Jak określić moc transformatora

Wielokrotnie pytano mnie, jak określić moc transformatora 50 Hz bez oznaczeń. Spróbuję opowiedzieć o tym i pokazać kilka przykładów.

Istnieje całkiem sporo sposobów określania mocy transformatora 50 Hz. Wymienię tylko niektóre z nich.

1. Oznaczenia.
Czasami na transformatorze można znaleźć wyraźną informację o mocy, choć na pierwszy rzut oka może być niezauważalna.
To oczywiście bardzo banalny sposób, ale najpierw warto poszukać oznaczeń.


2. Moc gabarytowa rdzenia.
Istnieją tabele, w których można znaleźć moc gabarytową określonych rdzeni. Ponieważ jednak produkowano rdzenie o bardzo różnych kształtach i wymiarach, a ponadto różniły się one jakością wykonania, dane w tabeli nie zawsze są wiarygodne.
Nie zawsze też można je szybko znaleźć. Można natomiast pośrednio skorzystać z tabel zamieszczonych w opisach transformatorów znormalizowanych.

3. Transformatory znormalizowane.
Jeszcze w czasach ZSRR, a także później, wyprodukowano ogromną liczbę znormalizowanych transformatorów. Można je rozpoznać po oznaczeniach zaczynających się od ТПП, ТН lub ТА.
Transformatory ТА są mniej rozpowszechnione, natomiast ТПП i ТН spotyka się bardzo często.


Weźmy na przykład transformator ТПП270.


Znajdujemy opis oznaczeń tej serii, a w nim nasz transformator. Podane są tam napięcia, prądy i moc.
W sekcji z dokumentacją zamieściłem ten opis w postaci pliku PDF. Przy okazji można tam sprawdzić wymiary rdzeni transformatorów i określić moc na podstawie ich gabarytów, porównując je z własnym transformatorem. Jeśli jest on nieco większy, moc można przeliczyć, ponieważ jest wprost proporcjonalna do jego rozmiaru.


Oznaczenie transformatora ТН61 jest prawie niewidoczne, ale jednak tam jest :)


Jest dla niego osobny opis, który również zamieściłem na swoim blogu.


Czasami transformator ma oznaczenie, ale nie da się na jego podstawie znaleźć żadnych sensownych informacji. Niestety tabele dotyczące takich transformatorów to rzadkość.


4. Obliczanie mocy na podstawie średnicy przewodu.
Jeśli nie mamy żadnych danych, moc można określić na podstawie średnicy przewodów uzwojeń.
Można zmierzyć uzwojenie pierwotne, ale czasami jest ono niedostępne.


W takim przypadku mierzymy średnicę przewodu uzwojenia wtórnego.
W tym przykładzie średnica wynosi 1.5 mm.
Dalej jest już prosto: najpierw obliczamy pole przekroju przewodu.
Dzielimy 1.5 przez 2 i otrzymujemy 0.75, czyli promień.
Mnożymy 0.75 przez 0.75, a otrzymany wynik przez 3.14 (liczbę pi). Pole przekroju przewodu wynosi 1.76 mm².

Przyjmuje się, że gęstość prądu wynosi 2.5 A na 1 mm². W naszym przypadku mnożymy 1.76 przez 2.5 i otrzymujemy 4.4 A.
Wiemy, że transformator jest przeznaczony do pracy przy napięciu wyjściowym 12 V. Jeśli go nie znamy, możemy zmierzyć je multimetrem. Mnożymy więc 4.4 przez 12 i otrzymujemy 52.8 W.
Na kartce podano moc 60 W, ale obecnie często nawija się transformatory z uzwojeniami o zbyt małym przekroju, więc w gruncie rzeczy wszystko się zgadza.


Czasami na transformatorze podana jest nie tylko liczba zwojów uzwojeń, ale także średnica przewodu. Należy jednak podchodzić do tego sceptycznie, bo naklejki mogą zawierać błędy.



W tym przykładzie najpierw znalazłem dostępny do pomiaru odcinek przewodu i lekko go uniosłem, żeby móc wsunąć tam szczęki suwmiarki.


Po pomiarze okazało się, że średnica przewodu wynosi nie 0.355, lecz 0.25 mm.
Spróbujmy zastosować metodę obliczeń, którą podałem wyżej.
0.25/2=0.125
0.125x0.125x3.14=0.05 mm²
0.05=2.5=0.122 A
0.122x220 (napięcie uzwojenia) = 26.84 W.

Opisany wyżej sposób świetnie sprawdza się również wtedy, gdy transformator ma kilka uzwojeń wtórnych i pomiar każdego z nich byłby po prostu niewygodny.


