Opravy moderních elektrospotřebičů a výroba podomácku vyrobených konstrukcí jsou často spojeny s napájecími zdroji, nabíječkami a dalšími zařízeními, která využívají transformační přeměnu energie. Jejich stav musí být analyzován a posouzen.
Věřím, že online kalkulačka, která pracuje podle připraveného algoritmu, nebo stará osvědčená staromódní metoda se vzorci, která vyžaduje promyšlený přístup, vám pomůže vypočítat transformátor. Vyzkoušejte oba způsoby, použijte ten nejlepší.
Ihned upozorňuji na to, že dané metody nejsou schopny přesně zohlednit magnetické vlastnosti jádra, které může být vyrobeno z různých druhů elektrooceli.
Skutečné elektrické charakteristiky sestaveného transformátoru se proto mohou lišit o několik voltů nebo o počet ampérů od získané vypočtené hodnoty. V praxi to obvykle není kritické, ale lze to vždy opravit změnou čísla množství v jednom z vinutí.
Průřez magnetického obvodu přenáší primární energii magnetickým tokem do sekundárního vinutí. Tím, že má určitý magnetický odpor, omezuje proces transformace.
Tvar, materiál a průřez jádra určuje výkon, který lze převést a normálně přenést do sekundárního okruhu.
Jak pomocí online kalkulačky vypočítat transformátor krok za krokem
Příprava zdrojových dat v 6 jednoduchých krocích
Krok 1. Určení tvaru a průřezu jádra
Jádra vyrobená z desek ve tvaru W mají nejlepší rozložení magnetického toku. Prstencový tvar součástek ve tvaru U má velkou odolnost.
Chcete-li provést výpočet, musíte označit tvar jádra podle typu desky (kliknutím na bod) a jeho naměřených lineárních rozměrů:
- Šířka desky pod cívkou s vinutím.
- Tloušťka sestaveného balíku.
Vložte tato data do příslušných buněk tabulky.
Krok 2. Volba napětí
Transformátor je vytvořen jako stupňovitá, snižovací (která je v principu reverzibilní) nebo oddělovací konstrukce. V každém případě musíte uvést, jaké napětí potřebujete na jeho primárním a sekundárním vinutí ve voltech.
Vyplňte označené buňky.
Krok č. 3. Frekvence střídavého signálu
Ve výchozím nastavení je standardní hodnota domácí sítě nastavena na 50 hertzů. V případě potřeby se musí změnit na hodnotu, kterou vyžaduje jiný výpočet. Tato technika však není určena pro vysokofrekvenční transformátory používané ve spínaných zdrojích.
Jsou vytvořeny z jiných materiálů jádra a počítány různými způsoby.
Krok #4. Účinnost
U konvenčních modelů suchých transformátorů závisí účinnost na použitém elektrickém výkonu a vypočítává se jako průměrná hodnota.
Jeho hodnotu však můžete upravit ručně.
Krok #5. Magnetická indukčnost
Parametr určuje závislost magnetického toku na geometrických rozměrech a tvaru vodiče, kterým protéká proud.
Ve výchozím nastavení je pro výpočet transformátorů přijat průměrný parametr 1,3 Tesla. Dá se to upravit.
Krok #6. Hustota proudu
Termín se používá pro výběr vodiče vinutí podle provozních podmínek. Průměrná hodnota pro měď je 3,5 ampéru na čtvereční milimetr průřezu.
Pro provoz transformátoru v podmínkách zvýšeného ohřevu by měl být snížen. Pro nucené chlazení nebo snížené zatížení je přípustné zvýšení. Nicméně 3,5 A/mm kV je docela vhodné pro domácí zařízení.
Provádění online výpočtů transformátorů
Po vyplnění buněk původními údaji klikněte na tlačítko „Vypočítat“. Program automaticky zpracuje zadaná data a výsledky výpočtu zobrazí v tabulce.
Jak vypočítat výkonový transformátor pomocí vzorců v 5 krocích
Představuji zjednodušenou metodu, kterou již několik desetiletí používám k vytváření a testování podomácku vyrobených transformátorových zařízení ze železa neznámé značky z hlediska zatěžovacího výkonu.
Pomocí něj se mi téměř vždy podařilo namotat okruh na první pokus. Velmi zřídka bylo nutné přidat nebo snížit určitý počet otáček.
Etapa č. 1. Jak ovlivňuje výkon suchého transformátoru tvar a průřez magnetického obvodu?
Výpočet je založen na průměrném poměru účinnosti ŋ jako poměru elektrického výkonu S2 převedeného v sekundárním vinutí k celkovému aplikovanému výkonu S1 v primárním vinutí.
