Відразу обмовлюся, що буду розглядати однофазні трансформатори для живлення наземної стаціонарної радіоапаратури потужністю в десятки - сотні ват, що має найпоширеніше застосування.
Перш, ніж приступити до розрахунків трансформатора, яких може бути безліч, необхідно домовитися про критерії його якості, що неодмінно позначиться на побудові розрахункових формул. Я вважаю, що головний якісний показник силового трансформатора для радіоапаратури це його надійність. Слідство надійності - це мінімальний нагрів трансформатора при роботі (іншими словами він повинен бути завжди холодним!) І мінімальна просадка вихідної напруги під навантаженням (іншими словами, трансформатор повинен бути "жорстким").

Інші критерії оптимізації крім надійності, як-то: економія міді, мінімальні габарити або вага, висока питома потужність, зручність намотування, мінімізація вартості, обмежений термін служби (щоб нові купували частіше, замість згорілих) я не вважаю прийнятними в інженерній практиці. Методики "вибивання" з наявного типорозміру сердечника наімаксімальнейшей потужності, я теж вважаю неприйнятними. - Такі трансформатори довго не працюють і гріються як чорти.

Хочете економити - купуйте китайську дешевку або радянський ширвжиток. Але пам'ятайте: "Скупий завжди платить двічі!".
Трансформатор повинен працювати і не створювати проблем. Це його головна функція.
Виходячи з цього, будемо його і розраховувати!
Перш за все, необхідно усвідомити для себе деяку мінімальну теорію.
Отже: силовий трансформатор. Чи не ідеальний. А по сему, ці неідеальної потрібно розуміти і правильно враховувати. Головних неідеальним у силового трансформатора - дві.
1. Втрати на активному опорі проводи обмоток.
2. Втрати на перемагнічування в осерді, - на якомусь "магнітному опорі".
Саме ці дві неідеальної повинні бути розумно-мінімальними, щоб трансформатор задовольняв вимогам надійності.
Активний опір обмоток і, як наслідок, їх нагрівання, визначається закладеної при розрахунку щільністю струму в проводі. А по сему, її значення повинно бути оптимальним. На підставі великого практичного досвіду рекомендую використовувати значення щільності струму в мідному дроті не більше 3,2 ампера на квадратний міліметр перетину. При використанні срібного дроту, щільність струму можна збільшити до 3,5 ампер на квадратний міліметр. А ось, для алюмінієвого проводу вона не повинна перевищувати значення 2 ампера на квадратний міліметр. Зазначені значення щільності струму категорично перевищувати не можна! І з цих значень ми виведемо формули для визначення діаметра дроту обмоток, якими будемо користуватися в розрахунку.
Мотати обмотки товщим проводом (при меншому значенні щільності струму) - можна. Більш тонким - категорично ні! Однак, і товщим проводом мотати обмотки не варто, оскільки тоді ми ризикуємо не вклалися потрібне число витків в вікно сердечника. А в доброму трансформаторі повинно бути багато витків, щоб звести до мінімуму магнітні втрати і щоб не грівся його сердечник.
Більшість холоднокатаних електротехнічних сталей зберігають свою лінійність до значення магнітної індукції 1,35 Тесла або 13500 Гаусс. Але треба не забувати, що напруга в розетці електромережі може мати розкид від 198 до 242 вольт, що відповідає нормированному 10-і відсотковому відхиленню від номіналу як в плюс, так і в мінус. Тобто, якщо ми хочемо, щоб у всьому діапазоні живлячої напруги наш трансформатор працював надійно, треба його розрахувати так, щоб сердечник не підходив би до нелінійності при будь-якому допустимому напрузі мережі живлення. У тому числі і при 242 вольтах. А по сему, на номінальну напругу 220 вольт, магнітна індукція повинна вибиратися не більше 1,2 Тесла або 12000 Гаусс.
Дотримання цих двох зазначених вимог забезпечить високий ККД трансформатора і високу стабільність вихідних напруг при зміні струму навантаження від нуля до максимального значення. Іншими словами, ми отримаємо дуже "жорсткий" трансформатор. Що і потрібно! А ось збільшення розрахункового значення індукції понад 1,2 Тесла призведе не тільки до нагрівання сердечника, але і до зниження "жорсткості" трансформатора. Якщо розраховувати трансформатор на значення індукції понад 1,3 Тесла, то ми отримаємо "м'який" трансформатор, вихідна напруга якого, плавно просаджували при збільшенні струму навантаження від нуля до його номінального значення. Чи не для всіх радіопристроїв такі трансформатори придатні. Втім, в транзисторних схемах можна з успіхом використовувати стабілізатор випрямленої напруги. Але це - додаткова схема, додаткові габарити, додаткова розсіює потужність, додаткові гроші і додаткова ненадійність. Чи не краще відразу зробити хороший трансформатор?
У м'якого живильного трансформатора напруги на одних вторинних обмотках залежить від споживаних струмів в інших - за рахунок осідання в загальних ланцюгах - на активному опорі первинної обмотки і на магнітному опорі. Наприклад, якщо ми маємо від м'якого трансформатора двотактний ламповий підсилювач, що працює в режимі класу В або АВ, то зміна споживання по анодному ланцюзі призведе до додаткових коливань напруги напруження ламп. І, оскільки, напруга напруження ламп має також допустимий розкид в 10% від номіналу, м'який трансформатор внесе в цю напругу додаткову нестабільність ще в 10, а то і в 15 відсотків. А це неминуче, спочатку скоротить вихідну потужність підсилювача на великих громкостях (інерційні просадки гучності), а з плином часу призведе до більш ранньої втрати емісії у ламп.
Економія на силовому трансформаторі відгукується більш дорогими втратами в радіолампах і в параметрах радіопристроїв. Ось вже воістину: "Економія - шлях до розорення і злиднях!"
В даний час найбільш поширені магнітопроводи наступних конфігурацій:

