Как найти напряжение первичной обмотки трансформатора

Трансформатор – устройство для изменения напряжения или тока. В сегодняшней статье рассмотрим несколько простых задач на расчет трансформаторов.

Подписывайтесь на нас в телеграме, чтобы не пропустить ничего важного. А если хотите получить скидку – загляните на наш второй канал с акциями и бонусами для клиентов.

Задачи на расчет трансформаторов

Специально для тех, кто не знает, как подступиться к задачам по физике, мы подготовили памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам.

Задача на трансформатор №1

Условие

Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора,имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.

Решение

Применим форулу для коэффициента трансформации:

k=N1N2=U1U2

Из данной формулы следует, что:

U1=U2·N1N2

Подставим значения и вычислим:

U1=50·20005000=20 В

Ответ: 20 В.

Задача на трансформатор №2

Условие

Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением 220 В, по ней проходит ток 0,5 А. На вторичной обмотке напряжение составляет 9,5 В, а сила тока равна 11 А. Определите коэффициент полезного действия трансформатора.

Решение

Формула для коэффициента полезного действия трансформатора:

η=P2P1·100%

Здесь P=UI –  мощность тока в обмотке.

Возьмем данные из условия и применим указанную формулу:

η=U2I2U1I1·100%η=9,5·11220·0,5·100%=95%

Ответ: 95%

Задача на трансформатор №3

Условие

Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь

Решение

Напряжение на вторичной обмотке будет равно:

U2=U1kU2=2205=44 В

Если считать, что потерь энергии нет, то мощность во вторичной обмотке будет такая же, как и в первичной:

I2=P2U2=44 Вт44 В=1 А

Ответ: 1А

При решении задач не забывайте проверять размерности величин!

Задача на трансформатор №4

Условие

Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а коэффициент трансформации равен 10?

Решение

Сначала определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

U2=U1k=100010=100 В

Запишем формулу для КПД трансформатора и рассчитаем:

η=P2P1·100%=U2I2P1·100%η=100·3,8400·100%=95%

Ответ: 95%

Задача на трансформатор №5

Условие

Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону Ф=0,01sin100πt. Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.

Решение

По закону электромагнитной индукции:

ε=-NdФdt

Продифференцируем магнитный поток по времени:

dФdt=d(0,01sin100πt)dt=0,01·100π·cos100πt=πcos100πt

Подставим результат в формулу для ЭДС:

ε=-Nπcos(100πt)

От минуса в данном выражении можно избавиться с помощью формул тригонометрии. Сделаем это и запишем окончательный результат:

ε=Nπsin(100πt-π2)=95πsin(100πt-π2)

Ответ: 95πsin(100πt-π2)

Вопросы на тему «Трансформаторы»

Вопрос 1. Что такое трансформатор?

Ответ. Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более связанные обмотки на магнитопроводе. Трансформатор предназначен для преобразования одной величины напряжения и тока в другое без изменения частоты посредством электромагнитной индукции.

Основное назначение трансформаторов: изменять напряжение переменного тока.

Вопрос 2. Где используются трансформаторы?

Ответ. Трансформатор – очень распространенное устройство в электронике и электротехнике. Трансформаторы используются:

1. В сетях передачи электроэнергии.
2. В радиоэлектронных приборах (услилители низкой частоты и т.д.)
3. В источниках электропитания практически всех бытовых приборов.

Вопрос 3. Какие бывают трансформаторы?

Ответ. Трансформаторы делятся на:

• силовые;
• сварочные;
• измерительные;
• импульсные;
• разделительные;
• согласующие и т.д.

Помимо этого трансформаторы разделяют по числу фаз: однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Вопрос 4. Из чего состоит простейший трансформатор?

Ответ. Основными элементами любого трансформатора являются изолированные обмотки, намотанные на сердечник.

Вопрос 5. Когда изобрели трансформатор?

Ответ.  Прообразом трансформатора считается индукционная катушка француза Г. Румкорфа, представленная в 1848-м. В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Затем английские братья Гопкинсон, а также румыны К. Циперановский и О. Блати доработали устройство, добавив  замкнутый магнитопровод. В таком виде конструкция трансформатора остается актуальной и по сей день.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.

Проблемы с учебой? Обращайтесь в сервис помощи студентам в любое время!

Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в Сети, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.

