Методика расчета маломощного трансформатора питания

Трансформатор – электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для изменения напряжения. Основной частью трансформатора является магнитопровод из магнитомягкого материала с размещенными в
нем обмотками (рис.8). Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы изготовляют либо из штампованных пластин, либо навиваются из полос электротехнической стали (витые вагнитопроводы). Достоинством магнитопроводов, набранных из штампованных пластин, является возможность использования любых, даже очень хрупких, электромагнитных материалов. Преимуществом витых магнитопроводов является возможность использовать электромагнитные материалы различной толщины (в том числе и достаточно тонкие), что дает возможность использовать такие магнитопроводы на повышенных частотах.

По конструкции магнитопроводы подразделяются на броневые (Ш-образные), стержневые и кольцевые (тороидальные) (рис.9). В броневых сердечниках обмотки располагаются на центральном стержне, что упрощает конструкцию, обеспечивает более эффективное использование окна и дополнительно защищает обмотки от механических повреждений. Недостатком такой конструкции магнитопровода является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты. В стержневых сердечниках обмотки располагаются на двух стержнях. При этом уменьшается толщина намотки, улучшаются условия ее охлаждения, и уменьшается расход провода. Поэтому стержневая конструкция магнитопровода широко используется для изготовления мощных трансформаторов. Кольцевые трансформаторы позволяют наиболее эффективно использовать магнитные свойства материала, обеспечивают работу трансформатора при слабом внешнем магнитном поле. Их недостатком является сложность изготовления.

Входными данными для расчета трансформатора являются:

- напряжение на вторичной обмотке трансформатора ;

- ток нагрузки вторичной обмотки трансформатора .

Эти данные были получены при расчете выпрямителя. Кроме того, для расчета трансформатора питания необходимы:

- напряжение питания сети ;

- относительное изменение напряжение питания сети ;

- частота переменного напряжения сети

Эти данные выбираются согласно таблице вариантов.

В результате расчета определяются материал и размеры магнитопровода, число витков первичной и вторичной обмоток, а также диаметр провода и этих обмоток.

Методика расчета маломощного силового трансформатора следующая.

1. Определяем номинальную мощность трансформатора :

, (6.1)

где - число вторичных обмоток.

2. Определяется габаритная мощность трансформатора :

(6.2)

Причем больший множитель относится к трансформатору с номинальной мощностью до 10 В·А, а меньший - к трансформаторам с мощностью до 100 В·А.

3. Определяется произведение площади окна на площадь сечения магнитопровода:

, (6.3)

где - площадь она магнитопровода, см²;

- площадь сечения магнитопровода, см²;

- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (в Тл), которая определяется по графику рис.10;

- частота питающей сети, Гц;

- плотность тока в обмотках трансформатора. Ее выбирают от 2 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью более 100 В·А) до 6 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью менее 10 В·А);

- коэффициент заполнения окна магнитопровода. Для броневых и кольцевых трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.28 до 0.34, а для стержневых трансформаторов – в пределах 0.25…0.35;

- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Для магнитопроводов из штампованных пластин и трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.7 до 0.85, а для витых (ленточных) трансформаторов – в пределах 0.75…0.90.

4. По рассчитанному значению с помощью приложения 5 выбирают размеры магнитопровода. При этом должно выполняться условие:

. (6.4)

При этом учитывают, что должно выполняться условие: . В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера. Для кольцевого сердечника должно выполняться условие:

. (6.5)

1. Определяют число витков первичной и вторичной обмоток:

, (6.6)

. (6.7)

Здесь площадь сечения магнитопровода подставляют в см², частоту в Гц, магнитную индукцию в Тл, напряжение в В.

2. Определяют рабочий ток первичной обмотки:

. (6.8)

3. Определяют диаметры провода первичной и вторичной обмоток в мм²:

, (6.9)

, (6.10)

С помощь приложения 4 выбирают ближайшие большие значения диаметров проводов.

4. Проверяем размещение обмоток в окне магнитопровода. Для этого найдем число витков в слое цилиндрической обмотки:

, (6.11)

где - толщина материала каркаса (обычно 0.5…0.8 мм);

- высота окна магнитопровода (см.рис.8);

- диаметр провода обмотки с изоляцией.

Определим число слоев обмотки:

, (6.12)

где - число витков обмотки.

Определим толщину обмотки:

, (6.13)

где - толщина изоляционной прокладки между отдельными слоями обмотки (от 0,02 до 0.08 мм).

