш-образные и П-образные легче наматывать, они проще в своей разборке и сборке, хотя и имеют чуть большие размеры и вес. Мощность трансформатора (если говорить о трансформаторах, рассчитанных на стандартную частоту сети 50 герц, имеющие железные магнитопровод) имеет прямую зависимость от площади поперечного сечения основной части сердечника, где намотан провод обмоток. Формулу зависимости площади сечения магнитопровода трансформатора от его мощности можно выразить так: мощность трансформатора (ватты) равна квадрату площади поперечного сечения основной части магнитопровода (квадратные сантиметры).

То есть, если мы имеем понижающий силовой трансформатор (с металлическим сердечником), но мощность его нам неизвестна, то нужно взять и измерить его толщину и ширину основной его части (где намотан провод). Далее узнаем сечение этой части, перемножаем эту ширину и толщину (в сантиметрах). Полученный результат возводится в квадрат. Вот и получаем мощность, которой обладает этот трансформатор, с этим магнитопроводом. Либо при покупке сразу смотрим или узнаем номинальную мощность приобретаемого трансформатора.

как правильно подобрать трансформатор по мощности на источник питания

Поскольку электрическая мощность равна произведению силы тока на напряжение, то при одной и той же мощности нам нужно будет учитывать, что если мы увеличиваем напряжение, то придется жертвовать уменьшением силы тока (уменьшая диаметр, сечение провода вторичной обмотки), и наоборот, увеличивая ток на выходе трансформатора, мы будем вынуждены снижать напряжение (уменьшая количество витков в обмотке). Если важен и ток и напряжение на выходе трансформатора, а вся вторичная обмотка не помещается в магнитопровод, то, естественно, нужно увеличивать размеры этого магнитопровода, повышая общую мощность трансформатора.

P.S. В каком-то смысле импульсные трансформаторы, рассчитанные на работу с более высокими частотами, нежели стандартные 50 герц, можно назвать резиновыми по своей мощности. То есть, при пропускании через них тока одной частоты они будут выдавать одну мощность, если же частоту этого тока увеличить, то и мощность этого трансформатора также будет увеличена, при тех же самых его размерах магнитопровода. Но для таких высокочастотных трансформаторов уже используются специальные электронные схемы преобразователей, и содержат в себе сердечники из феррита различных марок (вместо железа).

Мощность трансформатора

Мощность трансформатора – мощность, которую трансформатор может длительно отдавать при работе в условиях окружающей среды, которая характеризуется регламентированной ГОСТ температурой воздуха. Единицей измерения мощности силовых трансформаторов выступают киловольтамперы (кВА). Приведение номинальной мощности к киловаттам возможно только после монтажа и измерения cos φ нагрузки, который оказывает непосредственное влияние на количество потерь в трансформаторе. Так, трансформатор ТМ 1000 кВА может может иметь максимальную мощность в 1000 кВт при подключении к резистивной нагрузке, но при наличии реактивных элементов нагрузки мощность снижается на 5%-15%. Одним из главных параметров, который оказывает влияние на номинальную мощность – допустимый тепловой режим при длительной нагрузке. При его соблюдении теплового режима срок службы трансформатора будет соответствовать паспортным значениям. В случае превышения длительной температуры на несколько градусов, значительно снижается рабочий ресурс внутренней изоляции трансформатора. Это может стать причиной короткого замыкания в обмотке или магнитопроводе.

Новости

  • 18.11.2021 — CITIUS, ALTIUS, FORTIUS: Эволюция силового масляного трансформатора
  • 02.04.2021 — Лицензии на конструирование и изготовление оборудования для атомной энергетики. Истинные ценности и преимущества для компании ООО «Трансформер».
  • 01.03.2021 — Стратегия цифровой трансформации электросетей и технологии цифровых двойников силовых трансформаторов

© 2024 Все права защищены.
Политика конфиденциальности
Информация, размещенная на сайте не является офертой.

Как узнать мощность трансформатора?

Трансформаторы

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.

Трансформатор ТП114-163М

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 (Iн на напряжение питания прибора (Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – 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.

Замер толщины набора магнитопровода трансформатора

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.

Замер ширины центрального лепестка Ш-образной пластины

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; Pтр – 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.

Расчёт мощности трансформатора

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.).

Трансформатор -

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

Толщина набора пластин PDPC24-35

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.

