Имеется самодельный трансформатор (типа как на рисунке слева), но не ясно какую мощность он может отдать.

В различных источниках приводятся выражения для габаритной мощности, в которых учитываются или только площадь поперечного сечения магнитопровода [1], [2] или, дополнительно, площадь поперечного сечения окна в магнитопроводе [3], [4]. Причем, если рассчитывать по выражению, приведенному, например, в [3] (т. е. когда, по-видимому, выбраны типичные значения коэффициентов, приведенных в более общем выражении там же выше), то различие со значением габаритной мощности, рассчитанному по выражению из [1], [2] получаются почти в 11 раз!!! 1111 против 12000 В*А (сечение магнитопровода 5х8 см, сечение окна 10х20 см).
Кроме того, у меня есть промышленный трансформатор на номинальную мощность 250 В*А с сечением магнитопровода 3,2х4,7 см и сечением окна 3,2х11,3 см. Рассчитав для него по тем же выражениям габаритную мощность, получились следующие значения: ~157 и 815 В*А. Я, конечно, понимаю, что номинальная мощность, указанная на нем и не должна точно совпасть с расчитанной по каким-либо формулам, но хотя бы что-то близкое должно быть!?
Что же касается выражений, приведенных в [3] и [4], то получается, что чем больше окно, тем больше мощность. Но при этом же не делается никаких оговорок. Я так понимаю, это будет лишь в том случае, если вторичная обмотка будет намотана поверх первичной, т. е. когда магнитные потоки обеих обмоток непосредственно сцепляются. Если же обмотки разнесены, потоки обмоток сцепляются лишь посредством магнитопровода, трансформатор имеет падающую характеристику и тут уже какой-то "вечный двигатель" получается в соответствии с формулой Pгаб~Sокна*Sсерд.
Так как же оценить мощность, подскажите пожалуйста, силовики-затейники!?

Сообщение отредактировал EUrry - Jan 4 2013, 09:14

Хм... По температуре обмоток, наверное.
Включить, нагрузить не очень сильно и через часик замерять температуру внутри обмотки. Первичной или обоих. Обычно, первичка греется больше, она закрыта наглухо.
После оценки подгрузить больше.
За 2-3 итерации получим что-то определенное. Даже грубый график можно экстраполировать достаточно точно для практики..

Трансформатор не является пороговым устройством, поэтому параметр "Габаритная мощность" является синтетическим. Он позволяет оценить реализуемость конкретного трансформатора при заданных начальных условиях. Площадь сечения магнитопровода определяет максимальную индукцию в сердечнике при заданном входном напряжении. Эта площадь, также, совместно со средней длиной магнитной цепи определяет сопротивление магнитной цепи (по аналогии с электрической). Площадь окна напрямую связана с плотностью тока в обмотках. Приведенная по ссылке [3] формула является общеупотребительной для оценки "нормализованного" трансформатора. Очевидно, что для заданного магнитопровода можно варьировать максимальную плотность тока в обмотках или магнитную индукцию и получать различную габаритную мощность. Выбор этих параметров обусловлен режимом и условиями работы трансформатора (долговременный, кратковременный, допустимый КПД, наличие внешнего охлаждения).

Например, консервативный расчет для первого трансформатора дает 0,7кВт, но если режим работы под нагрузкой кратковременный, то можно его рассчитать и на 1кВт, при условии правильного выбора сечения проводов первичной и вторичной обмоток.

Как вариант, только всё-равно какое-то первое приближение надо бы получить.


Тем не менее, если магнитопровод войдет в насыщение, а магнитные потоки обмоток будут сцеплены только через него, то ограничение будет?


Опять же, если есть смысл, т. е. обмотки расположены поверх друг друга. Правильно?


Спасибо, что указали на общую формулу, а то я на [4] ошибочно указал, а там кое-что упущено. С общего позволения отредактирую первый пост пока не поздно, чтобы не было путаницы. То, что там выбраны какие-то значения коэффициентов, об этом я и писал ранее. К сожалению, сам их значения выбрать я не могу вследствие отсутствия как многих исходных данных об используемых материалах, так и просто практического опыта расчета таких устройств.


Вы имеете в виду указанный мной неопознанный трансформатор? И что за консервативный расчет дает еще одно (уже третье!) значение?

P. S. Кстати, трансформатор ранее использовался как сварочный источник (электрод диаметром 4 мм брал с ограничивающим сопротивлением в течение 10-20 минут, больше просто не нужен был). Кроме того, у него есть обмотка (или ответвление, не изучил пока) на 14 В, для запуска автомобильного стартера (функция не опробована).

Хорошо, с цифрами:

В промышленных сварочных трансформаторах схожего габарита используется плотность тока 5-7А/мм2, при максимальной индукции 1Т габаритная мощность будет 0.7 кВт. Перегрев будет, скажем, 30-40С, т.е. можно варить часами.

Для домашнего использования (сварить пару прутков/труб), плотность тока можно поднять до 10-12А/мм2 и габаритная мощность уже составит 1.1кВт. А ежели только машину завести, то можно ориентироваться на 18-20А/мм2 и кратковременная мощность будет уже 1.5кВт.



