Как рассчитать трансформатор для блока питания?

Содержание

Расчет трансформаторного блока питания: методика, формула, подбор устройства

Как рассчитать трансформатор для блока питания?

Практически любой образец современной техники нуждается в трансформаторе. Этот элемент электрической сети предусматривают в схеме подключения для разделения сетей постоянного и переменного тока, соединений с разными напряжениями и т.д. В домашних условиях сделать простейший трансформатор в состоянии любой радиолюбитель, ничего сложного в состав устройства не входит, однако необходимо рассчитать трансформаторный блок питания.

Методика расчета импульсного трансформатора

Еще со школьной скамьи любой человек помнит, что эффективность преобразования зависит от количества витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора, а сама работа устройства основана на явлении индуктивности. Но не совсем ясно, как учесть количество витков, соотнести первичную и вторичную обмотку с выбранным типом трансформатора, а так же учесть неизбежные потери напряжения.

Отмечу, что импульсный трансформатор можно считать простейшим представителем устройств. При этом в заводском варианте выпускают следующие типы подобных устройств:

  1. Стержневой.
  2. Броневой.
  3. Тороидальный.
  4. Бронестержневой.

Сразу скажу, что в статье речь пойдет именно о расчете тороидального трансформатора, поскольку именно этот вид устройства прост в изготовлении и расчете. Теоретически дома можно изготовить и стержневое устройство, но для него требуется обустройство катушки. К этому процессу предъявляются повышенные требования в плане аккуратности выполнения работ. Поэтому проще не замахиваться на изготовление заводской продукции в кустарных условиях, тем более что и тороидальные модели прекрасно работают.

Остальные же варианты трансформаторов и вовсе изготовить в условиях домашней мастерской невозможно. Если говорить о расчете, то в качестве исходных данных вам потребуется:

  • Напряжение на входе. Его можно просто замерить в сети, хотя чаще всего этот параметр равен 220В.
  • Параметры тока на выходе. Сюда в обязательном порядке относят напряжение и силу тока в сети после преобразователя.

Все остальное рассчитывается.

Вручную

Конечной целью расчета считается определение параметров на первичной и вторичной обмотке. Проблемой является необходимость определения трех параметров, которые простому человеку найти довольно сложно. В силу этой причины в СССР была разработана табличная методика расчета.

P W1 W2 S η
Меньше 10 Вт 41/S 38/S 0,8
Меньше 30 Вт 36/S 32/S 0,9
Меньше 50 Вт 33/S 29/S 0,92
Меньше 120 Вт 32/S 28/S 0,95

Стоит просто идти по строке, расчет строится на результатах проведенных в лабораториях опытов. То есть все формулы – чистая практика.

При помощи специального ПО

Существуют различные программы для обработки данных и расчета трансформатора. Сюда входит множество онлайн и оффлайн приложений. В отдельности стоит выделить программу ExcellentIT 8.1. Это бесплатное программное обеспечение от одного из постоянных обитателей форумов об электросиловых установка.

После запуска программы перед вами появится несколько окон с пустыми полями вводных данных. После их заполнения нажимается кнопка «Ок» и компьютер делает все за вас. Результаты вычислений ПО и ручного расчета примерно одинаковы, так как именно на основании табличной методики разработаны практически коды компьютерного обеспечения для расчета трансформаторов.

Читайте также  Как рассчитать потребляемую мощность электроприбора?

Примеры расчета

Порядок вычислений по таблице выглядит следующим образом:

Мощность вторичного пользователя

  • Определим мощность вторичного пользователя трансформатора. Формулу изучали в 9 классе на уроках физики:

Р = Uн * Iн = 24*1,8 = 43,2 Вт – примем условное напряжение вторичного источника в 24 Вт и силу тока в 1,8 А. В общем и целом это рядовые значения электроники средней сложности

Но вот проблема, в таблице используется габаритная мощность. Для ее нахождения придется использовать КПД, а по таблице КПД определяется в зависимости от используемой габаритной мощности. Поэтому используем предположение, что габаритная мощность находится в том же числовом промежутке, что и вычисленное значение («Меньше 50»).

Габаритная мощность

Тогда мы знаем КПД=0,92 и можем посчитать габаритную мощность трансформатора.

  • Рг= Р/ η= 43,2 / 0,92 = 48Вт – а вот по этому значению уже можно выбирать дальнейшее решение, но это все та же категория «Меньше 50». Если бы габаритная мощность не попала в предполагаемый интервал, пришлось бы провести повторные вычисления для большего интервала. Если и больший интервал не подойдет, значит можно смело использовать меньший. Вычисления несложные, поэтому любое их количество все равно сэкономит время на поиск сложных параметров расчета.
  • Определим площадь поперченного сечения. Согласно таблице формула выглядит так:

Результат получаем в см2. Следующим шагом берется любой каталог с выпускаемыми в России сердечниками. В первую очередь нас интересуют сердечники из ферримагнитного железа. Проверяем выбор по соответствию посчитанной площади.

