计算小功率电力变压器。方案、说明

小功率电力变压器的计算。无线电电子电气工程百科全书

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电力变压器通常分为两类：

无线电工程，功率从 1 到 500 W；
电力超过5000瓦。

这些变压器使用两种不同的方法进行计算。当需要计算功率为500至5000W的变压器时，当无线电工程变压器的计算方法不再适用，并且电气变压器的计算方法尚不适用时，问题就出现了。在这种情况下，根据每种方法对变压器进行两次计算，并选择其绕组数据和铁芯横截面作为这两次计算中获得的平均值，然后通过实验进行细化。

给出的计算方法用于计算小功率无线电设备的电源变压器，这些设备由频率为110 Hz的127、220、50 V市电供电。无线电工程变压器的计算主要有两种方法：铜优化；硬件优化。

因此，在第一种情况下，获得了成本最低的变压器，而在第二种情况下，获得了重量最小的变压器。最小重量对于机载或便携式设备非常重要。

变压器铁芯

对于成本最低的变压器，使用板厚为31、41mm的E0,35、E0,5级电工钢片。用于最小重量的变压器 - 钢级 E310、E320、E330。变压器铁芯（磁路）的设计可分为铠装式、棒式、环形式。棒磁路用于大功率变压器，因为它们可以改善冷却。环形磁路可以更好地利用材料的磁性，并产生比其他磁芯弱得多的外部磁场。

变压器的磁芯可由冲压板制成或由带材绕制而成。冲压板磁芯的优点在于，它们甚至可以由非常脆弱但具有良好磁性的材料制成。扭曲磁路的优点是充分利用了电工钢的性能，易于制造，生产浪费小。

变压器绕组

通常，绕组缠绕在由介电材料（塑料、电气纸板等）制成的框架上。有时，为了减小变压器的外部尺寸，采用套管上的无框绕组。根据框架的设计，变压器可以具有圆柱形绕组（在这种情况下，绕组一个在另一个之上缠绕）或饼干形绕组（在这种情况下，每个绕组缠绕在为其保留的部分上，从变压器铁芯）。

通常，包含多匝细线的绕组放置在靠近变压器铁芯的位置，以减少其有源电阻和损耗。因此，网络绕组通常首先缠绕在框架上。

变压器线圈上的电线可以规则层缠绕，也可以随机“散装”缠绕。无论如何，希望在绕组的各层之间放置绝缘层，以防止层间短路。线圈内还铺设了绕组间绝缘，以防止相邻绕组之间击穿。为了增强变压器绕组的电气绝缘和保护，变压器绕组采用特殊化合物进行浸渍。

初级绕组

电源变压器通常要求工作在110、127和220V的电压下。在这种情况下，其初级绕组可如图1所示制作。

Ris.1

该方案的缺点是由于I、II、III绕组采用不同截面的导线，导致铜耗增加，变压器制造复杂。因此，更常采用图2所示的方案。

Ris.2

当连接到 127 V 网络时，跳线设置为位置“2”且绕组 2-3 和 4-5 并联；当连接到 220 V 网络时，跳线设置为位置“1”且所有绕组均串联。

要进行计算，必须指定以下内容：

电源电压;
每个次级绕组上的电压；
次级绕组电流；
磁路类型。

作为计算的结果，确定：

磁路的截面和尺寸（如果未指定）；
每个绕组的匝数和线径。

变压器是工作在交流网络中的设备，因此，在计算它时，使用的是交流电流和交流电压的有效值。

计算顺序

1. 求二次绕组在额定负载下的总功率：

P2=I1U1+I2U2+...InUn.

其中 In 和 Un 分别是第 n 个绕组上的电流和电压。

变压器的总功率是在考虑效率 (ηtr) 的情况下确定的（表 1）。

Ptr=P2/ηtr,

其中 ηtr - 效率。

表1

2、选择电流密度Δ和磁感应强度B的最大允许值。带棒式和铠装磁路的变压器的磁感应强度值如表1所示。当使用冷轧电工钢绞合磁芯时，最大感应值可提高1,31,6-XNUMX倍。

3、确定磁路的最小允许截面积：

Ssec=700[(aPtr)/(fB∆)]0,5 (cm²),

其中，a 是成本最低变压器的系数 4,5-5,5，重量最低变压器的系数 2-3； Ptr——变压器功率，W；。 ——电源频率，Hz； B——磁感应强度最大值，Gs； Δ——允许电流密度，A/mm².

对于在 50 Hz 网络上运行的成本最低的变压器，通常假设最大电感为 10000 高斯，电流密度为 3 A/mm。²。这简化了公式：

Ssec=1,3(Ptr)0,5 (cm²).

磁路的横截面是根据钢截面的填充系数来确定的：

S'sec=Ssec/kzap。

kzap 值取决于磁芯板的厚度，如表 2 所示。

表2

4. 确定磁路的尺寸。

对于铠装磁路，其类型和尺寸可从表V.1和V.2中选择[1]。

选择板的类型后，磁路 Y1 的厚度由以下公式确定：

Y1=S'秒/Y,

其中 Y 是铠装磁芯板中心部分的宽度。

Y1/Y比率不应超过2-3。否则，变压器的杂散场会明显增加

环面，您将需要选择更大的板。

对于环形磁路，内径 (D1) 和外径 (D2) 由以下公式确定：

D1=(1,75Ssec/σα)^0,5,

D2=2Ssec/bk，

式中，σ为窗口填充铜的系数（通常为0,23-0,25）； b为磁路高度，cm。

5. 确定变压器每伏的匝数：

ω=2,2х10⁷/fBSsec

当变压器在频率为 50 Hz、最大感应为 10000 高斯的网络上运行时，公式采用以下形式：

ω=45/Ssec。

每个绕组的匝数是通过乘以每个特定绕组上的电压获得的值来确定的。在这种情况下，次级绕组的匝数应增加 3 ... 5%（取决于绕组消耗的电流），以考虑绕组电阻上的压降。

6. 确定每个绕组的线径：

d=1,13(I/Δ)^0,5,

其中 I 是绕组中的最大电流； Δ——变压器中的电流密度，A/mm².

您也可以使用近似公式：

d=0,7(I)^0,5.

7. 检查铠装铁心变压器框架上绕组的布置。

一层绕组匝数

ω=(h−2(δ+2))/(αdout)，

式中，h为变压器框架窗口的高度； δ为变压器框架材料的厚度； diz——带绝缘的绕组线径； α——泄漏系数（表3）。

表3

每个绕组的层数

Nsl=ω/ωsl，

其中 ω 是绕组匝数； ωsl 是该绕组层中的匝数。

为了将所有绕组放置在变压器窗口中，必须满足以下条件：

B>δ+Σδ交换+Σδpr，

其中 Σδobm 是所有绕组的总厚度； Σδpr——绕组间所有垫片的总厚度； B——窗口宽度。

如果绕组与绝缘一起占据的空间比所选磁芯的窗口多，则应增加磁路板的尺寸并重新计算变压器。

参考文献：

捷列舒克 R.M. 等。业余无线电爱好者手册。 - K .：技术，1971。

作者：A.Yu 绍洛夫

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