Зависимость мощности трансформатора от напряжения короткого замыкания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — И. Д. Кутявин, С. А. Степанов, Л. И. Воронова

Зависимость мощности трансформатора от напряжения короткого замыкания
Об одном из способов снижения электродинамических усилий в обмотках трансформаторов
О предельной мощности трансформатора
К определению оптимальных размеров трехфазных двухобмоточных трансформаторов
О снижении электродинамических усилий (ЭДУ) в обмотках трансформаторов
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Зависимость мощности трансформатора от напряжения короткого замыкания»

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО, ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

И. Д. КУТЯВИН, С. А. СТЕПАНОВ, Л. И. ВОРОНОВА

В статье изложены результаты исследования зависимости поминальной мощности трансформатора от его напряжения (сопротивления) короткого замыкания (к. з.).

Сопротивление к. з. трансформатора является очень важным его параметром. Известно, что снижение этого сопротивления улучшает условия поддержания постоянства напряжения в системе, снижает потери реактивной мощности и повышает динамическую устойчивость системы. Но при этом увеличиваются токи короткого замыкания в сис-I геме и поэтому ухудшаются условия работы электрической аппаратуры. Технико-экономическая оценка этих факторов, возможно, позволила бы определить оптимальную величину сопротивления к. з. трансформаторов, но задача эта очень сложна и в пределах данной статьи не может быть рассмотрена.

Для выяснения исследуемой зависимости воспользуемся выражением мощности на стержень трансформатора, заимствованным из [1]:

Вс и А — индукция в стержне, тл, и плотность тока в обмотке, а/см2;

d — диаметр описанного круга вокруг стержня, kc —коэффициент заполнения сталью стержня.

Реактивная составляющая сопротивления к. з. в относительных единицах [1]:

Sc=kqcBcquA ква, k= 4,44/ — Ю-7,

Va 5 Заказ 4403

к9 —коэффициент Роговского; к — осевая высота обмоток (рис. 1); /м—длина среднего витка обмоток (канала рассеяния)

6′ — приведенная ширина канала рассеяния

бо! и 612 — радиальные расстояния от стержня до обмотки и между обмотками;

Ь1 и — радиальные ширины сечений обмоток.

Подставив выражение для про-I 1 I изведения из (4) в (1), найдем

c = k 3,33-10*=7)4_/_10_з;

f — число периодов тока, гц. Из выражения (7) видно, что мощность стержня при заданных размерах трансформатора прямо пропорциональна хр.

Для количественного представления о зависимости Sc (хр) приняты размеры трансформатора, близкого к предельной мощности, а именно (размеры в сантиметрах) : d= 140; h=250; 61 = 8; Ь2=Ю; 6oi = 3; 6×2 = 5; 10; 20; £р = 0,95; &с=0,85; = 1,75 тл. Обмотки: первичная — винтовая многозаходная, вторичная — непрерывная катушечная. Материал обмоток — медь.

В пунктах 1—4 таблицы приведены значения мощности стержня в МВА, вычисленные по (7) в виде зависимости Sc (лгр, 812 ). Значения

№ п/п. 0,03 0,05 0,10 0,15 0,20

1 ‘ 5 88 147 295 442 590

2 10 59 99 198 296 395

3 15 44 73 146 218 292

4 20 34 57 114 172 229

5 5 66 109 218 327 435

612 = 5-^-20 соответствуют ориентировочно номинальным напряжениям вторичной обмотки (ВН) в пределах 110—750 кв.

В пункте 5 приведена зависимость 5С (хр) для многослойной вторичной обмотки при числе слоев т — 8, расстоянии между медью со-

седних слоев 6 = 2,4 см и радиальной толщине меди слоя х=0,6 см. При этих данных радиальная толщина вторичной обмотки составляет Ь2 = 21,6 см. Для многослойной обмотки один конец внутреннего слоя заземлен, поэтому значение 612 = 5 см и не зависит от напряжения этой обмотки.

Для всех мощностей 5С, приведенных в пунктах 1—4 таблицы, основные габаритные размеры трансформатора (й, Л, Ьи Ь2) остаются неизменными, поэтому при малых значениях хр получается слабое использование активных материалов, в особенности стали сердечника. Но с ростом хр будут увеличиваться затраты активных материалов и средств на компенсацию реактивной мощности. Следовательно, должно существовать оптимальное значение которое можно определить, произведя технико-экономическую оценку расчетных затрат на трансформатор и компенсацию реактивной мощности.

Выясним еще возможные ограничения широкому изменению хр со стороны электродинамических усилий. Для ориентировочной оценки (закономерности) зависимости напряжения в меди обмоток от радиальных усилий воспользуемся формулой, приведенной в [2]:

Подставив выражения ( ) и хр в (9), найдем

Числитель выражения (11) в нашей задаче постоянен, а знаменатель с ростом хр и б7 растет, потому что с ростом хр увеличивается мощность 5С и, следовательно,

1. И. Д. Кутя вин, Л. И. Дель. О предельной мощности трансформаторов. Изв. ТПИ, т. 372, 1967.

2. П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов. «Энергия», 1968.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *