Расчет силовых трансформаторов на тороидальном сердечнике с помощью таблицы
Очень часто радиолюбители при изготовлении малогабаритной электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы с использованием тороидальных сердечников. Технология намотки обмоток на тороидальном сердечнике более сложная и трудоемкая, чем на броневом сердечнике из Ш-образных пластин, зато трансформатор на тороидальном сердечнике имеет значительно меньший вес при той же мощности, меньшие габариты и намного больший КПД. Обмотка такого трансформатора лучше охлаждается. Если обмотки равномерно распределить по периметру тороида, то поле рассеивания будет иметь меньшую величину, поэтому экранировать такие трансформаторы необязательно.
Полный и точный расчет трансформатора на тороидальном сердечнике сложнее, чем на броневом сердечнике. Автор этой статьи пользуется таблицей для расчета тороидальных трансформаторов мощностью до 120 Вт. Неточность расчета составляет примерно 5...7%. Расчет параметров, не входящих в таблицу, производится так же, как и при расчете трансформатора на Ш-образном сердечнике.
|
Рr, Вт |
W1 |
W2 |
S, см2 |
Δ, A/мм2 |
η, % |
|
До 10 |
41/S |
38/S |
Pr0,5 |
4,5 |
0 |
|
10...30 |
36/S |
32/S |
Pr0,5/1,1 |
4 |
0,9 |
|
30...50 |
33,3/S |
29/S |
Рr0,5/1,2 |
3,5 |
0,92 |
|
50...120 |
32/S |
28/S |
Pr0,5/1,25 |
3 |
0,95 |
Таблица предназначена для расчета трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э310, Э320, ЭЗЗО с толщиной ленты 0,3...0,5 мм, а также стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0,5...0,1 мм при частоте первичной (питающей) сети 50 Гц. Стали с такими параметрами наиболее часто встречаются в практике. При намотке трансформаторов на сердечниках из тороида лучше применять межобмоточную и внешнюю (наружную) изоляцию. Межслоевая изоляция дает возможность более равномерной укладки провода намотки, но при этом увеличивается толщина намотки, то есть уменьшается внутреннее окно тороида. А крепление такого трансформатора обычно осуществляют с помощью болтика, пропускаемого через внутреннее отверстие намотанного тороидального трансформатора и щечек. При намотке трансформаторов на сердечнике из тороида необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью. Например, при ручной намотке лучше всего использовать провод типа ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае, можно использовать провод типа ПЭВ-2. Для внешней и межобмоточной, а иногда и для межвит-ковой изоляции необходимо использовать фторопластовую ленту типа ПЭТФ толщиной 0,01...0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06...0,2 мм и батистовую ленту.
Пример расчета трансформатора на тороидальном сердечнике Исходные данные: напряжение питания 220 В (Uc), напряжение вторичной обмотки 20 В (Uвых), ток
нагрузки на вторичную обмотку 2,5 А (Iн).
1. Определяют мощность вторичной обмотки:
Р=Uвых∙Iн=20∙2,5=50 (Вт).
2. Определяют габаритную мощность тороидального трансформатора:
Рг=Р/η=50/0,95=53 (Вт),
где η - КПД и другие нужные данные берутся из расчетной таблицы.
3. Определяют площадь сечения сердечника:
Срасч=(Рг)0,5/1,25=530,5/1,25=6 (см2).
4. По справочнику выбирают размеры сердечника:
Dc, dc, hc;
S=(Dc-dc)/2∙hc.
Самый близкий типовой размер тороидального сердечника ОЛ 50/80 - 40. Площадь сечения этого сердечника равна: S=(8-5)/2∙4=6 (см2) (S взятого сердечника должна быть не менее расчетной S).
5. При нахождении внутреннего диаметра необходимо выполнение условия:
d≥dc';
dc'=(2,4∙S)0,5=(2,4∙6)0,5=3,8 (см), т.е. 5 больше 3,8.
6. Возьмем сердечник из стали Э320, тогда число витков на 1 вольт определяют по формуле:
W=33,3/S=33,3/6=5,55 (витка на вольт).
7. Находят количество витков в обмотках:
Wc=W∙Uc=5,55∙220=1221 (виток);
Wвыx=W∙Uвыx=5,55∙20=111 (витков).
В трансформаторах на тороидах магнитный поток рассеивания очень маленький, следовательно, падение напряжения на выходных обмотках зависит только от омического сопротивления выходной обмотки. Поэтому для трансформаторов на тороидах увеличивать количество витков на выходных обмотках нужно только на 3%.
Значит, Wвыx= 114,3 витка, а лучше - 115 витков.
8. Определение диаметра проводов производят по формуле:
dc= 1,13(Iс/Δ)0,5.
Ток первичной (сетевой) обмотки определяют по формуле:
Ic=1,1∙Pr/Uc=1,1∙53/220=0,25 (А);
Dc= 1,13(Ic/Δ)S= 1,13(0,25/3)S=0,326 (мм).
Выбирают наиболее близкий диаметр намоточного провода - 0,33 мм.
dвых= 1,13(Iн/Δ)0,5= 1,13(2,5/3)0,5= 1,01 (мм).
Можно взять провод d=1,0 мм.
Примечание. Рr - габаритная мощность трансформатора; W1 - число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э33О;
W2 - число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360; S -
площадь сечения сердечника; Δ - допустимая плотность тока в обмотках; η - КПД трансформатора.
О.Г. Рашитов, г. Киев