Výkonové ztráty v sekundárním vinutí se odhadují pomocí statistické tabulky.
| Výkon transformátoru, watty | Účinnost 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 ÷ |
Elektrický výkon zařízení je určen součinem jmenovitého proudu protékajícího primárním vinutím v ampérech a napětím domácí elektroinstalace ve voltech.
Přeměňuje se na magnetickou energii proudící jádrem, která je v něm plně distribuována v závislosti na tvaru distribuce proudění:
- pro kruhový obrazec desek ve tvaru U se plocha průřezu pod cívkou magnetického obvodu vypočítá jako Qc=√S1;
- pro jádro vyrobené z desek ve tvaru Ш Qc=0,7√S1.
První fáze výpočtu tedy umožňuje: znát požadované množství primárního nebo sekundárního výkonu, vybrat magnetické jádro podle tvaru a průřezu jádra nebo na základě rozměrů stávajícího magnetického jádra odhadnout elektrický výkon, který může navržený transformátor přenášet.
Etapa č. 2. Vlastnosti výpočtu transformačního poměru a proudů uvnitř vinutí
Výkonový transformátor je vytvořen pro přeměnu elektrické energie z jedné hodnoty napětí na jinou, například U1=220 voltů na vstupu a U2=24 V na výstupu.
Transformační poměr ve výše uvedeném příkladu je zapsán jako výraz 220/24 nebo zlomek s primární hodnotou napětí v čitateli a sekundárním napětím ve jmenovateli. Umožňuje také určit poměr počtu závitů mezi vinutími.
V první fázi jsme již určili elektrický výkon každého vinutí. Pomocí nich a hodnoty napětí je nutné vypočítat sílu elektrického proudu I=S/U uvnitř libovolné cívky.
Etapa č. 3. Jak vypočítat průměry měděného drátu pro každé vinutí
Při určování průřezu vodiče cívky se používá empirické vyjádření s přihlédnutím k tomu, že proudová hustota leží v rozsahu 1,8÷3 ampér na čtvereční milimetr.
V předchozím kroku jsme určili hodnotu proudu v ampérech pro každé vinutí.
Nyní jednoduše vezmeme druhou odmocninu a vynásobíme faktorem 0,8. Výsledné číslo zapíšeme v milimetrech. Toto je odhadovaný průměr drátu pro cívku.
Vybírá se s ohledem na uvolňování přípustného tepla v důsledku proudu, který jím protéká. Pokud to prostor v okénku jádra dovolí, lze průměr mírně zvětšit. Potom budou tato vinutí lépe přizpůsobena tepelnému zatížení.
Když se i při těsném vinutí všechny závity drátu nevejdou do okénka magnetického obvodu, může se jeho průřez mírně zmenšit. Takový transformátor by však měl být používán pro krátkodobý provoz a následné chlazení.
Při volbě průměru drátu je dosaženo optimálního poměru mezi jeho ohřevem během provozu a rozměry volného prostoru uvnitř jádra, což umožňuje umístění všech vinutí.
Etapa č. 4. Určení počtu závitů vinutí podle charakteristik elektrooceli: důležité body
Výpočet je založen na magnetických vlastnostech železného jádra. Průmyslové transformátory jsou sestaveny z různých typů elektrooceli, vybraných pro konkrétní provozní podmínky. Jsou počítány pomocí komplexních, individuálních algoritmů.
Domácí kutil získá magnetická jádra neznámé značky, jejichž elektrické vlastnosti je pro něj prakticky nemožné určit. Vzorce proto berou v úvahu průměrné parametry, které není obtížné během nastavení upravit.
Pro výpočet je zaveden empirický koeficient ω’. Bere v úvahu velikost napětí ve voltech, které se indukuje v jednom závitu cívky a je spojeno s průřezem magnetického obvodu Qc (cm kV).
V primárním vinutí vypočítáme počet závitů jako W1= ω’∙U1 a v sekundárním – W2= ω’∙U2.
Etapa č. 5. S přihlédnutím k volnému prostoru uvnitř okna magnetického obvodu
V tomto kroku musíte odhadnout, zda se všechna vinutí vejdou do volného prostoru okna jádra, s ohledem na rozměry cívky.
K tomu předpokládáme, že drát nemá kulatý průřez, ale čtvercový se stranou o stejném průměru. Pak při naprosto ideálním hustém balení zabere plochu rovnou součinu sekce jednotky a počtu závitů.
