Как правильно рассчитать намотку трансформатора для радиолюбителя?

Задача расчета трансформатора состоит из следующих элементов:

1. Добиться того, чтобы амплитуда индукции магнитного поля в сердечнике была такой, чтобы сердечник не насыщался и потери в нем не превышали допустимых, и вместе с тем, трансформатор был способен отдать заданную мощность и потери в меди также не были слишком велики (уменьшая потери в стали, мы увеличиваем число витков на вольт, а значит потери в меди, нужно найти оптимум).
2. Чтобы обмотки, имеющие необходимое количество витков и диаметр провода (которым определяется допустимый ток), влезли в окно сердечника.

Классический расчет требует знания точных параметров магнитопровода и довольно сложен -- из-за чего решать приходится методом подбора. Поэтому обычно прикидывают приблизительно, а потом отматывают или (что грустнее) доматывают. В первую очередь определяют габаритную мощность сердечника. Для этого есть страшная на вид формула:

Здесь "Эта" -- КПД, Sc и So -- площади сечения магнитопровода и окна для обмоток, f -- частота, B -- максимальная индукция,j -- плотность тока, допускаемая в проводе обмоток, Km -- коэффициент заполнения окна проводом и Kc -- коэффициент заполнения сечения сердечника сталью. Если идет речь о сетевом трансформаторе на 50 Гц из железа Э320, то эта формула вырождается примерно в P=1,9 So*Sc. Габаритная мощность учитывает как возможность трансформатора выдержать нужное количество вольт на виток, не уйдя в насыщение, так и то, влезут ли обмотки.

Следующий момент -- это определение числа витков первичной обмотки. Тут и есть поиск того самого оптимума: если витков мало, трансформатор на холостом ходу будет насыщаться на пиках напряжения, в результате чего ток холостого хода будет недопустимо большим, вплоть до сгорания трансформатора, либо в менее вопиющем случае просто будут большие потери и низкий КПД. Если же витков много, то во-первых у трансформатора будет слишком большая индуктивность рассеяния, что ограничит отдаваемую мощность, во-вторых -- активное сопротивление обмоток будет велико и потери в меди тоже. Нужно, как сказал классик, что-то среднее, а где же его взять? Обычно в руководствах приводится простая формула K=35..65/Sc, а 35 или 65 зависит от стали, типа сердечника и т. п. Хорошо, когда у нас стандартный сердечник, на который есть даташит или строчка в справочнике, и в них указаны габаритная мощность и рекомендуемое число витков на вольт. Но чаще такого нет и тогда приходится либо мотать с запасом и получать "мягкий" трансформатор с низким КПД, который будет греться под нагрузкой, либо мотать пробные обмотки и подбирать число витков до оптимальных параметров (или отматывать от намотанных с запасом).

Наконец последнее -- это собственно число витков. Первичную обмотку наматывают по расчету, затем мотают пару десятков витков и измеряют напряжение под нагрузкой. Далее пересчитывают на необходимое напряжение.