5. Проверяем выполнения условия размещения обмоток в магнитопроводе:

, (6.14)

где - суммарная толщина всех обмоток;

- толщина изоляционных прокладок между обмотками (от 0,02 до 0,08 мм);

- ширина окна магнитопровода (см. рис.8).

Если условие (6.14) не выполняется необходимо выбрать магнитопровод больших размеров и повторить расчет трансформатора сначала.

6. Расчет трансформатора завершен.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Постоянные резисторы

 

Резистором называется пассивный элемент радиоэлектронной аппаратуры, который предназначен для преобразования в электрической цепи требуемого значения сопротивления, что обеспечивает перераспределение и управление электрической энергии между элементами схемы.

Основными параметрами резисторов являются:

1. Номинальное значение сопротивления, которое указывается на резисторе. Согласно ГОСТ 2825-67, резисторы имеют шесть рядов номиналов сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Числа указывают количество номинальных значений в каждой декаде. Так ряд Е12 имеет двенадцать значений номиналов: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,1. А ряд Е24 – 24 значения: 1,0; 1,1; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3;4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Значение номинала резистора определяется умножением значения ряда на число равное 10 в какой то целой степени. Например, резистор номиналом 680 Ом = 6,8·10² или резистор номиналом 24 кОм=2,4·10⁴.

Для резисторов с допуском 10% используется ряд Е12, а допуском 5% - ряд Е24. Резисторы общего назначения выпускаются с номиналом сопротивления от 1 Ом до 10 Мом.

2. Допуск - максимально допустимое отклонение от номинального значения сопротивления в %.

Согласно ГОСТ 9664-74, ряд допусков для резисторов общего назначения в %: ± 2; ± 5; ± 10; ± 20; ± 30.

3. Номинальная мощность рассеивания. Это максимальная мощность, которую может рассеять резистор на протяжении гарантированного срока службы. Согласно ГОСТ 24013-80 та ГОСТ 10318-80, значения номинальной мощности рассеивания для резисторов общего назначения выбираются из ряда: 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 8: 10; 16; 25; 40 Вт.

4. Наибольшее напряжение. Это максимальное напряжение, при котором работает резистор.

5. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) - это относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1 градус. Для общего назначения температурный коэффициент сопротивления изменяется от (10 до 2000)^.10^-6 К^-1.

6. Напряжение шумов. Это значение Э.Д.С. шумов резисторов вследствие теплового шума, или токового шума. Значения Э.Д.С. шумов для непроволочных резисторов от 0,1 до 100 мкВ/В.

Согласно действующей системе сокращений, сокращенное обозначение резистора состоит из буквы и цифр, например: Р 1-4.

Первая буква показывает подкласс резистора (Р - постоянные; РП - переменные; НР - набор резисторов).

Второй элемент (цифра) показывает группу резисторов по материалу (1 – не проволочные; 2 – проволочные и металлофольговые).

Третий элемент (цифра) - регистрационный номер разработки.

Таким образом, полное обозначение резистора имеет вид:

Р 1-4-0,5-10 кОм ± 5% А-Б-В ОЖО.467.157ТУ

— постоянный, не проволочный, регистрационный 4; мощность рассеивания 0,5 Вт; номинальное сопротивление 10 кОм; допуск ± 5%; группа шумов - А, группа ТКС - Б, всеклиматическое исполнение - В; технические условия - ОЖО.467.157.

До ранее действующей системы (ГОСТ 13453-68) обозначения резисторов составлялись как: С 2-33.

Первый элемент (буква) обозначает тип резистора (С - постоянный; СП - переменный).

Второй элемент (цифра) - обозначает материал резистора (1 не проволочный тонкопленочный углеродный и бороуглеродный; 2 – не проволочный тонкопленочный металлодиэлектрический и металлооксидный; 3 – не проволочный композиционный пленочный; 4 – не проволочный композиционный объемный; 5 - проволочный; 6 – не проволочный тонкопленочный металлизированный).

Третий элемент (цифра) - порядковый номер разработки.

Разработанные до 1968 года резисторы, которые продолжают выпускаться в настоящее время, обозначаются тремя буквами. Первая обозначает материал резистора (У- углеродные; К – композиционные; М - металлопленочные; П - проволочные и т.п.), вторая – вид защиты резистора (Э - эмалированные, Л - лакированные и т.п.), третья – назначение резистора (Т - теплостойкие; П - прецизионные; В - высоковольтные и т.п.).

Например: МЛТ-0,125 - металлопленочный, лакированный, теплостойкий, мощность рассеивания - 0,125 Вт.

 

Приложение 2

Постоянные конденсаторы