Ve srovnání s konvenčními konstrukcemi mají toroidní transformátory řadu významných výhod. I přes malé rozměry a hmotnost mají výrazně vyšší účinnost. Proto jsou tato zařízení široce používána ve svařovacích strojích a stabilizátorech napětí. Velký význam má správný výpočet toroidního transformátoru. Existují různé metody výpočtu, které poskytují výsledky s různou mírou přesnosti. Nejčastěji se pro výpočty používají tabulky.
Definice hlavních parametrů
Před zahájením výpočtů je nutné určit základní parametry transformátoru. Především se jedná o typ vodičů a počet závitů, na kterých závisí celková délka vodiče. Dále je třeba provést správnou volbu průřezu, který ovlivňuje výstupní proud a výkon zařízení.
Je třeba také vzít v úvahu skutečnost, že při malém počtu závitů se primární vinutí zahřeje. Přesně stejná situace nastane, když výkon spotřebičů připojených k sekundárnímu vinutí překročí výkon dodávaný transformátorem. V důsledku přehřátí klesá spolehlivost zařízení a někdy může dojít k vznícení transformátoru.
Jako příklad je uvedena tabulka, kterou lze použít pro výpočet toroidního transformátoru pracujícího při síťové frekvenci 50 Hz.
Jádra zařízení mohou být vyrobena z oceli válcované za studena jakosti E310-330 o tloušťce 0,35 až 0,5 mm. Lze použít i běžnou ocel jakosti E340-360, kde tloušťka pásky bude v rozmezí od 0,05 do 0,1 mm.
Symboly v tabulce odpovídají:
- Str – celkový výkon transformátoru;
- ω1 – počet závitů na 1 volt pro ocel E310, E320, E330;
- ω2 – počet závitů na 1 volt pro ocel E340, E350, E360;
- S – jádrová část;
- ∆ – hodnota přípustné proudové hustoty ve vinutích;
- ŋ – účinnost transformátoru.
Při navíjení toroidní cívky se používá pouze vnější a mezivinutí izolace. Navzdory rovnoměrnému uložení drátů vinutí se tloušťka vinutí podél vnitřního průměru nutně zvyšuje v důsledku rozdílu mezi vnějším a vnitřním průměrem jádra. Proto se doporučuje používat vodiče, jejichž izolace má zvýšenou mechanickou a elektrickou pevnost, například značky PELSHO a PESHO a v některých případech – PEV-2. Pro vnější a mezivinutí izolace se nejčastěji používá páska cambric, lakovaná tkanina LShSS tloušťky 0,06-0,12 mm, dále triacetátová nebo fluoroplastová fólie tloušťky 0,01-0,02 mm.
Vzorce pro výpočet toroidního transformátoru
Hlavní parametry pro výpočet toroidního transformátoru jsou napájecí napětí (Uc) rovné 220 V, hodnota výstupního napětí (Un) – 24 V, proudové zatížení (In) – 1,8 A. Pro určení výkonu sekundárního vinutí, existuje vzorec: P = Un x Iн = 24 x 1,8 = 43,2 W.
Dále je celkový výkon transformátorového zařízení určen vzorcem:
Hodnota účinnosti a další údaje potřebné pro výpočty se vybírají z tabulky v příslušném sloupci a řádku pro konkrétní celkový výkon.
Dalším krokem je výpočet plochy průřezu jádra pomocí vzorce:
Výběr velikostí jádra se provádí následovně:
Nejbližší typ jádra se standardními parametry bude OL50/80-40 s plochou průřezu S = 60 mm 2, která by neměla být menší než návrhová. Vnitřní průměr jádra je určen v souladu s podmínkou, že dc má hodnotu větší nebo rovnou dc’:
Pokud vezmeme jako příklad jádro vyrobené z oceli E320, pak v tomto případě bude počet závitů na volt určen podle vzorce:
