Онлайн расчет трансформатора за 6 простых шагов

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг 1. Задание формы сердечника и его сечения

Наилучшее распределение магнитного потока имеют сердечники из W-образных пластин. Кольцевая форма U-образных составных частей имеет высокую стойкость.

Для выполнения расчета необходимо указать форму сердечника по типу пластины (нажав на точку) и ее измеренные линейные размеры:

1. Ширина пластины под катушку с намоткой.
2. Толщина упаковки.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг 2. Выбор напряжения

Трансформатор выполнен в виде повышающей, понижающей (принципиально обратимой) или разделительной конструкции. В любом случае необходимо указать, какие напряжения вам нужны на первичной и вторичной обмотках в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг 3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию значение по умолчанию для домашней сети составляет 50 герц. При необходимости его нужно менять на требуемый один за другим расчетом. А вот для высокочастотных трансформаторов, используемых для импульсных источников питания, этот прием не предназначен.

Они изготавливаются из других основных материалов и рассчитываются другими способами.

Шаг №4. Эффективность

Для обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от подаваемой электрической мощности и рассчитывается как среднее значение.

Но вы можете настроить значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому течет ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов используется средний параметр 1,3 Тесла. Это можно исправить.

Шаг №6 плотность тока

Термин используется для выбора обмоточной проволоки в соответствии с условиями эксплуатации. Среднее значение для меди составляет 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. В случае принудительного охлаждения или пониженных нагрузок допускается увеличение. Впрочем, 3,5 А/мм кв вполне подойдет для бытовой техники.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек исходными данными нажмите кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и отображает результаты расчета в виде таблицы.

Онлайн-калькулятор (ссылка открывается в новой вкладке)

Калькулятор расчета трансформатора

Трансформаторы часто используются для питания цепей управления, для освещения и в различных электронных устройствах. С такой задачей, как расчет трансформатора тока, сталкиваются не только специалисты в этих областях, но и обычные любители. Поэтому мы очень часто сталкиваемся с проблемой, когда не знаем, как выполнить простой расчет трансформатора и расчет параметров трансформатора. К счастью, есть решение этой проблемы.

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электрическое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения ее формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство используется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор состоит из следующих конструктивных элементов:

• основной;
• обмотки;
• рамка для расположения обмоток;
• изоляция;
• дополнительные элементы, обеспечивающие жесткость устройства.

Принцип работы любой трансформаторной установки основан на эффекте возникновения магнитного поля вокруг проводника с протекающим по нему электрическим током. Такое поле возникает и вокруг магнитов. Ток представляет собой направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник, намотав его на катушку и подключив к концам прибор для измерения потенциала, можно наблюдать увеличение амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при приложении магнитного поля к катушке с намотанным проводником получается источник энергии или ее преобразователь.

В трансформаторном блоке такая катушка называется первичной или сетевой катушкой. Он предназначен для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно все время изменяться по направлению и размеру, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и соединяющей их магнитной цепи. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток передается через магнитопровод (сердечник) на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны магнитными силовыми линиями. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении магнитного поля в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимной индукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода определяет максимальный ток. При равных витках катушек уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае, когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше входного — и наоборот.

Нагрев всего агрегата зависит от сечения провода, используемого в трансформаторе. Выбрать нужный раздел можно с помощью специальных таблиц из энциклопедий, но проще воспользоваться онлайн-калькулятором-трансформером.

Отношение полного магнитного потока к потоку катушки определяет прочность магнитной связи. Для его увеличения обмотки катушек размещены на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается из материалов с хорошей электромагнитной проводимостью, например феррита, альцифера, карбонильного железа. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: одна электрическая, образованная током в первичной обмотке, одна электромагнитная, образующая магнитный поток, и другая электрическая, связанная с появлением тока во вторичной обмотке при подключении нагрузки к этому.

Корректная работа трансформатора также зависит от частоты сигнала. Чем он больше, тем меньше потерь при передаче энергии. А это значит, что размеры магнитопровода зависят от величины: чем выше частота, тем меньше размеры устройства. По такому принципу строятся импульсные преобразователи, производство которых связано с трудностями освоения, поэтому для расчета трансформатора по сечению сердечника часто используют калькулятор, помогающий избавиться от ошибок ручного расчета.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются друг от друга не только областью применения, техническими характеристиками и габаритами, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, помимо соотношения витков, является размер сердечника. Насыщающая способность зависит от значения. Эффект насыщения возникает, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остается неизменной, т е сила не меняется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения потребуется правильно рассчитать объем и сечение сердечника, размер которого определяет мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем больше должен быть сердечник.

