Sekundární vinutí transformátoru, co stojí za to vědět, jak vypočítat, vyrobit pro požadované napětí, proud. „ElectroHobby
Bylo potřeba výkonné napájení. V mém případě existují dvě magnetická jádra: pancéřová páska a toroidní. Typ zbroje: ШЛ32х50 (72х18). Toroidní typ: OL70/110-60.
VÝCHOZÍ ÚDAJE pro výpočet transformátoru s pancéřovaným magnetickým obvodem:
- napětí primárního vinutí, U1 = 220 V;
- napětí sekundárního vinutí, U2 = 36 V;
- proud sekundárního vinutí, l2 = 4 A;
- tloušťka vinutí a = 32 mm;
- šířka pásky b = 50 mm;
- šířka okna c = 18 mm;
- výška okna h = 72 mm.
Výpočet transformátoru s magnetickým jádrem typu ШЛ32х50(72х18) ukázal, že samotné jádro je schopno produkovat napětí 36 voltů s proudem 4 ampéry, ale nemusí být možné navinout sekundární vinutí kvůli nedostatečné ploše okna. Pro jistotu si spočítejme transformátor s magnetickým jádrem typu OL70/110-60.
Softwarový (online) výpočet vám umožní experimentovat s parametry za běhu a zkrátit dobu vývoje. Můžete také vypočítat pomocí níže uvedených vzorců. Popis vstupních a výpočtových polí programu: světle modré pole je výchozí údaj pro výpočet, žluté pole je údaj vybraný automaticky z tabulek, pokud zaškrtnete políčko pro úpravu těchto hodnot, pole změní barvu na světle modrou a umožní vám zadat vlastní hodnoty, zelené pole je vypočtená hodnota.
Vzorce a tabulky pro ruční výpočet transformátoru:
1. Výkon sekundárního vinutí;
2. Celkový výkon transformátoru;
| hodnota | Celkový výkon sekundárních vinutí Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| Účinnost | 0,50-0,60 | 0,60-0,80 | 0,80-0,91 | 0,91-0,94 | 0,94-0,95 |
3. Skutečný průřez oceli magnetického jádra v místě cívky transformátoru;
4. Vypočítaný průřez oceli magnetického jádra v místě cívky transformátoru;
5. Skutečná plocha průřezu okna jádra;
6. Hodnota jmenovitého proudu primárního vinutí;
| hodnota | Celkový výkon sekundárních vinutí Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| COS Φ | 0,85-0,90 | 0,90-0,93 | 0,93-0,95 | 0,95-0,93 | 0,93-0,94 |
7. Výpočet průřezu vodiče pro každé z vinutí (pro I1 a I2);
| Návrh magnetického obvodu | Proudová hustota J, [A/mm sq.] při Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 2-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| Brnění/pásky | 3,8-3,5 | 3,5-2,7 | 2,7-2,4 | 2,4-2,3 | 2,3-1,8 |
8. Výpočet průměru vodičů v každém vinutí bez zohlednění tloušťky izolace;
9. Výpočet počtu závitů vinutí transformátoru;
n – číslo vinutí,
U‘ — úbytek napětí ve vinutí, vyjádřený v procentech jmenovité hodnoty, viz tabulka.
U toroidních transformátorů je relativní hodnota celkového úbytku napětí ve vinutí výrazně menší ve srovnání s pancéřovanými transformátory.
| Torus, velikost U‘ | Celkový výkon sekundárních vinutí Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 8-25 | 25-60 | 60-125 | 125-250 | 250-600 | |
| U’1 | 20-13 | 13-6 | 6-4,5 | 4,5-3 | 3-1 |
| U’2 | 25-18 | 18-10 | 10-8 | 8-6 | 6-2 |
| Návrh magnetického obvodu | Magnetická indukce Bmax, [T] na Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | |
| Brnění/pásky | 1,55 | 1,65 | 1,65 | 1,65 | 1,65 |
10. Výpočet počtu závitů na volt;
11. Vzorec pro výpočet maximálního výkonu, který může magnetický obvod dodat;
Sст ф – skutečný průřez ocelí stávajícího magnetického obvodu v místě cívky;
Sок ф – aktuální plocha okna ve stávajícím magnetickém obvodu;
Vmah – magnetická indukce viz tabulka č. 5;
J — proudová hustota, viz tabulka č. 3;
Kok je koeficient výplně okna, viz tabulka č. 6;
Kst je součinitel zaplnění magnetického obvodu ocelí, viz tabulka č. 7;
Hodnoty elektromagnetického zatížení Bmax a J závisí na výkonu odebíraném ze sekundárního vinutí obvodu transformátoru a jsou převzaty z tabulek pro výpočty.
| Návrh magnetického obvodu | Pracovní napětí | Faktor plnění okna Kok na Pout, [W] | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5-15 | 15-50 | 50-150 | 150-300 | 300-1000 | ||
| Brnění/pásky | až 100 V | 0,15-0,27 | 0,27-0,29 | 0,29-0,32 | 0,32-0,34 | 0,34-0,38 |
| 100 – 1000 V | 0,13-0,23 | 0,23-0,26 | 0,26-0,27 | 0,27-0,30 | 0,30-0,33 | |
| Návrh magnetického obvodu | Součinitel plnění Kst při tloušťce oceli, mm | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,08 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,35 | |
| Brnění/pásky | 0,87 | 0,88 | 0,90 | 0,91 | 0,93 |
Po určení hodnoty Sst*Sok je možné zvolit požadovanou lineární velikost magnetického obvodu, který má poměr ploch ne menší, než jaký byl získán výsledkem výpočtu.