Tuto plochu zvětšujeme o 30 procent, protože takto nebude možné zatáčky dokonale natočit. To bude místo uvnitř dutin cívky a ještě to zabere určitý prostor.
Dále porovnáme výsledné plochy pro cívky každého vinutí s okénkem magnetického obvodu a vyvodíme závěry.
Druhým způsobem hodnocení je navíjení cívek „pro štěstí“. Může být použit, pokud je nový design převinut drátem ze starých pracovních cívek na stejném jádru.
4 praktické tipy pro nastavení a montáž transformátoru: osobní zkušenost
Montáž magnetického obvodu
Stupeň stlačení desek ovlivňuje hluk vydávaný železným jádrem při vibracích z magnetického toku, který jím protéká.
Volné uložení žehličky se vzduchovými mezerami zároveň zvyšuje magnetický odpor a způsobuje další energetické ztráty.
Pokud se k utažení desek používají kovové kolíky, musí být izolovány od železného jádra papírovými vložkami a lepenkovými podložkami.
V opačném případě se podél tohoto upevnění objeví uměle vytvořený zkratovaný obrat. Bude se v něm indukovat další EMF, což výrazně sníží účinnost.
Izolační stav upevňovacích šroubů vzhledem k železnému jádru se kontroluje megaohmmetrem s napětím 1000 voltů nebo více. Odečet musí být alespoň 0,5 Mohm.
Výpočet drátu proudovou hustotou
Optimální rozměry transformátoru hrají důležitou roli u zařízení pracujících při extrémním zatížení.
Pro napájecí vinutí připojené k domácí elektroinstalaci je lepší zvolit proudovou hustotu 2 A / mm kV a pro zbytek – 2,5.
Metody navíjení závitů
Rychlé navíjení na velkoobjemovém navíjecím stroji zabírá zvýšený objem a funguje normálně s relativně malými průměry drátu.
Kvalitní pokládka je zajištěna navinutím hustých závitů vedle sebe, jejich uspořádáním do řad a položením rovnoměrných vrstev izolace z kondenzátorového papíru, lakované tkaniny a dalších materiálů.
Pro vytvoření dielektrické vrstvy se dobře hodí celofánové (ne polyetylenové) pásky. Můžete je stříhat z cigaretových obalů. Kuchařský film pro pečení masných výrobků a pečiva dobře zvládá úkoly izolační vrstvy.
Také dodává krásný vzhled vnějšímu povlaku navijáku a zároveň poskytuje jeho ochranu před mechanickým poškozením.
Vinutí svařovacích a startovacích-nabíjecích zařízení pracujících v extrémních podmínkách s vysokým zatížením mezi řadami je vhodné dodatečně impregnovat vrstvami silikátového lepidla (tekuté sklo).
Je třeba dát čas na zaschnutí. Poté se navine další vrstva, což výrazně prodlouží dobu montáže. Ale transformátor vytvořený pomocí této technologie může dobře odolávat vysokoteplotnímu zatížení, aniž by vytvářel mezizávitové zkraty.
Jako možnost takové ochrany funguje impregnace řad drátu zahřátým voskem, ale tekuté sklo má lepší izolaci.
Když délka drátu nestačí na celé vinutí, je připojen. Spojení by nemělo být provedeno uvnitř cívky, ale vně. To vám umožní upravit výstupní napětí a proud.
Měření proudu transformátoru naprázdno
Výkonné svařovací stroje vyžadují přesnou volbu objemu desek a počtu závitů pro provozní napětí, které jsou vzájemně propojeny.
Měření proudu naprázdno při optimální hodnotě napětí na vinutí vstupního napájení umožňuje provádět vysoce kvalitní úpravy.
Jeho hodnota musí být v mezích 100÷150 miliampérů na každých 100 wattů aplikovaného výkonu u dlouhodobých transformátorových produktů. Při použití režimu krátkodobého provozu s častými zastávkami je možné jej zvýšit na 400÷500 mA.
Při výpočtu transformátoru pomocí online kalkulačky nebo při kontrole jeho výpočtů pomocí staromódních vzorců budete muset sestavit celou konstrukci v hardwaru a drátech. Během prvních kutilských montáží můžete udělat spoustu nepříjemných chyb.
Abyste se jim vyhnuli, doporučuji zhlédnout video majitele Yunost Ru. Velmi podrobně a srozumitelně vysvětluje technologii montáže a výpočtu. Pod videem je mnoho užitečných komentářů, které byste si také měli přečíst.
Pokud si všimnete některých bodů ve videu, které se mírně liší od mých doporučení, můžete se zeptat v komentářích. Určitě to probereme.