Наиболее важные параметры силовых трансформаторов

Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:

1. На какие выводы подавать сетевое питание (230 вольт)?
2. С каких выводов снимать пониженное напряжение?
3. Каким оно будет (12 вольт, 24 или другим)?
4. Какую мощность сможет выдать трансформатор?
5. Как не запутаться, если обмоток, а соответственно, и попарных выводов – несколько?

Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора.
Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:

• мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
• паяльник;
• изолента или термоусадочная трубка;
• сетевая вилка с проводом;
• пара обычных проводов;
• лампа накаливания;
• штангенциркуль;
• калькулятор.

Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.

Определение первичной и вторичной обмоток

Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.
Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.

Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.
Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.

Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.
В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.
Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.
Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.

Определение напряжения вторичной обмотки

Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.

Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.
Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.
Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.
Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.

Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.

Простые способы вычисления мощности силового трансформатора

С мощностью понижающего трансформатора дела обстоят немного сложнее, но некоторые простые методики, все же, есть. Самый доступный способ определить эту характеристику – измерение диаметра проволоки во вторичной обмотке. Для этого понадобится штангенциркуль, калькулятор и нижеприведенная информация.
Сначала измеряется диаметр проволоки. Для примера возьмем значение в 1,5 мм. Теперь нужно вычислить сечение проволоки. Для этого необходимо половину диаметра (радиус) возвести в квадрат и умножить на число «пи». Для нашего примера сечение будет около 1,76 квадратных миллиметров.
Далее для расчета понадобится общепринятое значение плотности тока на квадратный миллиметр проводника. Для бытовых понижающих трансформаторов это 2,5 ампера на миллиметр квадратный. Соответственно, по второй обмотке нашего образца сможет «безболезненно» протекать ток силой около 4,3 А.
Теперь берем вычисленное ранее напряжение вторичной обмотки, и умножаем его на полученный ток. В результате получим примерное значение мощности нашего трансформатора. При 12 В и 4,3 А этот параметр будет в районе 50 Вт.
Мощность «безымянного» трансформатора можно определить еще несколькими способами, однако, они более сложные. Желающие смогут найти информацию о них в Сети. Мощность узнается по сечению окон трансформатора, с помощью программ расчета, а также по номинальной рабочей температуре.

Заключение

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что определение характеристик трансформатора без маркировки является довольно простой задачей. Главное – соблюдать правила безопасности и быть предельно внимательным при работе с высоким напряжением.

Подключаем к сети неизвестный трансформатор.

Как разобраться с обмотками трансформатора, как его правильно подключить к сети и не «спалить» и как определить максимальные токи вторичных обмоток???
Такие и подобные вопросы задают себе многие начинающие радиолюбители.
В этой статье я постараюсь ответить на подобные вопросы и на примере нескольких трансформаторов (фото в начале статьи), разобраться с каждым из них..Надеюсь, эта статья будет полезной многим радиолюбителям.

Для начала запомните общие особенности для броневых трансформаторов 

— Сетевая обмотка, как правило мотается первой (ближе всех к сердечнику) и имеет наибольшее активное сопротивление (если только это не повышающий трансформатор, или трансформатор имеющий анодные обмотки).

— Сетевая обмотка может иметь отводы, или состоять например из двух частей с отводами.

— Последовательное соединение обмоток (частей обмоток) у броневых трансформаторов производится как обычно, начало с концом или выводы 2 и 3 (если например имеются две обмотки с выводами 1-2 и 3-4).

— Параллельное соединение обмоток (только для обмоток с одинаковым количеством витков), производится как обычно начало с началом одной обмотки, и конец с концом другой обмотки (н-н и к-к, или выводы 1-3 и 2-4 — если например имеются одинаковые обмотки с выводами 1-2 и 3-4).

Общие правила соединения вторичных обмоток для всех типов трансформаторов.

Для получения различных выходных напряжений и нагрузочных токов обмоток для личных нужд, отличных от имеющихся на трансформаторе, можно получать путём различных соединений имеющихся обмоток между собой. Рассмотрим все возможные варианты.

— Обмотки можно соединять последовательно, в том числе обмотки намотанные разным по диаметру проводом, тогда выходное напряжение такой обмотки будет равно сумме напряжений соединённых обмоток (Uобщ. = U1 + U2… + Un). Нагрузочный ток такой обмотки, будет равен наименьшему нагрузочному току из имеющихся обмоток.
Например: имеются две обмотки с напряжениями 6 и 12 вольт и токами нагрузки 4 и 2 ампера — в итоге получим общую обмотку с напряжением 18 вольт и током нагрузки — 2 ампера.

