Выбор силового трансформатора

     Здравствуйте дорогие посетители. Я намеренно посвящаю отдельную статью выбору сетевого трансформатора для блока автоматики дачного водопровода. И не только дачного и не только водопровода, но и вообще о выборе транса для блоков питания систем контроля, телеметрии, индикации, анализа, управления и т.д.

      Обычно, радиолюбители, предоставляя схему вновь созданного устройства, в конце пишут – в качестве сетевого трансформатора можно использовать любой подходящий. А подходящий к чему? К данному устройству или к первичной сети, к которой будет подключен? В серьезной аппаратуре все сопутствующие системы имеют не только свои шины питания, земляные шины, но и отдельные источники питания, для которых основным требование является надежность, ведь автоматика и предполагает, что все будет работать без присутствия людей при постоянно включенной аппаратуре. Грош-цена всей навороченной системе с кучей возможностей и опций, если в ваше отсутствие из-за всплеска напряжения первичной сети сгорит предохранитель блока питания. При пожаре – не включится система пожаротушения, при ограблении – не сработает сигнализация, при пробое ключа управления насосом – обеспечен потоп, ну т.д. и т.п. Можно конечно нагородить еще кучу разных защит блока питания, сетевого трансформатора, стабилизаторов. Но не забывайте, что каждый дополнительно-введенный в систему компонент, тоже норовит скоропостижно умереть в самый неподходящий момент.

Защита сетевого трансформатора

     Я поступаю в таких случаях следующим образом. Во-первых, первичную обмотку сетевого трансформатора рассчитываю на напряжение не 220В, а на возможное аномальное — 380В. Давайте с примером. Есть блок автоматики для водопровода – нужен к нему блок питания, так же есть сердечник для трансформатора ШЛ 20 х 32. Я не зря выбрал этот сердечник, позже станет ясно. И так открываем программу расчета сетевого трансформатора и вводим данные (смотрим скрин 1).

      Напряжение первичной обмотки – 380В – цифра 3. 5 – вводим численное значение площади сердечника 2,0 х 3,2 = 6,4см2 . 6 – вводим площадь окна сердечника – 11см2 . 4 – Получаем число витков первичной обмотки = 1900 и диаметр провода для нее – 0,31мм. Напряжение вторичной обмотки 1, равное 18В и ток вторичной обмотки 2, равный трем с половиной амперам, я поставил из головы.

      На скрине 2 видно, что на этом же сердечнике с сетевой обмоткой, выполненной проводом диаметром = 0,17мм, можно сделать блок питания на 20В и током в один ампер. Данные значения напряжения и тока я подобрал, что бы при расчете диаметр провода первичной обмотки получился именно 0,17мм. А теперь посмотрим на данные трансформатора ТВК-110Л1 (См. рис.1, таблицу 1 и 2).

     Обмотка, которую можно использовать в качестве сетевой, содержит 2140 витков провода диаметром 0,17мм. На скрине 3 видно, что сетевая обмотка с таким количеством витков может работать аж при напряжении в 428 вольт первичной сети без всякой перегрузки сердечника данного трансформатора.

     Но это при условии, что обмотка выполнена с учетом всех требований и пропитана, в крайнем случае, хотя бы парафином, я всегда делаю горячую пропитку бакелитовым лаком (Прочитайте статью «Блок питания»). И так, проблему с перенапряжением решили, решили заодно и проблему с оплатой за потребляемую электроэнергию, постоянно включенного в сеть такого трансформатора, ведь ток холостого хода трансформатора с таким количеством витков первичной обмотки будет очень маленьким. Теперь разберемся с вторичной обмоткой. Напряжение питания нашего трансформатора = 220В, количество витков первичной обмотки = 2140вит. Находим количество витков на один вольт. W1 = 2140/220 = 9,73вит/В. Что бы получить на выходе вторичной обмотки U2 = 13В, нам надо намотать W1 x U2 = 9,73 х 13 = 126вит. При этом напряжение на конденсаторе фильтра, стоящего после выпрямителя, будет равно 13 х ?(2 ) = 18В. Допустим, что электрик Петров перепутал концы, и напряжение сети стало 380В. В этом случае количество витков на один вольт нашего трансформатор будет равно 2140/380 = 5,63вит/В. И напряжение на вторичной обмотке транса увеличится с 13 вольт до… 126/5,63 = 22,4В. На конденсаторе фильтра будет напряжение = 31,5В. На эти напряжения и надо ориентироваться при выборе выпрямительных диодов и рабочего напряжения конденсаторов фильтра. Диоды должны иметь обратное напряжение – 100В, конденсаторы не менее 50В. Для нашего блока автоматики дачного водопровода, в котором используется микросхемный стабилизатор напряжения КР142ЕН8Б, имеющий максимальное напряжение входа, равное 35 вольтам, напряжение в аварийном режиме, равное 31,5В, вполне допустимо. Если лень перематывать вторичную обмотку ТВК, имеющую 214 витков провода диаметром 0,64мм (такой провод выдерживает ток 0,8А), то напряжение на вторичной обмотке при напряжении первичной сети 220В, будет равно 214/9,73 = 22В. Напряжение на конденсаторе фильтра = 31В. При аварийном напряжении 380В вторичное напряжение увеличится до… 214/5,63 = 38В, а на фильтре – до 53,6В. Для микросхемы КР142ЕН8Б это перебор, вместо его, можно собрать простой стабилизатор на 12В на транзисторе, резисторе и стабилитроне. В любом случае микросхема стабилизатора и транзистор должны иметь теплоотводы, рассчитанные на возможные мощностные перегрузки. Например, при перегрузке не перемотанного ТВК, когда напряжение на конденсаторе фильтра возросло до 53,6 вольт, на регулирующем транзисторе упадет – 53,6 – 12 = 41,6В, значит при токе нагрузки 1А на нем выделится в виде тепла мощность 41,6В х 1А = 41,6Вт. Вот на эту мощность и должен быть рассчитан теплоотвод. Учитывая, что ток потребления нашего блока автоматики раз в десять меньше, то и радиаторы будут небольшими. Вот поэтому я всегда использую для питания слаботочных схем ТВК или переделанные ТВЗ от однотактных, ламповых УНЧ, способных работать в качестве сетевых трансформаторов при повышенных напряжениях первичной сети.

      Как переделать ТВЗ в сетевой трансформатор рассказано в той же статье «Блок питания». Программу «Трансформаторный калькулятор» можно найти в сети, она распространяется свободно. Подобрать ТВЗ можно из таблицы 3. Вроде все. Что не понятно – прошу на форум. Успехов всем. К.В.Ю.
Дополнение. На сердечнике ШЛ20×32 намотан трансформатор ТН36, имеющий мощность 77Вт. Это для справки, если захотите сами рассчитать трансформатор на этом сердечнике.