По конструкции сердечник делится на три основных типа:

Цепь магнитопровода представляет собой конструкцию П-образного или Ш-образного типа. Он собран из стержней, стянутых хомутом. Для защиты катушек от воздействия внешних электромагнитных сил применяют бронированные магнитопроводы. Их хомут расположен снаружи и замыкает стержень со шпулей. Кольцевидный внешний вид сделан из металлических полос. Такие сердечники являются наиболее экономичными из-за кольцевой конструкции.

Зная форму сердечника, легко рассчитать мощность трансформатора. Он находится по простой формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

• S — площадь поперечного сечения сердечника.
• К – постоянный коэффициент, равный 1,33.

Площадь сердцевины зависит от вида, единицей измерения является квадратный сантиметр. Результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится рассчитывать сечение сердечника по требуемой мощности трансформатора: Sc = 1,2√P, см2. На основании формул можно подтвердить вывод: чем больше мощность изделия, тем больше используемый сердечник.

Расчёт трансформатора своими руками: онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов

Одним из часто используемых устройств в энергетике, электронике и радиотехнике является трансформатор. Часто от его параметров зависит надежность устройства в целом. Бывает, что при выходе из строя трансформатора или при самостоятельном изготовлении радиоблоков найти блок с необходимыми параметрами для серийного производства не удается. Поэтому расчет трансформатора и его мощности необходимо проводить самостоятельно.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которую использовал десятилетиями для изготовления и испытания самодельных трансформаторных блоков из железа неизвестной по мощности нагрузки марки.

Согласно ему, мне почти всегда удавалось накрутить раунд с первого раза. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать определенное количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

Расчет основан на среднем коэффициенте полезного действия ŋ, который представляет собой отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке, к приложенной общей мощности S1 в первичной обмотке.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оцениваются по статистической таблице.

Мощность трансформатора, Вт	Эффективность ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0,95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего через первичную обмотку в амперах, на напряжение бытовой электропроводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую через сердечник, полностью распределенную в нем, в зависимости от формы распределения потока:

1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. для сердечника из W-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: узнать требуемое значение первичной или вторичной мощности, выбрать магнитопровод по форме и сечению сердечника; или, исходя из размеров существующего магнитопровода, оценить электрическую мощность, которую может пропустить построенный трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в другое, например U1=220 вольт на входе и U2=24 вольта на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном выше примере записывается в виде выражения 220/24 или дроби со значением первичного напряжения в числителе и вторичного напряжения в знаменателе. Он также позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1/W2

На первом шаге мы уже определили электрическую мощность каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I = S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока находится в пределах 1,8÷3 ампер на квадратный миллиметр.

Мы определили значение тока в амперах для каждой обмотки на предыдущем шаге.

Теперь мы просто возьмем квадратный корень из этого и умножим на коэффициент 0,8. Полученное число записывается в миллиметрах. Это расчетный диаметр проволоки для катушки.

Его выбирают с учетом выделения допустимого тепла за счет протекающего через него тока. Если позволяет место в основном окне, диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не помещаются в окно магнитопровода, сечение можно немного уменьшить. Но такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода достигается оптимальное соотношение между нагревом при работе и размерами свободного пространства внутри сердечника, что позволяет разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Расчет основан на использовании магнитных свойств железного сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных марок электротехнической стали, подобранных для конкретных условий работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить какие именно электрические характеристики ему практически невозможно. Поэтому в формулах учитываются средние параметры, которые несложно скорректировать при вводе в эксплуатацию.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое индуцируется за один оборот катушки и связано с сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (оборот/вольт)

В первичной обмотке количество витков рассчитывается как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге нужно определить, все ли обмотки поместятся в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого будем считать, что провод имеет сечение не круглое, а квадратное со стороной того же диаметра. Тогда при совершенно идеальной натянутой закладке он будет занимать площадь, равную произведению единичного сечения на число витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, потому что идеально вывернуть углы не получится. Это будет где-то внутри полостей катушки и все равно займет некоторое место.

Затем полученные площади витков каждой обмотки сравниваем с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — качать витки «на счастье». Его можно использовать, если новая конструкция перематывается нитью со старых рабочих бобин на тот же сердечник.

Достоинство и плюсы этого способа

• Вам не нужно ничего считать
• Можно самостоятельно намотать трансформатор для своих целей
• В зависимости от размера ядра можно определить необходимые расчеты
• Упрощенный расчет трансформатора
• Все готово даже для новичков
• Это инструкция
• Все, что вам нужно сделать, это нажать одну кнопку!

Магнитопроводы бывают трех конструкций: бронированные, тороидальные и стержневые. Есть и другие более редкие конструкции, но обычно они всегда необходимы для расчета: входное напряжение, частота, выходное напряжение, выходной ток, общие размеры магнитопровода.