— Обмотки можно соединять параллельно,

только если они содержат одинаковое количество витков, в том числе намотанные разным по диаметру проводом. Правильность соединения проверяется так. Соединяем вместе два провода от обмоток и на оставшихся двух измеряем напряжение.
Если напряжение будет равно удвоенному, то соединение произведено не правильно, в этом случае меняем концы любой из обмоток.
Если напряжение на оставшихся концах равно нулю, или около того (перепад более чем в пол-вольта не желателен, обмотки в этом случае будут греться на ХХ), смело соединяем вместе оставшиеся концы.
Общее напряжение такой обмотки не изменяется, а нагрузочный ток будет равен сумме нагрузочных токов, всех соединённых параллельно обмоток.
(Iобщ. = I1 + I2… + In) .
Например: имеются три обмотки с выходным напряжением 24 вольта и токами нагрузки по 1 амперу. В итоге получим обмотку с напряжением 24 вольта и током нагрузки — 3 ампера.

— Обмотки можно соединять параллельно-последовательно (особенности для параллельного соединения см. пунктом выше). Общее напряжение и ток будет, как при последовательном соединении.
Например: имеем две последовательно и три параллельно соединённые обмотки (примеры, описанные выше). Соединяем эти две составные обмотки последовательно. В итоге получаем общую обмотку с напряжением 42 вольта (18+24) и током нагрузки по наименьшей обмотке, то есть — 2 ампера.

— Обмотки можно соединять встречно, в том числе намотанные разным по диаметру проводом (так же параллельно и последовательно соединённые обмотки). Общее напряжение такой обмотки будет равно разности напряжений, включённых встречно обмоток, общий ток будет равен наименьшей по току нагрузки обмотки. Такое соединение применяется в том случае, когда необходимо понизить выходное напряжение имеющейся обмотки. Так же, что бы понизить выходное напряжение какой либо обмотки, можно домотать поверх всех обмоток дополнительную обмотку проводом, желательно не меньшего диаметра

той обмотки, напряжение которой необходимо понизить, что бы не уменьшился нагрузочный ток. Обмотку можно намотать, даже не разбирая трансформатор, если есть зазор между обмотками и сердечником , и включить её встречно с нужной обмоткой.
Например: имеем на трансформаторе две обмотки, одна 24 вольта 3 ампера, вторая 18 вольт 2 ампера. Включаем их встречно и в итоге получим обмотку с выходным напряжением в 6 вольт (24-18) и током нагрузки 2 ампера.
Но это чисто теоретически, на практике-же КПД такого включения будет ниже, чем если бы трансформатор имел одну вторичную обмотку
Дело в том, что протекающий по обмоткам ток — создаёт в обмотках ЭДС, и в большей обмотке напряжение уменьшается по отношению к напряжению ХХ, а в меньшей — увеличивается, и чем больше протекающий по обмоткам ток — тем больше это воздействие.
В итоге общее расчётное напряжение (при расчётном токе) будет ниже.

Начнём с маленького трансформатора, придерживаясь вышеописанных особенностей (левый на фото).
Внимательно его осматриваем. Все выводы у него пронумерованы и провода подходят к следующим выводам; 1, 2, 4, 6, 8, 9, 10, 12, 13, 22, 23, и 27.
Дальше необходимо прозвонить омметром все выводы между собой, чтобы определить количество обмоток и нарисовать схему трансформатора.
Получается следующая картина.
Выводы 1 и 2 — сопротивление между ними 2,3 Ома, 2 и 4 — между ними 2,4 Ома, между 1 и 4 — 4,7 Ома (одна обмотка со средним выводом).
Дальше 8 и 10 — сопротивление 100,5 Ома (ещё одна обмотка). Выводы 12 и 13 — 26 Ом (ещё обмотка). Выводы 22 и 23 — 1,5 Ома (последняя обмотка).
Выводы 6, 9 и 27 не прозваниваются с другими выводами и между собой — это скорее всего экранные обмотки между сетевой и другими обмотками. Эти выводы в готовой конструкции соединяются между собой и присоединяются к корпусу (общий провод).
Ещё раз внимательно осматриваем трансформатор.
Сетевая обмотка, как мы знаем, мотается первой, хотя бывают и исключения.