К примеру, нам может подойти модель сердечника – ОЛ50/80 – 40; его площадь поперечного сечения равняется 6, что можно считать практически равной посчитанной.

Количество витков

  • Посчитаем количество витков на первой обмотке.

w1 = 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Здесь нужно обратить внимание на две вещи. Во-первых, витки посчитаны на 1 вольт, то есть это еще не конечный результат. Во-вторых, для расчета использовалось значение не теоретического сердечника, а реального, подобранного в соответствии с посчитанной величиной поперечной площади.

Остальные витки

  • Теперь в соответствие с формулами можно найти и оставшиеся значения витков:

W1-1 = w1 * Uс =5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 5,55 * 24 = 133 витка.

Импульсные трансформаторы отличаются тем, что потери в них преодолеваются с помощью активного сопротивления, а не плотности потока. Чтобы уменьшить потери мощности на этот процесс и приблизить расчеты к реальности, количество витков увеличивают на 3 процента. Во всем мире это значение признается достаточным для того, чтобы уменьшить потери.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Диаметр провода обмотки

  • Окончательным вычисление станет после определения требуемого диаметра провода обмотки:

d = 1,13 √(I / j)

Иначе говоря, сила тока делится на плотность потока, которую ищут по таблице, представленной внизу.

Конструкция трансформатора Габаритная мощность трансформатора
5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
Кольцевая 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,5 3,0-3,5 2,5-3,0

Так как мощность приближается к верхней границе интервала 10-50, выберем значение 4,5. Тогда диаметр можно посчитать как:

D=1,13 √(1,8 / 4,5)=0,71 мм – по заводской таблице выбрать подходящий вариант.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

  • Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
  • Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

Читайте также  Как рассчитать насос на систему отопления?

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Как подобрать подходящий трансформатор

Выбрать подходящий трансформатор можно большим количеством способов, но львиная доля это безысходность или незнание мастера. Выделим три наиболее простых и применимых в практике метода:

  • Первый. Взять старый трансформатор, вышедший из строя. Посмотреть маркировку и найти в Интернете аналог. Если вдруг трансформатор требуется для иных целей, придется повозиться.
  • Второй способ: практический. Для этого следует замерить напряжение и силу тока в сети, а затем посмотреть требуемые параметры устройства, которое планируется подключать через трансформатор. После этого нужно посчитать коэффициент трансформации и, вооружившись этими знаниями, идти выбирать подходящую модель.
  • Третий способ: аналитический. Воспользоваться приведенным в статье расчетом или программным обеспечением, чтобы определить конкретные параметры модели. Если учесть, что в примере используются реальные сердечники и диаметры проводов, то реально найти устройство, которое будет соответствовать заявленным требованиям.



Можно ли использовать планарный трансформатор

Конечно, можно. Но, вопрос в том, нужно ли. Планарным трансформатором зовут устройство на основе распечатанной платы. Использование подобных моделей незаменимо для компактной техники, вроде телефонов, компьютеров и прочего.

Однако, если речь идет о замене или самостоятельном конструировании прибора, то столь инновационная технология не нужна в силу дороговизны и сложности монтажа.

Не нужно изобретать велосипед: есть целый ряд методик расчета, создания и монтажа традиционных трансформаторов, которые готовы выполнить для пользователя практически любую задачу. Использование планарного трансформатора оправдано только при предъявлении к устройству требования особой компактности и мобильности.

Источник: https://OTransformatore.ru/vopros-otvet/raschet-transformatornogo-bloka-pitaniya/

Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ?

Как рассчитать трансформатор для блока питания?

Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания. Что ж поделаешь, всё нужно делать самому.  http://oldoctober.com/

В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.

Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:

10 * 2 = 20W

КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.

20 / 0,65 = 31W

Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.http://oldoctober.com/

31 / 0,9 = 34W

Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице

Мощность трансформатора (Вт) КПД трансформатора (%)
Броневой штампованный Броневой витой Стержневой витой Кольцевой
5-10 60 65 65 70
10-50 80 90 90 90
50-150 85 93 93 95
150-300 90 95 95 96
300-1000 95 96 96 96

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Читайте также  Как рассчитать катушку динамика?

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:

18 / 1,41 = 12,8 V

Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.

12,8 + 0,6 = 13,4 V

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.

13,4 / 1,05 = 12,8 V

Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху.

Те же значения для этой линейки микросхем

Тип микросхемы На выходе трансформатора (~В) Напряжение питания max (±В)
TDA2030 12,8 18
TDA2040 14 20
TDA2050 17,5 25

Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться. Поэтому, на практике, его искусственно завышают на 10%.

12,8 / 1,1 = 11,64V

Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 1,2… 1,8V. Так как я использую всякий хлам (КД226), то выбираю 1,8V.

11,64 – 1,8 = 9,8V

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

Страницы:

Источник: http://meandr.org/archives/6553