Малая звероферма. Ионизатор воздуха. Вкуснятинки к праздничному столу...("Сделай сам" №4∙1999)

Классический расчет трансформаторов — дело достаточно сложное и запутанное. Причем, выполняя расчет по разным источникам, можно прийти к совершенно не схожим результатам. Трансформаторы промышленного изготовления часто рассчитаны на работу в жестких условиях, рабочая температура их — до 70 °C. Кроме этого, они часто изготавливаются с учетом экономии меди, поэтому их токи холостого хода достаточно велики. Трансформаторы одной и той же габаритной мощности могут иметь разное число витков на вольт, разное сечение сердечников. Это зависит от многих факторов — от марки трансформаторного железа, типа сердечника, толщины ленты или пластин и т. д.

Поэтому здесь приводится упрощенный расчет, пригодный для любых случаев любительской практики. Трансформатор, изготовленный по этим расчетам, не будет очень сильно нагреваться, не будет иметь больших магнитных полей рассеивания.

Итак, в общем случае —

Потребляемая мощность (ватт):

Р_потр = Р₁ = Р₂ = … = Р_n; (7)

Р₁ = U₁∙J₁, Р₂ = U₂∙J₂, …, P_n = U_n∙J_n; (8)

— токи, напряжения и мощности потребителей.

Мощность трансформатора:

Р_т = Р_потр/K (ватт); (9)

здесь К — коэффициент полезного действия (КПД). Для трансформаторов малой мощности К = 0,7 ÷ 0,8.

Сечение сердечника трансформатора (рис. 4):

S_ж = √P_T (см²) = А∙В. (10)

Рис. 4.Сечение сердечника трансформатора

Число витков обмотки на один вольт:

N = 50 ÷ 60/S_ж (11)

Число витков первичной (сетевой) обмотки:

W₁ = N∙U_C = N∙U₁. (12)

Числа витков вторичных обмоток, учитывая потери на их активных сопротивлениях и другие, увеличиваем на 5 %:

W₂= 1,05∙N∙U₂;

…. (13)

W_n = 1,05∙N∙U_n.

Диаметры обмоточных проводов:

d₁ = 0,8∙√J₁;

… (14)

d_n = 0,8∙√J_n

Ток сетевой (первичной) обмотки:

J₁ = J_C = P_T/U_C

Теперь конкретно для нашего случая. Вторичная обмотка нашего трансформатора одна. Рабочий ток, как сказано (выше, мал. Для расчета принимаем J₂ = 100 мкА = 0,0001 А, что в 2 раза больше практически замеренного.

P_потр = P₁= J₂∙U₂ = 0,0001∙2200 = 0,22 Вт

P_T = P_потр/K = 0,22/0,7 = 0.31 Вт

S_ж = √P_T = √0,31 = 0,6 см.

Расчет показал, что сердечник для трансформатора такой мощности очень мал. На таком сердечнике физически невозможно изготовить сетевой трансформатор. Поэтому при выборе сердечника будем исходить из конструктивных соображений. А соображения таковы, что нам необходимо намотать и разместить на сердечнике две обмотки с довольно большим числом витков. При этом надо иметь в виду, что, чем больше площадь сечения сердечника, тем меньшее число витков потребуется для трансформатора, значит, и изготовить его легче и проще. Это не значит, конечно, что надо брать сердечник, рассчитанный на несколько киловатт и весом несколько десятков килограммов. Подойдут сердечники трансформаторов 20–60 Вт, причем лучше брать П-образные с тем, чтобы обмотки разместить на разных катушках (рис. 5).

Рис. 5.Монтажная схема трансформатора

Это не исключает, разумеется, применения сердечников типа Ш или ШЛ с одним каркасом для обеих обмоток. Просто при намотке надо тщательнее изолировать витки.

Итак, мы выбрали П-образный ленточный сердечник типа ПЛ 16x32x40.

S_ж = А∙В = 16∙32 = 512 мм = 5,12 см.

Число витков на 1 В:

N = 50/5,12 = 9,76.

Число витков сетевой обмотки:

W₁ = N∙U_С = 9,76∙220 = 2147.

Число витков вторичной обмотки:

W₂ = 1,05∙N∙U₂ = 1,05∙99,76∙2200 = 22545.

Абсолютная точность чисел витков в нашем случае не обязательна.

Принимаем W₁ = 2100, W₂ = 22000 витков.

Диаметры обмоточных проводов:

d₁ = 0,8∙√J_C = 0,8∙√(PT/UC) = 0,8 ∙√(0,31/220) = 0,032 мм

d₂ = 0,8∙√J₂ = 0,8∙√0,0001 = 0,008 мм.

Таких тонких проводов просто не существует. Поэтому диаметры их выбираем опять-таки из конструктивных соображений. Слишком тонкий провод трудно наматывать без специальных станков, слишком толстый не поместится на катушках, размеры которых определяются окном сердечника. Для обеих обмоток возьмем медный обмоточный провод ПЭВ-I диаметром 0,1 мм.

Чтобы быть уверенным, что обмотки разместятся в окне сердечника, площадь которого

S_окна = С∙D = 40∙25 = 1 000 мм²,

проведем грубый проверочный расчет, условно предположив, что провод квадратный со стороной, равной диаметру провода с изоляцией;

d_1И = d_2И = 0,122 мм (из справочника).

Площадь сечения обмоток:

S_О =S₀₁ + S₀₂ = d²_n∙(W₁ + W₂) = 0,122∙(2100 + 22000) = 359 мм².

Чтобы учесть каркас катушки и изоляционные прокладки, которые тоже займут часть площади окна, умножим результат на 2:

S_кат = S_О∙2 = 359∙2 = 718 мм²;

S_окнa > S_кaт. Обмотки размещаются.