УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

И. НИКИФОРОВ, г. Чебоксары

На страницах журнала неоднократно освещались вопросы расчета сетевых трансформаторов для "классических" блоков питания. Однако, судя по редакционной почте, эта тема по-прежнему интересует наших читателей. Предлагаемой публикацией мы отвечаем на некоторые типичные вопросы.

Один из важнейших узлов любой электронной аппаратуры - блок питания. Его основной элемент - сетевой трансформатор. В статье изложен простой метод расчета одно- и трехфазных трансформаторов мощностью до 1000 Вт для сети частотой 50 Гц.

Расчет проводят в следующем порядке:

1. Предполагают известными напряжение U2 и ток Ia вторичной обмотки.

2. Определяют полную мощность вторичной обмотки: Р2 = U2 * I2 - для однофазного трансформатора; Р2=3U2ф*I2ф - для трехфазного, где U2ф, I2ф - соответственно фазные напряжение и ток. Если вторичных обмоток несколько, вычисляют мощность каждой и суммируют все.

3. Рассчитывают мощность первичной обмотки: P1 = Р2/n, где n - КПД трансформатора; его определяют из таблицы (Вм - амплитудное значение индукции в магнитопроводе).

S1, B*A

Вм,Тл

n,%

b, А/мм2

<=10

1.1

82

4,8

20

1,25

85

3.9

40

1,36

87

3,2

70

1.4

89

2,8

100

1,36

91

2.6

200

1.26

93

2

400

1.16

96

1,6

700

1,1

96

1,3

1000

1,06

96

1.2

4. Вычисляют площадь поперечного сечения магнитопровода Q в см2: стержневого - Q=k(P1/2f)1/2; броневого (центрального керна) - Q=k(P1/f)1/2; трехфазного трансформатора - Q = k(P1/3f)1/2, где k = 4...6 - для маслозаполненных трансформаторов, k = 6...8 - для воздушных трансформаторов, f - частота сети. Для понижающего автотрансформатора: P1=(U1-U2)I1/n1 (рис. 1,а), повышающего P1=(U2-U1)I2/n (рис. 1,б).

Будем считать, что охлаждение - наиболее распространенное в радиолюбительских условиях - воздушное. Если монтаж аппаратуры, включая и блок питания, очень плотный и объем внутреннего пространства мал, то принимают k = 8. При свободном размещении элементов и узлов аппаратуры k = 6. Когда рассчитывают автотрансформатор, значение k увеличивают на 20 %.

5. Выбирают магнитопровод с поперечным сечением (произведение ширины стержня или центрального керна для броневого магнитопровода на толщину пакета пластин) не менее расчетного. В крайнем случае допустимо использовать магнитопровод с меньшей площадью по сравнению с рассчитанной, но не более чем на 10 %. Следует учитывать, что применение такого магнитопровода скорее всего приведет к повышенной температуре нагрева трансформатора под нагрузкой, а также катушка (или катушки) может не поместиться в отведенном для нее окне.

6. Рассчитывают число витков обмоток. Для первичной обмотки одно- и трехфазных трансформаторов w1=100U1/(2,22ВмQ), a w2=w1U2/U1. Можно рассчитать число витков на 1 В рабочего напряжения по формуле: wo=45/Q, где 45 - постоянная для трансформаторной стали. Правда, точность расчета при этом будет хуже, чем для вышеприведенных формул. В этом случае число витков обмоток w2=woU2, w1=woU2. Чтобы компенсировать потери, увеличивают число витков вторичных обмоток примерно на 10 % для проводов диаметром до 0,2 мм и на 5 % для остальных.

7. Отдельно рассмотрим понижающий (рис. 1,а) и повышающий (рис. 1,6) автотрансформаторы. Число витков w1+w2 = 100U1/(2,22ВмQ), w2 = 100U2/(2,22ВмQ) - для понижающего автотрансформатора; w1 = 100U1/(2,22ВмQ), w2 = 100 (U2-U1)/(2,22BмQ) - для повышающего автотрансформатора. Число витков вторичных частей обмоток также корректируют, как в п. 6.

8. Рассчитывают ток обмоток однофазных трансформаторов I1 = P1/U1 и трехфазных , . Для трехфазного трансформатора учитывают соединение обмоток: в звезду - , в треугольник - Uл = Uф. Ток вторичной обмотки либо известен, либо рассчитывают исходя из мощности вторичных обмоток трансформатора Р2: однофазного I2 = P2/U2; трехфазного - для автотрансформатора I2 = P2/(nU,), I2=P2/U2.

9. Рассчитывают диаметры проводов обмоток по формуле: d=1,13 (Inp/b)1/2, где Inp - максимальный ток провода в А. Значение плотности тока 5 выбирают из таблицы. Следует помнить, что по обмотке w2 автотрансформатора протекает ток, равный разности входного и выходного I1 - I2. Если необходимо вычислить, какой ток можно пропустить по проводу определенного диаметра, применяют формулу Inp = d2b/1,277. Рассчитав d для всех обмоток, выбирают ближайшие значения из ряда стандартных проводов, выпускаемых промышленностью.

10. Проверяют заполнение окна магнитопровода. Суть этого заключается в уточнении - поместятся ли все обмотки на каркасе катушки (рис. 2). Вначале рассчитывают число витков одного слоя на ширину заполнения каркаса: wc=(0,9...0,95)с/dпр.из. где dnp. из - диаметр провода в изоляции (мм). Далее определяют число слоев для каждой обмотки отдельно: х=woбм/wc. Вычисляют толщину заполнения каркаса катушки каждой из обмоток: у=х*dnp.из+dt, где dt - суммарная толщина межслойной и межобмоточной изоляции (мм). Проверяют высоту заполнения каркаса проводом: hз=y1+y2 + ..., hз<=h, если это условие не выполняется, нужно выбрать магнитопровод трансформатора с большим окном.

И последние рекомендации по сборке трансформатора. Катушки не должны соприкасаться с магнитопроводом. Магнитопровод собирают как можно плотнее. Чтобы не было "выпячивания" пластин после стягивания их винтами, накладывают стягивающий каркас. Если магнитопровод собран не плотно, он греется на холостом ходу и прослушивается низкочастотный шум. Перед сборкой надо не полениться проверить каждую пластину, очистить их от ржавчины и покрыть с одной стороны тонким слоем быстросохнущего лака.

Наматывая катушку, следят, чтобы не было перехлестав проводов. Каждые несколько слоев сетевой обмотки (соответствующие 50...60 В) изолируют одним слоем изоляции. Если к блоку питания предъявляют жесткие требования по прохождению помех из сети, первичную обмотку экранируют от вторичных незамкнутым слоем фольги, не забывая об изоляции между обмотками. Экранирующую обмотку соединяют с общим проводом источника питания.

Предложенная методика обеспечивает высокую точность расчета (в пределах 5 %) лишь для частоты сетевого напряжения не более 50 Гц.

Радио 10 (2000)

  Назад