5. Metoda obliczeń odwrotnych.
W niektórych sytuacjach można skorzystać z programu do obliczania transformatorów. Programy te zawierają dość dużą bazę rdzeni, a ponadto potrafią obliczać dowolne konfiguracje wymiarów na podstawie danych, które możemy zmierzyć.
Korzystam z programu Trans50Hz.


Najpierw wybieramy typ rdzenia. głównie są to wersje toroidalne, taśmowe typu ШЛ oraz z blach typu Ш.


Od lewej: toroidalny, ШЛ, Ш.
W moim przykładzie będę mierzyć rdzeń typu ШЛ, ale w ten sam sposób można określić moc także innych typów transformatorów.


Krok 1: mierzymy szerokość bocznej części rdzenia.


Wpisujemy zmierzoną wartość do programu.


Krok 2: szerokość rdzenia.


Tę wartość również wpisujemy do programu.


Krok 3: szerokość okna.
Są tu dwie możliwości. Jeśli mamy dostęp do okna, po prostu je mierzymy.


Jeśli nie mamy do niego dostępu, mierzymy całkowity wymiar, a następnie odejmujemy czterokrotność wartości z kroku 1 i pozostały wynik dzielimy przez 2.
Przykład: całkowita szerokość wynosi 80 mm, w kroku 1 wyszło 10 mm, więc od 80 odejmujemy 40. Zostaje 40, dzielimy przez 2 i otrzymujemy 20 — to właśnie szerokość okna.


Wpisujemy wartość.


Krok 4: długość okna.
W praktyce jest to długość karkasu na uzwojenie, którą często można bez problemu zmierzyć.


Tę wartość również wpisujemy.


Następnie klikamy przycisk „Oblicz”.


Otrzymujemy komunikat o błędzie.


Chodzi o to, że w programie domyślnie ustawiono wartości przeznaczone do obliczania mocy dużego transformatora.
Znajdujemy zaznaczoną pozycję i zmieniamy jej wartość tak, aby moc (napięcie pomnożone przez prąd) nie przekraczała naszej szacunkowej mocy gabarytowej.
Można wpisać tam choćby 1 V i 1 A, to bez znaczenia. Ja ustawiłem 5 V.


Ponownie klikamy przycisk „Oblicz” i otrzymujemy wynik. W tym przypadku program obliczył, że moc naszego rdzenia wynosi 27,88 W..
Wynik jest zbliżony do obliczeń na podstawie średnicy drutu — wtedy otrzymałem 26,84 W, więc ta metoda całkiem dobrze się sprawdza.


5. Pomiar maksymalnej temperatury.
Zwykłe (żelazne) transformatory podczas pracy nie powinny nagrzewać się powyżej 60 stopni. Można to wykorzystać również przy obliczaniu mocy.
Są jednak wyjątki. Na przykład transformator zasilacza awaryjnego może mieć dużą moc przy niewielkich wymiarach, ponieważ pracuje tylko przez krótki czas i wyłączy się, zanim się przegrzeje. W takim przypadku jego moc może wynosić 600 W, a przy pracy ciągłej zaledwie 400.
Są też chińscy producenci, którzy czasem stosują w tanich zasilaczach „miniaturowe” transformatory, grzejące się jak piecyki. To nienormalne — rzeczywista moc transformatora bywa nawet 1.2-1.5 raza mniejsza od deklarowanej.

Aby zmierzyć moc powyższą metodą, podłączamy dowolne obciążenie: żarówki, rezystory itp. Można też użyć obciążenia elektronicznego, ale w takim przypadku podłączamy je przez mostek prostowniczy z kondensatorem filtrującym.
Czekamy mniej więcej godzinę. Jeśli temperatura nie przekroczyła 60, zwiększamy obciążenie. Dalsza procedura jest chyba jasna.
Jest tu jednak pewne zastrzeżenie: temperatura transformatora może się wyraźnie różnić w zależności od tego, czy ma obudowę i jak jest ona duża. Metoda daje za to bardzo dokładny wynik. Jedyną wadą jest to, że test trwa bardzo długo.

Takich transformatorów używam w ciągu ostatnich 10-15 lat bardzo rzadko, dlatego leżą gdzieś na dalszych półkach na balkonie. Kiedy ich szukałem, natknąłem się na bardzo ciekawe wskaźniki IN-13. Kupiłem je do wskaźnika poziomu w wzmacniaczu, ale ostatecznie odłożyłem projekt. Teraz je znalazłem i zastanawiam się, co można z nich zrobić. Może macie jakieś pomysły i propozycje? Jeśli któryś pomysł będzie ciekawy, spróbuję go zrealizować i pokazać cały proces w formie recenzji.


To wszystko. Na koniec, jako uzupełnienie, film o określaniu mocy gabarytowej transformatora.