На фото плохо видно, поэтому продублирую. К выводу 8 подпаян провод, выходящий от самого сердечника (то есть он к сердечнику ближе всех), потом идёт провод к выводу 10 — то есть обмотка 8-10 намотана первой (и имеет самое высокое активное сопротивление) и скорее всего является сетевой.
Теперь по полученным данным от прозвонки, можно нарисовать и схему трансформатора.

Остаётся попробовать подключить предполагаемую первичную обмотку трансформатора к сети 220 вольт и проверить ток холостого хода трансформатора.
Для этого собираем следующую цепь.

Последовательно с предполагаемой первичной обмоткой трансформатора (у нас это выводы 8-10), соединяем обычную лампу накаливания мощностью 40-65 ватт (для более мощных трансформаторов 75-100 ватт). Лампа в этом случае сыграет роль своеобразного предохранителя (ограничителя тока), и защитит обмотку трансформатора от выхода её из строя при подключении к сети 220 вольт, если мы выбрали не ту обмотку или обмотка не рассчитана на напряжение 220 вольт. Максимальный ток, протекающий в этом случае по обмотке (при мощности лампы 40 ватт), не превысит 180 миллиампер. Это убережёт Вас и испытываемый трансформатор от возможных неприятностей.

-И вообще, возьмите себе за правило, если Вы не уверены в правильности выбора сетевой обмотки, её коммутации, в установленных перемычках обмотки, то первое подключение к сети всегда производить с последовательно включённой лампой накаливания.

Соблюдая осторожность, подключаем собранную цепь к сети 220 вольт (у меня напряжение сети чуть больше, а точнее — 230 вольт).
Что видим? Лампа накаливания не горит.
Значит сетевая обмотка выбрана правильно и дальнейшее подключение трансформатора можно производить без лампы.
Подключаем трансформатор без лампы и измеряем ток холостого хода трансформатора.

Ток холостого хода (ХХ) трансформатора измеряется так; собирается аналогичная цепь, что мы собирали с лампой (рисовать уже не буду), только вместо лампы включается амперметр, который предназначен для измерения переменного тока (внимательно осмотрите свой прибор на наличие такого режима).
Амперметр сначала устанавливается на максимальный предел измерения, потом, если его много, амперметр можно перевести на более низкий предел измерения.
Соблюдая осторожность — подключаем к сети 220 вольт, лучше через разделительный трансформатор. Если трансформатор мощный, то щупы амперметра на момент включения трансформатора в сеть лучше закоротить или дополнительным выключателем, или просто закоротить между собой, так как пусковой ток первичной обмотки трансформатора превышает ток холостого хода в 100-150 раз и амперметр может выйти из строя. После того, как трансформатор включён в сеть — щупы амперметра разъединяются и измеряется ток.

Ток холостого хода трансформатора должен быть в идеале 3-8% от номинального тока трансформатора. Вполне считается нормальным и ток ХХ 5-10% от номинального. То есть если трансформатор с расчётной номинальной мощностью 100 ватт, ток потребления его первичной обмоткой будет 0,45 А, значит ток ХХ должен быть в идеале 22,5 мА (5% от номинала) и желательно, чтобы он не превышал 45 мА (10% от номинала).

Как видим, ток холостого хода чуть более 28 миллиампер, что вполне допустимо (ну может чуток завышен), так как на вид этот трансформатор мощностью 40-50 ватт.
Измеряем напряжения холостого хода вторичных обмоток. Получается на выводах 1-2-4 17,4 + 17,4 вольта, выводы 12-13 = 27,4 вольта, выводы 22-23 = 6,8 вольта (это при напряжении сети 230 вольт).
Дальше нам нужно определить возможности обмоток и их нагрузочные токи. Как это делается?
Если есть возможность и позволяет длина подходящих к контактам проводов обмоток, то лучше измерить диаметры проводов (грубо до 0,1 мм — штангенциркулем и точно микрометром), и по таблице ЗДЕСЬ , при средней плотности тока 3-4 А/мм.кв. — находим токи, которые способны выдать обмотки.
Если измерить диаметры проводов не представляется возможным, то поступаем следующим образом.
Нагружаем по очереди каждую из обмоток активной нагрузкой, в качестве которой может быть что угодно, например лампы накаливания различной мощности и напряжения (лампа накаливания мощностью 40 ватт на напряжение 220 вольт имеет активное сопротивление 90-100 Ом в холодном состоянии, лампа мощностью 150 ватт — 30 Ом), проволочные сопротивления (резисторы), нихромовые спирали от электро плиток, реостаты и т.д.
Нагружаем до тех пор, пока напряжение на обмотке не уменьшится на 10% относительно напряжения холостого хода.
Потом измеряем ток нагрузки.