Нет, плотность тока определяет сколько меди можно уместить в окне данного размера, ведь чем меньше выбранное значение, тем более толстый провод придется использовать.

Т. е. такие значения мощности нормальны для сварочника? Я как-то особо никогда не интересовался промышленными.
Когда-то пробовал сварить что-то с использованием киловаттного трансформатора (с жесткой характеристикой, типа ОСМ), он у меня, естественно, перегревался. Но, насколько помню, что-то он у меня даже электрод диаметром 3 мм не брал (напряжение, конечно, может маловато было для зажигания дуги - 36 В). Пробовал подключать в качестве последовательного ограничивающего индуктивного сопротивления как раз таки указанный в первом посте трансформатор на 250 В*А обмоткой, рассчитанной на напряжение 12 В. Эффекта особого не наблюдал. Удалось лишь по-дурацки сварить два прутка диаметром 5 мм первобытным сварочным методом - угольным стержнем поддерживать дугу и в место сварки подавать электрод в качестве проволоки. Трансформатор всё-равно быстро сильно перегревался. Но, конечно, какое там ограничение было я не проверял.


Для машины то на несколько секунд понятно, главное, чтобы мост не пробило.


Ну, это то прописные истины. Я, когда спрашивал, под "имеет смысл" имел в виду тот случай, когда ток не ограничен индуктивностью рассеяния, т. е. когда обмотки намотаны одна поверх другой и связаны только магнитным потоком через магнитопровод.

На холостом ходу у "домашнего" сварочника обычно 40-50В. Для тройки нужен ток не меньше 100А, плюс конструкция должна обеспечивать определенный коэффициент стабилизации тока дуги. Вроде у Володина на форуме целый раздел "про это".


В любом случае магнитопровод замкнутый.

36 В мало, другого не дано просто было.


А насыщение?

У обычного трансформаторного железа магнитная проницаемость порядка неколких десятков тысяч. и получить замеметную на 50гц индуктивность рассеяния нужно очень постараться. Необходима специальная конструкция сердечника с магнитным шунтом. И нет никакой необходимости располагать обмотки на одном стержне.

Сердечника? Если да, то оно определяется магнитной индукцией, которая не может превысить определенного значения за полупериод сетевого напряжения.

Какое еще насыщение?
Если трансформатор на холостом ходу в насыщение не вошел, то дальше ничего ему не будет.
Витки от нагрузки не меняются, напряжение и сечение магнитопровода тоже. Проблемы только с теплом.

Тем не менее, насколько я успел прочесть в книге Володина, именно за счет расположения вторичной обмотки на другом каркасе обеспечивается ограничение тока вследствие влияния индуктивности рассеяния.


Его сАмого.


Хорошо, спасибо. Т. е. с магнитным потоком первичной обмоки более-менее понятно - рассчитывается исходя из количества витков и, соответственно, не может превысить заданной величины и привести к насыщению сердечника. Со вторичной, так понимаю, закон сохранения по крайней мере также не позволяет сделать сверх открытия. К сожалению, на радиотехническом направлении теории магнитных цепей у меня не было. Но по мере необходимости приходится сталкиваться.

Напряжение, как раз-таки меняется - уменьшается под нагрузкой (падает на активном сопротивлении обмоток), так что да, наихудший режим по индукции - режим холостого хода, под нагрузкой индукция меньше.

В сварочном режиме - не очень линейный ток, особенно от транса с жесткой характеристикой. Если реально хотите возиться в трансовым сварочником - мона попробовать прикрутить к 36 В трансу стабилизатор дуги, типа осциллятор. Там у Володина на форуме их фотки были. Типо УВК. Мне такое в лом - инверторные сварочники уже, по слухам, до 100 баксов подешевели. В руках я такой не держал - только за 150. Говорили, что нормальный.
По существу темы - можно оценить сопротивление транса по первичной обмотке. Замыкаете вторичную, питаете первичную от сети через какую электроплитку, или типа того. Желательно примерным потребляемым током транса. И мерите напряжение на первичной обмотке и ток через нее. Делите одно на другое - получаете полное сопротивление. Омическое + индуктивности рассеяния. Индуктивность рассеяния, конечно, немного гадит - трудно отличить ее от сопротивления. Можно вымерить измерителем индуктивности. Потом прикидываете, какую мощность тепла он может скинуть, и при каком токе оная получится - по формуле RI^2. Это и будет примерный рабочий первичный ток. Транс без обдува может скинуть 20-50-100 и более ватт, в зависимости от габарита. Сердичник, првда, тоже греется, тут это не учтено. Кста, так можно и на ощупь определить этот ток. Действительно подобрать ток, при котором транс еще терпимо греется. Просто при закороченном трансе требуется намного меньшее напряжение и соотв. мощность(ватт 200). Рекомендую ЛАТР и дополнительный понижающий транс. Бо ЛАТР большим током можно сжечь.

Да Вы что!!! Интересно у нас Электроинтел почём продает.


Спасибо за еще один экспериментальный совет, но и те еще не распробовал. Собственно, трансформатор у знакомого. Пока на новогодние праздники уезжал, немного занимался этим вопросом на месте, а сейчас был вынужден физически дистанцироваться. Но, видимо, запуска не избежать - с оценкой мощности или без нее, это уж как получится по времени.