Детекторный приёник с рамочной антенной

R9AL | 2010 / Лаборатория : Трансформаторы. Класcическая методика расчета

В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:

Кое-где еще можно встретить Ш-образные плачтинчатые сердечники, расчет таких трансформаторов аналогичен расчету Ш-образного ленточного.

Трансформатор с кольцевым сердечником (тороидальный) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

напряжение первичной обмотки U1;
напряжение вторичной обмотки U2;
ток вторичной обмотки I2;

Расчет трансформатора

1. Расчет габаритной мощности трансформатора

При выборе железа для трансформатора надо учитываять, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток. Таким образом, чтобы выбрать подходящее железо, нужно прежде всего определить, а какой мощности будет ваш трансформатор.

Мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых).

Габаритная мощность трансформатора определяется выражением:

Расчет габаритной мощности

Где:
η = 0,95 - КПД трансформатора;
Sc и So - площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
f - нижняя рабочая частота трансформатора [Гц];
B = 1,2 - магнитная индукция [T];
j - плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм];
Km - коэффициент заполнения окна сердечника медью;
Kc = 0,96 - коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

Величины электромагнитных нагрузок В и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц 1 и 2.

Таблица 1

Конструкция магнитопровода	Магнитная индукция В, [Тл] при Рвых, [Вт]
Конструкция магнитопровода	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая (пластинчатая)	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35-1,2
Броневая (ленточная)	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Кольцевая	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Таблица 2

Конструкция магнитопровода	Плотность тока j, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]
Конструкция магнитопровода	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая (пластинчатая)	3,9-3,0	3,0-2,4	2,4-2,0	2,0-1,7	1,7-1,4
Броневая (ленточная)	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
Кольцевая	5-4,5		4,5-3,5	3,5	3,0

Коэффициент заполнения окна Кок приведен в таблице 3 для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией.

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью Кст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода (пластинчатая, ленточная) и способа изоляции пластин или лент друг от друга. Величина коэффициента Кст для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 4

Таблица 3

Конструкция магнитопровода	Рабочее напряж. [В]	Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]
Конструкция магнитопровода	Рабочее напряж. [В]	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая (пластинчатая)	до 100	0,22-0,29	0,29-0,30	0,30-0,32	0,32-0,34	0,34-0,38
Броневая (пластинчатая)	100-1000	0,19-0,25	0,25-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30	0,30-0,33
Броневая (ленточная)	до 100	0,15-0,27	0,27-0,29	0,29-0,32	0,32-0,34	0,34-0,38
Броневая (ленточная)	100-1000	0,13-0,23	0,23-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30	0,30-0,33
Кольцевая	-	0,18-0,20		0,20-0,26	0,26-0,27	0,27-0,28

Таблица 4

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм
Конструкция магнитопровода	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Броневая (пластинчатая)	-	0,7(0,75)	-	0,85 (0,89)	0,9 (0,95)
Броневая (ленточная)	0,87	-	0,90	0,91	0,93
Кольцевая	0,85		0,88

Примечание:

1. Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.

2. Коэффициент заполнения для ленточных магнитопроводов указаны при изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.

Определив величину Sст*Sок, можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.

2. Определение количества витков в обмотках.

Количество необходимых витков можно рассчитать по такой формуле:

Где:
U₁, U₂, U₃, ... - напряжения обмоток в вольтах, а n₁, n₂, n₃, ... - число витков обмоток.

Если изначальные договоренности нами в точности соблюдены, и мы делаем жесткий трансформатор, то число витков как первичной, так и вторичной обмоток определяется по одной и той же формуле. Если же мы будем использовать трансформатор при предельном значении мощности для имеющегося типоразмера сердечника, рассчитанное по этой формуле, или мы проектируем маломощные трансформаторы (менее 50 Вт), с большим числом витков и тонким проводом обмоток, то число витков вторичных обмоток следует увеличить в 1/ η раз. С учетом нашей договоренности, это составит 1,05 или больше рассчетного на 5%.

Что же касается напряжений накальных обмоток, то здесь стоит вспомнить указание самой главной книги по радиолампам: "Руководство по применению приемно-усилительных ламп", выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.

Надо открыть это руководство на 13-ой странице, внимательно рассмотреть график на рисунке 1, и уяснить из него, что оптимальное напряжение накала радиоламп для сохранения их максимальной надежности и, соответственно, долговечности составляет 95% от номинала. Что для ламп с напряжением накала 6,3 вольта, составит ровно 6 вольт. Поэтому не надо увеличивать число витков накальных обмоток в 1,05 раза. Пусть будет, как есть.

3. Расчет диаметра провода.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):