Этот ток и будет являться максимальным током, который обмотка способна будет выдавать длительное время не перегреваясь.

Условно принята величина падения напряжения до 10% для постоянной (статической) нагрузки для того, чтобы не перегревался трансформатор. Вы вполне можете взять 15%, или даже 20%, в зависимости от характера нагрузки. Все эти расчёты приближённые. Если нагрузка постоянная (накал ламп например, зарядное устройство), то берётся меньшее значение, если нагрузка импульсная (динамическая), например УНЧ (за исключением режима «А»), то можно взять значение и больше, до 15-20%.

Аналогично проверяются и другие трансформаторы.
На фото второго трансформатора видно, что выводы подпаяны к контактным лепесткам 1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 12.
После прозвонки становится ясно, что у трансформатора 4 обмотки.
Первая на выводах 1 и 6 (24Ома), вторая 3-4 (83 Ома), третья 7-8 (11,5 Ом), четвёртая 10-11-12 с отводом от середины (0,1+0,1 Ом).

Причём хорошо видно, что обмотка 1 и 6 намотана первой (белые выводы), потом идёт обмотка 3-4 (чёрные выводы).
24 Ома активного сопротивления первичной обмотки вполне достаточно. У более мощных трансформаторов активное сопротивление обмотки доходит до единиц Ом.
Вторая обмотка 3-4 (83 Ома), возможно повышающая.
Здесь можно замерить диаметры проводов всех обмоток, кроме обмотки 3-4, выводы которой выполнены чёрным, многожильным, монтажным проводом.

Дальше подключаем трансформатор через лампу накаливания. Лампа не горит, трансформатор на вид мощностью 100-120, замеряем ток холостого хода, получается 53 миллиампера, что вполне допустимо.
Замеряем напряжения холостого хода обмоток. Получается 3-4 — 233 вольта, 7-8 — 79,5 вольта, и обмотка 10-11-12 по 3,4 вольта (6,8 со средним выводом). Обмотку 3-4 нагружаем до падения напряжения на 10% от напряжения холостого хода, и измеряем протекающий ток через нагрузку.

Максимальный ток нагрузки этой обмотки, как видно из фотографии — 0,24 ампера.
Токи других обмоток определяются из таблицы плотности тока, исходя из диаметра провода обмоток.
Обмотка 7-8 намотана проводом 0,4 и накальная проводом 1,08-1,1. Соответственно токи получаются 0,4-0,5 и 3,5-4,0 ампера. Номинальная мощность трансформатора получается около 100 ватт.

Остался ещё один трансформатор. У него контактная планка с 14-ю контактами, верх 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 и низ соответственно чётные. Он мог переключаться на различные напряжения сети (127,220.237) вполне возможно, что первичная обмотка имеет несколько отводов, или состоит из двух полу-обмоток с отводами.
Прозваниваем, и получается такая картина:
Выводы 1-2 = 2,5 Ом; 2-3 = 15,5 Ом (это одна обмотка с отводом); 4-5 = 16,4 Ом; 5-6 = 2,7 Ом (ещё одна обмотка с отводом); 7-8 = 1,4 Ома (3-я обмотка); 9-10 = 1,5 Ом (4-я обмотка);11-12 = 5 Ом (5-я обмотка) и 13-14 (6-я обмотка).
Подключаем к выводам 1 и 3 сеть с последовательно включённой лампой накаливания.

Лампа горит в половину накала. Измеряем напряжение на выводах трансформатора, оно равняется 131 вольт.
Значит не угадали и первичная обмотка здесь состоит из двух частей, и подключенная часть при напряжении 131 вольт начинает входить в насыщение (повышается ток холостого хода) и по этому нить лампы раскалилась.
Соединяем перемычкой выводы 3 и 4, то есть последовательно две обмотки и подключаем сеть (с лампой) к выводам 1 и 6.
Ура, лампа не горит. Измеряем ток холостого хода.

