Силовой трансформатор широко применяются в сетевых источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, хотя, справедливости ради, следует признать, что в последние годы они активно вытесняются импульсными источниками. И все же, источники питания на основе силовых трансформаторов и сейчас достаточно широко распространены.
На рисунке показана схема простого cиловой трансформатор.
У него есть одна первичная (N1) и одна вторичная (N2) обмотка. Конечно, сейчас в продаже есть большой выбор как силовой трансформатор, так и готовых источников питания, — можно приобрести готовое изделие практически под любые ваши «нужды». Но если это не удается, важно знать, как можно переделать покупку под конкретные цели, как перемотать неподходящий трансформатор под необходимые параметры для конкретного случая. Либо как перематывать готовый, но неисправный (с горелыми обмотками) силовой трансформатор. Для этого нужно знать, как рассчитать трансформатор.
И так, силовой трансформатор состоит из сердечника с каркасом и обмоток. Обычно сердечники встречаются двух типов — «Ш»-образные и тороидальные.
Проще всего наматывать или перематывать «Ш»-образный, особенно при большом числе витков, так как его обмотки наматываются на каркас как нитки на катушку, а потом сердечник легко разбирается и собирается из отдельных «Ш»-образных пластин.
О нем и пойдет речь. 
Для начала необходимо разобраться с требуемыми параметрами трансформатора. А именно, — входное переменное напряжение (U1), выходное переменное напряжение (U2), мощность, которую нужно получить на выходе (Р).
Если мы живем в РФ, то входное напряжение U1 = 220V. Выходное — какое вам нужно. Мощность Р зависит от выходного напряжения и максимально необходимой величины выходного тока (I2).
Мощность рассчитываем: Р = U2 x I2 (напряжение в V, ток в А, мощность в W).
Далее переходим к определению необходимых размеров сердечника. На рисунке 2 показан обычный «Ш»-образный сердечник. Мощность такого сердечника трансформатора зависит от площади поперечного сечения его центральной части (на которую надевается катушка). Площадь определяется: S = L x Т, при этом все берется в сантиметрах.
Необходимую площадь S для необходимой мощности можно рассчитать так:
S =/Р, где S в см2, а Р в W.
Теперь можно выбрать сердечник, зная какой площади должен быть его средний керн. Найти именно такой как нужно сердечник сложно, поэтому следует руководствоваться принципом, что площадь сечения его среднего керна должна быть не меньше расчетной (конечно, в разумных пределах).
Подобрав сердечник переходим к расчету числа витков на 1V напряжения:
N = 50 / S, где N — число витков на 1V, a S — площадь в см2 сечения среднего керна того конкретного сердечника, который будете использовать (а не который получился при расчете).
На следующем этапе займемся расчетом уже самих обмоток.
Число витков первичной (сетевой) обмотки, с учетом того, что в сети номинальное напряжение 220V, рассчитывается так: N1 = N x 220.
Затем необходимо определить диаметр намоточного провода для первичной обмотки:
D1 = 0,02x √/1000«Р/220′, где D1 диаметр провода в мм, Р — рассчитанная ранее мощность в W, а 220 — это напряжение в электросети.
Полученный диаметр намоточного провода может быть нестандартным, поэтому округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра.
Число витков вторичной (выходной) обмотки рассчитывается так: N2 = N x U2.
Затем необходимо определить диаметр намоточного провода для первичной обмотки:
D1 = 0,02 x √1000xI2,
Полученный диаметр намоточного провода может быть нестандартным, поэтому округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра.
А теперь попробуем рассчитать реальный трансформатор. Допустим, нам нужно получить с него 12V при токе 2А. То есть исходные данные: U2 = 12V, a I2 = 2А.
- Р = U2 x I2 = 12 x 2 = 24W.
- S = √P = √24 = 4,8989794 см2, предположим у нас есть сердечник, у которого площадь сечения центрального керна равна 5,7 см2.
- N= 50 /S= 50/5,7 = 8,7719
- N1 = N x 220 = 8,7719 x 220 = 1929,818 витков, округляем до 1930 витков.
- D1 = 0,02x√1000xP/220′ = 0,02x√1000×24/220’= 0,2088893 мм. выбираем ближайший стандартный обмоточный провод ПЭВ-0,21 (0,21 мм).
- N2 = N x U2 = 8,7719 x 12 = 105,2628, округляем до 106 витков.
- D1 = 0,02x√1000xI2=0,02x√1000×2= 0,8944271, выбираем ближайший стандартный обмоточный провод ПЭВ-0,91 (0,91 мм).
Таким образом имеем сердечник с площадью сечения среднего керна 5,7 см2, первичная обмотка — 1930 витков провода ПЭВ 0,21, вторичная обмотка 106 витков провода ПЭВ 0,91.
Все. Можно наматывать. Конечно, в идеале все обмотки должны быть намотаны плотно виток к витку. Но для первичной обмотки в 1930 витков это слишком уж утомительно.
Поэтому наматываем внавал, но осторожно, аккуратно, и плотно, как будто бы пытаемся намотать виток к витку, но не получается. Нельзя чтобы провода начала и конца первичной обмотки соприкасались или были слишком близко, — может пробить. Сильно натягивать провод тоже нельзя, — разрушится тоненькая прозрачная изоляция, которой покрыт намоточный провод. По той же причине нельзя провод скрести при намотке о края катушки или другие предметы, способные повредить изоляцию.
Сначала на каркас наматывают первичную обмотку. Затем её покрывают слоем изоляции, например, бумаги, но лучше — специальной фторопластовой лентой или стеклолакотканью.
Потом на эту изоляцию наматывают вторичную обмотку. Она содержит всего 106 витков и довольно толстого провода. Так что не ленитесь, — мотайте строго виток к витку.
После окончания намотки обмоток можно переходить к сборке сердечника.
Если есть готовый силовой трансформатор, исправный, и нужно только изменить его напряжение U2, нужно измерить существующее напряжение U2. Затем разобрать сердечник и размотать вторичную обмотку, внимательно считая её количество витков N2.
Затем, нужно найти N:
N = N2/U2
Теперь зная N перейти к расчету новой вторичной обмотки исходя из формулы:
N2 = N x U2, в которой N2 это уже число витков новой вторичной обмотки, для получения нужного нового напряжения U2. И далее, все как описано выше.