Подальший розрахунок трансформатора будемо вести за суворими класичним формулами з підручника електротехніки:
1. При дотриманні досягнутих домовленостей ККД трансформатора (при найбільш часто зустрічаються потужностях 80 - 200 Вт) буде не нижче 95 відсотків, а то і вище. Тому, в формулах будемо використовувати значення ККД = 0,95.
2. Коефіцієнт заповнення вікна сердечника міддю для тороїдальних трансформаторів становить 0,35. Для звичайних каркасних броньових або стрижневих - 0,45. При широких каркасах і великій довжині намотування одного шару (h), значення Km може доходити і до значення 0,5 ... 0,55, як, наприклад, у магнитопроводов типу Б69 і Б35, параметри яких наведені на малюнку. При бескаркасной промислової намотуванні Km може мати значення і до 0,6 ... 0,65. Для довідки: теоретичну межу значення Km для шарового розміщення круглого проводу без ізоляції в квадратному вікні - 0,87.
Наведені практичні значення Km досяжні лише при рівному укладанню дроти суворо виток до витка, тонкої межслойной і межобмоточной ізоляції і закладення висновків за межами вікна сердечника (на бічних вильоти обмотки). При виготовленні каркасних обмоток в аматорських умовах, в умовах лабораторного або дослідного виробництва, краще приймати значення Km = 0,45 ... 0,5.
Зрозуміло, все це стосується звичайних силових трансформаторів для лампової або транзисторної апаратури, з вихідними і живлять напругою до 1000 вольт, де не пред'являються підвищені ізоляційні вимоги до обмоток і до закладення їх висновків.
3. Габаритна потужність трансформатора, у ВАТ, на конкретно обраному сердечнику визначається за формулою:

де:
η = 0,95 - ККД трансформатора;
Sc і So - площі поперечного перерізу сердечника і вікна, відповідно [кв. см];
f - нижня робоча частота трансформатора [Гц];
B = 1,2 - магнітна індукція [T];
j - щільність струму в проводі обмоток [A / кв.мм];
Km - коефіцієнт заповнення вікна сердечника міддю;
Kc = 0,96 - коефіцієнт заповнення перерізу сердечника сталлю;
4. Поставивши напругами обмоток, кількість необхідних витків можна розрахувати за такою формулою:

де:
U1, U2, U3, ... - напруги обмоток в вольтах, а n1, n2, n3, ... - число витків обмоток.
Якщо початкові домовленості нами в точності дотримано, і ми робимо жорсткий трансформатор, то число витків як первинної, так і вторинної обмоток визначається по одній і тій же формулі. Якщо ж ми будемо використовувати трансформатор при граничному значенні потужності для наявного типорозміру сердечника, розраховане по цій формулі, або ми проектуємо малопотужні трансформатори (менше 50 Вт), з великим числом витків і тонким проводом обмоток, то число витків вторинних обмоток слід збільшити в 1 / η раз. З урахуванням нашої домовленості, це складе 1,05 або більше розрахункового на 5%.
Що ж стосується напруг накальних обмоток, то тут варто згадати вказівку найголовнішою книги по радіолампах: "Керівництво по застосуванню приймально-підсилювальних ламп" , Випущене для радіоінженерів-розробників Державним комітетом з електронної техніки СРСР в 1964 році.
Треба ознайомитися з цим посібником на 13-ій сторінці, уважно розглянути графік на малюнку 1, і усвідомити з нього, що оптимальне напруга напруження радіоламп для збереження їх максимальної надійності і, відповідно, довговічності становить 95% від номіналу. Що для ламп з напругою напруження 6,3 вольта, складе рівно 6 вольт. Тому не треба збільшувати число витків накальних обмоток в 1,05 рази. Нехай буде, як є.
5. Визначаємо струми обмоток:
Струм первинної обмотки: I1 = P / U1
При використанні двухполуперіодного випрямляча середній струм кожної половини обмотки буде в 1,41 рази (корінь з двох) менше, ніж необхідний випрямлений струм навантаження. У разі використання мостового напівпровідникового випрямляча, ток обмотки буде в 1,41 рази більше, ніж випрямлений струм навантаження. Тому, треба не забути в формули для визначення діаметрів проводів підставляти споживання по постійному струму, в першому випадку поділені, а в другому, помножені на 1,41.
6. Розраховуємо діаметри проводів обмоток виходячи з протікають в них струмів за такими формулами (для міді, срібла або алюмінію):

Отримані значення округляємо в бік збільшення до найближчого стандартного діаметра дроту.
7. Робимо перевірку розрахунку. Потужність первинної обмотки - твір напруги живлення на струм, повинна дорівнювати сумі потужностей всіх вторинних обмоток. Тобто: U1 x I1 = U2 x I2 + U3 x I3 + U4 x I4 + ...
Намотавши трансформатор, для проведення подальших розрахунків випрямляча необхідно заміряти деякі його параметри.

• Активний опір первинної обмотки.

• Активний опір вторинних обмоток.

• Точні значення напруг вторинних обмоток, зрозуміло, перевіривши, щоб в мережі при цьому напруга становила 220 вольт. Якщо ж воно відрізняється від номіналу (але знаходиться в межах 198 - 242), то пропорційно перерахувати виміряні значення.

• Струм холостого ходу первинної обмотки (який струм трансформатор споживає з мережі при відсутності навантаження на його вторинних обмотках).

Наприклад,
Тороїдальний силовий двохобмотувальні трансформатор, потужністю 530 Ватт, який я сам, вручну, мотав в 1982 році на осерді від згорілого побутового перехідного 400-ватного автотрансформатора 127/220 вольт, що називався в торговій мережі "Південь-400", мав наступні параметри:
Магнітна індукція при напрузі 220 вольт - 1,2 Тесла,
Число витків первинної обмотки (220 вольт) - 1100.
Діаметр проводу первинної обмотки - 0,96 мм.
Число витків вторинної обмотки (127 вольт) - 635.
Діаметр дроту вторинної обмотки - 1,35 мм.
При цьому, струм холостого ходу вийшов 7 (сім!) Міліампер.
Протягом вісімнадцяти років, виключаючи, через цей трансформатор у мене харчувався "холостяцький" холодильник "Саратов-II" (той самий, при роботі з яким згорів автотрансформатор "Південь") після переведення нашого району на напругу мережі 220 вольт.
Для порівняння.
"Рідна", промислова, обмотка того самого трансформатора "Південь" на 220 вольт містила 880 витків. Тож не дивно, що він грівся як сволота, навіть будучи лише автотрансформатором, і в кінці-кінців згорів. Так, це і зрозуміло, адже, радянська побутова промисловість була зацікавлена ​​в збільшенні купівельного попиту. Ну, ось і досягалося це не широкою номенклатурою товарів, а обмеженим терміном їх роботи!
Не треба економити, - це, адже, те ж саме, що самому собі гадити.
Бажаю удачі!

Сергій Комаров