Получаем работающий онлайн-калькулятор трансформаторов, который может решать наши задачи с помощью расчетных формул. Если вы взяли старый трансформатор, который проработал всю жизнь, то теперь вы можете все рассчитать для безопасной работы с ним. Полученные расчеты окажутся оптимальными, скорее даже идеальными, поэтому просто не может быть провода подходящего диаметра. Поэтому выбирайте значение, наиболее близкое к оптимальному.

Источник

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют упрощенную методику при расчете трансформатора. Это позволяет выполнять расчеты дома, не используя величины, которые трудно узнать. Но проще воспользоваться готовым онлайн-калькулятором для расчета трансформатора. Для использования такого калькулятора необходимо знать некоторые данные, а именно:

• напряжение первичной и вторичной обмоток;
• основные размеры;
• толщина плиты.

После их ввода нужно нажать на кнопку «Рассчитать» или аналогичную по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

При отсутствии возможности посчитать на калькуляторе такую ​​операцию несложно выполнить самостоятельно и вручную. Для этого нужно определить напряжение на выходе вторичной обмотки U2 и необходимую мощность Po. Расчет следующий:

1. 
   Рассчитывается ток нагрузки: In=Po/U2, А.
2. Рассчитывается значение тока вторичной обмотки: I2 = 1,5 * In, А.
3. Определяется мощность вторичной обмотки: P2 = U2*I2, Вт.
4. Найдена полная мощность прибора: Pt = 1,25*P2, Вт.
5. Рассчитывается сила тока первичной обмотки: I1 = Pt/U1, А.
6. Найдено необходимое сечение магнитопровода: S = 1,3*√Pt, см².

Следует отметить, что если устройство сконструировано с несколькими выводами во вторичной обмотке, то все силы в четвертом слагаемом суммируются, а их результат заменяется на Р2.

После завершения первого шага переходите к следующему шагу расчета. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А количество витков вторичной обмотки определяется выражением К2=55*U2/S, где:

• U1 — напряжение первичной обмотки, В.
• S – площадь сердечника, см².
• К1, К2 — количество витков в обмотках, шт.

Осталось рассчитать диаметр намотанной проволоки. Он равен D = 0,632*√I, где:

• d — диаметр проволоки, мм.
• I — ток обмотки расчетной катушки, А.

При выборе магнитопровода следует соблюдать отношение ширины сердечника к его толщине 1 к 2. В конце расчета проверяют покрытие, т.е подойдет ли обмотка к каркасу. Для этого площадь окна рассчитывается по формуле: So = 50*Pt, мм2.

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются так же, как и простые трансформаторы, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разности напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется 240 вольт. Разность напряжений 20 В, при мощности 250 Вт ток будет 12,5 А. Этому значению тока соответствует мощность 12,5 * 240 = 3000 Вт. Потребляемая мощность от сети 12,5 + 250/220 = 13,64А, что точно соответствует 3000Вт = 220В * 13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключается к сети. Участок между розеткой и розеткой намотан проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе гораздо большую мощность, чем трансформатор на том же сердечнике с малым коэффициентом передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ перед другими типами: меньшие размеры, меньший вес и более высокий КПД. При этом они легко заводятся и обратно. Использование онлайн-калькулятора для расчета тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и поэкспериментировать с разными исходными данными. Эти данные используются:

• входное напряжение обмотки, В;
• напряжение выходной обмотки, В;
• ток выходной обмотки, А;
• наружный диаметр тора, мм;
• внутренний диаметр тора, мм;
• высота тора, мм.

Следует отметить, что почти все онлайн-программы не показывают особой точности, когда речь идет о расчете импульсных трансформаторов. Для достижения высокой точности можно использовать специально разработанные программы, такие как Lite-CalcIT, или произвести расчет вручную. Для самостоятельного расчета используются следующие формулы:

1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
2. Суммарная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, взятый из справочника (0,76−0,96).
3. Фактическая часть «железа» в месте расположения витка: Щ = ((Дд)*ч)/2, мм2.
4. Расчетное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1,2, мм2
5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1 = P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ — справочное значение (от 0,85 до 0,94).
7. Сечение провода находят отдельно для каждой обмотки из выражения: Сп = I/Дж, мм2., где Дж — плотность тока, взятая из справочника (от 3 до 5).
8. Количество витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm*Sch шт., где Y — табличное значение, зависящее от суммарной мощности выходных обмоток.
9. Осталось найти выходную мощность, и расчет тороидального силового трансформатора считается завершенным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проволоки, Kct — коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов взяты из справочника по радиоаппаратуре (РЭА). Таким образом, выполнить расчеты в ручном режиме несложно, но потребуется точность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще воспользоваться онлайн-сервисами.