Расчет параметров обмоток со сложной намоткой

Поводом к открытию этой темы послужило отсутствие достоверной информации по работе обмоток трансформатора со сложной намоткой. А предварительный расчет первичной обмотки катушки-трансформатора для генератора 9 кВт показал что без сложной намотки не обойтись.

Итак исходные данные для обсуждения. На железном сердечнике мотаем в один слой 60 витков в одну сторону и затем например 9 слоев по 60 витков бифиляром. Т. е. всего получаем 60 + 9*2*60 = 1140 витков. Пусть сопротивление всего провода обмотки составляет например 40,25 Ом. Тогда подав на обмотку 220 В 50 Гц получим ток через обмотку 5,466 А, при этом на обмотке будет рассеиваться мощность 1 кВт.

При этом на вторичной обмотке из 60 витков мы получим те же 220 В.

А теперь несколько интересных вопросов, однозначного ответа на которые я не нашел:

1. Как будет рассеиваться мощность на первичной обмотке трансформатора: равномерно по всей длине обмотки или как-то иначе?

Если исходить из того, что сопротивление провода одинаково по всей длине и ток проходит через всю обмотку, то мощность должна рассеиваться равномерно. Однако если считать мощность по формуле напряжение * ток, то возникает противоречие. Т. к. на 60 первых витках обмотки напряжение 220 В, на выводах каждого из остальных 9 слоев бифиляра напряжение 0 В (при этом 220 В на одном проводе бифиляра компенсируются встречно включенными 220 В на втором проводе).

2. Как рассчитать магнитную индукцию полученной катушки?

Для упрощения будем считать магнитную индукцию в центре катушки.
Будет ли правильным считать её для первых 60 витков катушки и игнорировать остальную её часть, считая что магнитная индукция бифиляра равна нулю?

3. Как рассчитать индуктивность полученной катушки?

Так как полное сопротивление катушки складывается из активного сопротивления и индуктивного сопротивления, расчет индуктивности позволит рассчитать индуктивное сопротивление.

По "огромной" активности в данной теме делаю вывод, что похоже никто поставленным вопросом не задавался. Возникает вопрос: как же все мотают гранаты и прочие нестандартные намотки (бифиляры, катушки Болотова), если никто не понимает как они работают и как рассчитать их параметры? И как рассчитывают добиться результата? По принципу а вдруг случайно получиться?

Ладно, начнем с более простых вопросов. На примере обмотки из предыдущего поста.

При расчете параметров обмотки при работе на переменном токе существует понятие полного сопротивления обмотки. Которое складывается из активного сопротивления провода и индуктивного сопротивления обмотки.
Первое измеряется омметром, зависит от сечения провода и удельного сопротивления материала. Второе зависит от индуктивности обмотки.

Если быть точным, то есть ещё емкостное сопротивление обмотки, которым при обычных расчетах пренебрегают, не учитывая его. Можно ли так поступать в случае бифилярных обмоток вопрос пока открытый.

Вернемся к примеру сложной обмотки. В примере я взял провод с активным сопротивлением 40,25 Ом. На самом деле при 220 В переменки ток 5,466 А мы получим при полном сопротивлении обмотки 40,25 Ом.

Грубо если бы обмотка была простая, то воспользовавшись расчетной программой Coil v.2.1 при заданных параметрах мы получим 34,16 Ом активное сопротивление и 21,29 Ом индуктивное сопротивление, полное сопротивление при этом составит 40,25 Ом.

Но у нас обмотка сложная и поэтому расчет будет иным. Так как индуктивность бифиляра близка к нулю, то индуктивность обмотки и индуктивное сопротивление её уменьшится. Вопрос только на сколько. Будет ли правильным при расчете брать активное сопротивление всего провода и индуктивное сопротивление только небифилярной части обмотки?

Здесь разговор о первичной обмотке, нагрузка к ней не подключается.
А почему пойдет дым?

В том то и дело, что обмотки не одинаковые. С трансформаторами экспериментировал, то что вы описали знаю. Здесь мы имеем 60 витков + бифиляр. Так как напряжение на концах бифиляра 0, то все напряжение будет падать на 60 витках.

Но вот какая при этом будет рассеиваться мощность на этих 60 витках вопрос остается открытым. Я думаю, что можно рассматривать эквивалент схемы как индуктивность 60 витков последовательно с безиндуктивным резистором (бифиляр). В таком случае на 60 витках будет рассеиваться только часть мощности и дым не пойдет. Т. е. грубо мощность будет рассеиваться пропорционально сопротивлению провода. На самом деле так как у 60 витков будет ещё индуктивное сопротивление, то на них будет рассеиваться мощность больше, чем на бифилярной части обмотки.

Усилитель мощности погонял с полчаса на нагрузке 10 витков на железном сердечнике. Работает, можно как печку использовать. С гармониками пока не боролся, занимаюсь расчетом первички катушки-трансформатора и выходным фильтром инвертора. Да и щупа пока нет с соответствующим делителем, чтобы посмотреть сигнал на нагрузке.

Кстати, буду признателен, если подскажете как согласовать нагрузку с усилителем.