Dovolte mi připomenout, že transformátor je elektrické zařízení schopné přeměňovat elektrickou energii prostřednictvím meziprostředí ve formě elektromagnetického pole. Konstrukce transformátoru je poměrně jednoduchá. Skládá se z magnetického jádra (může mít různé tvary), na kterém jsou navinuty závity izolovaného drátu. Klasická verze transformátoru obsahuje dvě vinutí: primární (také známé jako vstupní) a sekundární (také známé jako výstupní). V závislosti na materiálu magnetického jádra, celkovém výkonu transformátoru, požadovaných parametrech (vstupní a výstupní napětí a proud) obsahuje toto zařízení určitý počet závitů a průřez vodiče vinutí.
Primární vinutí transformátorů jsou většinou navržena pro standardní síťové napětí 220 voltů (méně často 380 voltů, tyto transformátory se používají v průmyslovém sektoru). Jednou z hlavních charakteristik transformátoru je jeho výkon. Znáte-li výkon tohoto zařízení a máte primární vinutí dimenzované na 220 voltů, můžete si snadno předělat jakýkoli transformátor podle svých potřeb (pokud vám tento výkon stačí) navinutím sekundárního vinutí na požadované výstupní napětí a proud.
Jak můžete určit tento výkon transformátoru? Podle jeho jádra! Elektrický výkon transformátoru (ve wattech) se rovná druhé mocnině plochy (v centimetrech) průřezu části magnetického obvodu, na které je navinut vodič.
Dovolte mi připomenout, že elektrický výkon se rovná součinu napětí a proudu. To znamená, že pokud známe výkon transformátoru, se kterým může pracovat, můžeme vypočítat jmenovitý proud, který může sekundární vinutí vyrobit (při znalosti hodnoty napětí).
Například se rozhodnete vyrobit si napájecí zdroj s relativně nízkým výkonem. Snižovací výkonový transformátor (s železným magnetickým jádrem) odebereme ze starého nepotřebného elektrického zařízení (pokud ho máte v domě nebo garáži) nebo jej koupíme. Řekněme, že z jádra určíte, že transformátor má výkon asi 120 wattů. To znamená, že při napětí 12 voltů (na sekundárním vinutí) dokáže poskytnout proud až 10 ampér (výkon dělený napětím a přijatým proudem). Ve skutečnosti je třeba vzít v úvahu, že malé transformátory mají účinnost asi 80 %, což znamená, že maximální výstupní proud bude o něco menší než 10 ampér (na základě tohoto příkladu).
Ukázalo se, že transformátor, který jste našli a zakoupili, byl navržen (jeho sekundární, výstupní vinutí) pro jiné napětí, ne to, které potřebujete. Žádný problém! Opatrně jej rozebereme, odmotáme staré sekundární vinutí a namotáme nové. Pokud vám průměr drátu může poskytnout požadovaný proud, pak jednoduše převiňte staré sekundární vinutí na požadované napětí. Napětí závisí na počtu závitů (čím více závitů, tím vyšší je výstupní napětí). Síla proudu závisí na průřezu vodiče vinutí (čím větší je průřez, tím větší proud jím může vodič projít bez přehřátí).
U různých výkonových transformátorů se bude také lišit počet závitů na 1 volt. Čím větší výkon, tím méně vodičů je potřeba navinout, aby se získal 1 volt (a obecně požadované napětí). Velikost drátu do značné míry závisí na hustotě proudu, kterou můžete tolerovat. Pokud je oblast vinutí velká, bude se lépe chladit, proto lze hustotu proudu zvolit vyšší. Když je vinutí pevně navinuto, je lepší vzít nižší hustotu proudu. Průměrná proudová hustota je 2 A/mm2. Při této hustotě lze průměr drátu (bez izolace) vypočítat pomocí vzorce:
Počet závitů sekundárního vinutí bude v praxi snazší určit. K tomu rychle navineme řekněme 20 závitů na transformátor. Napájíme primární vinutí. Dále změříme napětí na sekundárním vinutí (těchto 20 závitů), načež těchto 20 závitů vydělíme naměřeným napětím a získáme počet závitů, který nám dá 1 volt. Takže, abychom zjistili celkový počet závitů sekundárního vinutí, vynásobíme napětí sekundárního vinutí počtem závitů na volt. Například při navinutí 1 závitů dostaneme 10 volt, proto vynásobíme 10 12 volty (které chceme získat na výstupu transformátoru). V důsledku toho by naše sekundární vinutí mělo obsahovat 120 závitů.
PS Abyste si nepletli hlavu s převíjením vinutí transformátoru, je možná lepší jednoduše zakoupit na trhu nebo v obchodě transformátor s odpovídajícím výkonem, s požadovaným výstupním napětím a proudem. Mějte ale na paměti, že levné transformátory nemusí do jisté míry odpovídat jejich charakteristikám (obvykle je na magnetické jádro umístěn drát o menším průměru, než je nutné). Je tedy lepší si připlatit a koupit kvalitní transformátor.