Ток холостого хода равен 34,5 миллиампер. Здесь скорее всего (так, как часть обмотки 2-3, и часть второй обмотки 4-5 имеют большее сопротивление, то эти части рассчитаны на 110 вольт, а части обмоток 1-2 и 5-6 по 17 вольт, то есть общее для одной части 1278 вольт) 220 вольт подключалось к выводам 2 и 5 с перемычкой на выводах 3 и 4 или наоборот. Но можно оставить и так, как мы подключили, то есть все части обмоток последовательно. Для трансформатора это только лучше.
Всё, сеть нашли, дальнейшие действия аналогичны описанным выше.

Ещё немного о стержневых трансформаторах. Например имеется такой (фото выше). Какие для них общие особенности?

— У стержневых трансформаторов, как правило две симметричные катушки, и сетевая обмотка разделена на  две катушки, то есть на одной катушке намотано витков на 110 (127) вольт , и на другой. Нумерация выводов одной катушки — аналогична другой, номера выводы на другой катушке помечаются (или условно помечаются) штрихом, т.е. 1′, 2′ и т.д.

— Сетевая обмотка, как правило, мотается первой (ближе всех к сердечнику).

— Сетевая обмотка может иметь отводы, или состоять из двух частей (например одна обмотка — выводы 1-2-3; или две части — выводы 1-2 и 3-4).

-У стержневого трансформатора  магнитный поток движется по сердечнику (по «кругу, эллипсу»), и направление магнитного потока одного стержня будет противоположно другому, поэтому для последовательного соединения двух половин обмоток, на разных катушках соединяют одноимённые контакты или начало с началом (конец с концом), т.е. 1 и 1′, сеть подают на 2-2′, или 2 и 2′, сеть подают тогда на 1 и 1′.

Ещё раз напоминаю о соблюдении техники безопасности, и лучше всего для экспериментов с напряжением 220 вольт иметь дома разделительный трансформатор (трансформатор с обмотками 220/220 вольт для гальванической развязки с промышленной сетью), который защитит от поражения током, при случайном прикосновении к оголённому концу провода.

Если возникнут какие то вопросы по статье, или найдёте в загашниках трансформатор (с подозрением, что он силовой), задавайте вопросы ЗДЕСЬ , поможем разобраться с его обмотками и подключением к сети.

 

Но проще и дешевле собрать его своими руками. К тому же сам процесс сборки достаточно интересный. Но как показывает практика, в основе сборки лежит расчет трансформатора, он же блок питания. Поэтому стоит поговорить именно о проводимых расчетах, то есть, разобраться с формулами и указать на нюансы.

Конструкция трансформатора

Если посмотреть на трансформатор с внешней стороны, то это Ш-образное устройство, состоящее из металлического сердечника, картонного или пластикового каркаса и обмотки из медной проволоки. Обмоток две.

Сердечник – это несколько стальных пластин, которые обработаны специальным лаком и соединены между собой. Лак наносится специально, чтобы между пластинами не проходило напряжение. Таким способом борются с так называемыми вихревыми токами (токами Фуко). Все дело в том, что токи Фуко просто будут нагревать сам сердечник. А это потери.

Именно с потерями связан и состав пластин сердечника. Трансформаторное железо (так чаще всего называют сталь для сердечника специалисты), если посмотреть ее в разрезе, состоит из больших кристаллов, которые, в свою очередь, изолированы друг от друга окисной пленкой.

Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

1. Это снижение напряжения до необходимых параметров.
2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены. Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

U1/U2=n1/n2, где:

• U1 – напряжение на первичной обмотке,
• U2 – на вторичной,
• n1 – количество витков на первичной обмотке,
• n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт. То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.

Внимание! Если в собираемом вами трансформаторе не одна вторичная обмотка, то мощность первичной состоит из суммы мощностей вторичных.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

S=1,15 * √P

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Обратите внимание! Все полученные расчетным путем параметры имеют неокругленную цифру, поэтому округлять надо обязательно и всегда только в большую сторону. К примеру, расчетная мощность получилась 35,8 Вт, значит, округляем до 40 Вт.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче. Здесь важно, чтобы количество обмоток уместилось.

