Расчет тороидальных трансформаторов

Инж. Г. Мартынихин

Перед конструкторами радиоэлектронной аппаратуры часто ставитсяя задача создания устройств с небольшими размерами и минимальным весом. Практика показала, что лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмотки и повышенным к.п.д. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов.

В связи с тем, что полный расчет силовых трансформаторов на тороидальных сердечниках слишком громоздок и сложен, приводим таблицу, с помощью которой легче произвести расчет тороидального трансформатора мощностью до 120 Вт. Точность расчета вполне достаточна для любительских целей. Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформаторов на Ш-образном сердечнике.

Таблицей можно пользоваться при расчетах трансформаторов на сердечниках из холоднокатанной стали Э310, Э320, Э330 с толщиной ленты 0,35-0,5 мм и стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0,05-0,1 мм при частоте питающей сети 50 Гц.

При намотке трансформаторов допустимо применять лишь межобмоточную и наружную изоляции: хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06-0,12 мм или батистовая лента.

Пример расчета трансформатора

• Напряжение сети Uc = 220 В
• Выходное напряжение Uн = 24 В
• Ток нагрузки Iн = 1,8 А.

1. Определяют мощность вторичной обмотки: P = Uн х Iн = 24 х 1,8 = 43,2 Вт

2. Определяют габаритную мощность трансформатора :

Величину к.п.д. и другие необходимые для расчета данные выбирают по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.

3. Находят площадь сечения сердечника :

4. Подбирают размеры сердечника Dc, dc и hc :

Ближайший стандартный тип сердечника - ОЛ-50/80-40, площадь сечения которого равна S = 6 см² (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие: dc должно быть больше или равно dc`:

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяют по формуле:

7. Находят расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток:

Так как в тороидальных трансформаторах магнитный поток рассеяния весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3% : W_1-2 = 133 х 1,03 = 137 витков

8. Определяют диаметры проводов обмоток:

 ,    где I₁ - ток первичной обмотки трансформатора, определяемый из формулы :

I₁ = 1,1 (P_г / Uc) = 1,1 (48 / 220) = 0,24 A

   Выбирают ближайший диаметр провода в сторону увеличения - 0,31 мм;

Трансформаторы, расчитанные с помощью приводимой таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали хорошие результаты.

"Радио" №3/1972 год