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» — сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока. Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Заключение по теме

В этой статье мы постарались ответить на вопрос, как рассчитать трансформатор сетевого типа? Данный принцип подбора является упрощенным. Но для практических целей он даже очень достаточный. Так что новичкам лучше использовать именно его, и не лезть в дебри математических выкладок с большим количеством составляющих. Конечно, в нем не учитываются все потери, но округления показателей компенсируют их.

Автор: , 11 Авг 2013

Очень часто для питания радиолюбительских конструкций или для питания готовых устройств требуется понижающий трансформатор. Точный расчёт силового трансформатора очень сложен, но для приблизительного расчёта можно воспользоваться упрощёнными формулами. В этой статье рассмотрим как рассчитать трансформатор, собранный на наиболее часто встречающемся магнитопроводе из Ш-образных пластин.

Для расчёта трансформатора нам нужно знать: желаемое напряжение на вторичной обмотке и ток нагрузки. Ели ток нагрузки не известен, но известна его мощность, то вычислить ток не составит труда — нужно мощность поделить на напряжение на вторичной обмотке.

1. Расчёт тока вторичной обмотки

I2 = 1,5*Iн, где

• I2 — ток во вторичной обмотке, А,
• Iн — ток нагрузки, А.

2. Определение мощности, потребляемой от вторичной обмотки

P2 = U2*I2, где

• P2 — мощность вторичной обмотки, Вт,
• U2 — напряжение вторичной обмотки, В,
• I2 — ток вторичной обмотки, А.

Если необходимо несколько вторичных обмоток, то считаем мощность каждой обмотки, а затем складываем мощности всех вторичных обмоток и подставляем в следующую формулу.

3. Определение мощности трансформатора

Pт = 1,25*P2, где

• Рт — общая мощность трансформатора, Вт,
• Р2 — мощность вторичной обмотки, Вт.

4. Расчёт тока первичной обмотки

I1 = Pт/U1, где

• I1 — ток в первичной обмотке трансформатора, А,
• Pт — мощность трансформатора, Вт,
• U1 — напряжение первичной обмотки, В.

5. Определение необходимого сечения сердечника магнитопровода

S = 1,3*√ Pт, где

• S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см²,
• Pт — мощность трансформатора, Вт.

Следует заметить, что магнитопровод нужно подбирать так, чтобы отношение ширины сердечника (центральной пластины) магнитопровода к толщине набора было в пределах 1 ÷ 2.

 6. Расчёт числа витков в первичной обмотке

W1 = 50*U1/S, где

• W1 — число витков первичной обмотки, шт,
• U1 — напряжение первичной обмотки, В,
• S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

7. Расчёт числа витков во вторичной обмотке

W2 = 55* U2/S, где

• W2 — число витков вторичной обмотки, шт,
• U1 — напряжение вторичной обмотки, В,
• S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

8. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

d = 0,632*√ I, где

• d — диаметр провода, мм,
• I — ток обмотки, А (соответственно подставляем I1 и I2 для первичной и вторичной обмоток).

Расчёт приведён для медного провода.

9. Проверка заполняемости окон магнитопровода

После подбора пластин магнитопровода следует проверить влезет ли провод на каркас трансформатора.

Sо = 50*Pт, где

• Sо — площадь, занимаемая намотанными проводами, в одном окне магнитопровода, мм²,
• Pт — мощность трансформатора, Вт.

Если площадь окна подобранного магнитопровода больше или равна вычисленной, то провод влезет.

Рекомендации по сборке и намотке трансформатора

Пластины магнитопровода нужно собирать вперекрышку, как это показано на рисунке вверху.

Магнитопровод следует стянуть обоймой или шпильками с гайками, шпильки необходимо обернуть бумагой или другим изоляционным материалом, чтобы шпильки не замыкали пластины. Если магнитопровод плохо стянут, то он будет гудеть.

Провода следует наматывать равномерно и плотно(иначе могут не влезть). Между каждым рядом надо прокладывать тонкую бумагу или лавсановую плёнку в 1-2 слоя и 3-4 слоя между обмотками.

Для удобства намотки можно сделать простое приспособление, показанное на рисунке:

Состоит устройство из двух фанерных стоек, закреплённых на общем основании и вставленного в них металлического прутка, с одного конца изогнутого в виде ручки. Одной рукой крутим ручку, второй направляем провод, катушку с проводом можно наподобие разместить ещё на одном прутке, но уже без ручки.

Рубрики: Полезные устройства

Метки: своими руками, электричество, электроприборы