Одним із часто вживаних пристроїв в областях енергетики, електроніки та радіотехніки є трансформатор. Часто від його параметрів залежить надійність роботи прилади взагалі. Трапляється так, що при виході трансформатора з ладу або при самостійному виготовленні радіоприладів не виходить знайти пристрій з потрібними параметрами серійного виробництва. Тому доводиться виконувати розрахунок трансформатора і його виготовлення самостійно.

Принцип роботи пристрою

Трансформатор - це електротехнічний пристрій, призначений для передачі енергії без зміни її форми і частоти. Використовуючи у своїй роботі явище електромагнітної індукції, пристрій застосовується для перетворення змінного сигналу або створення гальванічної розв'язки. Кожен трансформатор збирається з наступних конструктивних елементів:

  • сердечника;
  • обмотки;
  • каркаса для розташування обмоток;
  • ізолятора;
  • додаткових елементів, які забезпечують жорсткість пристрої.

В основі принципу дії будь-якого трансформаторного пристрою лежить ефект виникнення магнітного поля навколо провідника з поточним по ньому електричним струмом. Таке поле також виникає навколо магнітів. Струмом називається спрямований потік електронів або іонів (зарядів). Взявши дротовий провідник і намотавши його на котушку і підключивши до його кінців прилад для вимірювання потенціалу можна спостерігати сплеск амплітуди напруги при приміщенні котушки в магнітне поле. Це говорить про те, що при впливі магнітного поля на котушку з намотаним провідником виходить джерело енергії або її перетворювач.

У пристрої трансформатора така котушка називається первинною або мережевий. Вона призначена для створення магнітного поля. Варто відзначити, що таке поле обов'язково має весь час змінюватися за напрямком і величиною, тобто бути змінним.

Класичний трансформатор складається з двох котушок і муздрамтеатру, що з'єднує їх. При подачі змінного сигналу на контакти первинної котушки виникає магнітний потік через магнітопровід (сердечник) передається на другу котушку. Таким чином, котушки пов'язані силовими магнітними лініями. Згідно з правилом електромагнітної індукції при зміні магнітного поля в котушці індукується змінна електрорушійна сила (ЕРС). Тому в первинної котушки виникає ЕРС самоіндукції, а у вторинній ЕРС взаємоіндукції.

Кількість витків на обмотках визначає амплітуду сигналу, а діаметр проводу найбільшу силу струму. У разі рівного розподілу витків на котушках рівень вхідного сигналу буде дорівнює вихідному. У разі коли вторинна котушка має в три рази більше витків, амплітуда вихідного сигналу буде в три рази більше, ніж вхідного - і навпаки.

Від перетину дроту, використовуваного в трансформаторі, залежить нагрівання всього пристрою. Правильно підібрати переріз можливо, скориставшись спеціальними таблицями з довідників, але простіше використовувати трансформаторний онлайн-калькулятор.

Відношення загального магнітного потоку до потоку однієї котушки встановлює силу магнітного зв'язку. Для її збільшення обмотки котушок розміщуються на замкнутому магнітопроводі. Виготовляється він з матеріалів мають хорошу електромагнітну провідність, наприклад, ферит, альсифера, карбонильное залізо. Таким чином, в трансформаторі виникають три ланцюги: електрична - утворена протіканням струму в первинній котушці, електромагнітна - утворює магнітний потік, і друга електрична - пов'язана з появою струму у вторинній котушці при підключенні до неї навантаження.

Правильна робота трансформатора залежить і від частоти сигналу. Чим вона більше, тим менше виникає втрат під час передачі енергії. А це означає, що від її значення залежать розміри магнітопровода: чим більшою є частота, тим розміри пристрою менше. На цьому принципі і побудовані імпульсні перетворювачі, виготовлення яких пов'язане з труднощами розробки, тому часто використовується калькулятор для розрахунку трансформатора по перетину сердечника, що допомагає позбутися від помилок ручного розрахунку.

види сердечників

Трансформатори відрізняються між собою не тільки сферою застосування, технічними характеристиками і розмірами, а й типом муздрамтеатру. Дуже важливим параметром, що впливає на величину магнітного поля, крім відносини витків, є розмір сердечника. Від його значення залежить здатність насичення. Ефект насичення настає тоді, коли при збільшенні струму в котушці величина магнітного потоку залишається незмінною, т. Е. Потужність не змінюється.

Для запобігання виникнення ефекту насичення знадобиться правильно розрахувати обсяг і перетин сердечника, від розмірів якого залежить потужність трансформатора. Отже, чим більше потужність трансформатора, тим більшим має бути його сердечник.

По конструкції сердечник поділяють на три основних види:

  • стрижневий;
  • броньовий;
  • тороидальний.

Стрижневою муздрамтеатр є П-подібний або Ш-подібний вид конструкції. Збирається з стрижнів, стягують ярмом. Для захисту котушок від впливу зовнішніх електромагнітних сил використовуються броньові магнітопроводи. Їх ярмо розташовується на зовнішній стороні і закриває стрижень з котушкою. Тороїдальний вид виготовляється з металевих стрічок. Такі сердечники через свою кільцевої конструкції економічно найбільш вигідні.

Знаючи форму сердечника, нескладно розрахувати потужність трансформатора. Знаходиться вона за нескладною формулою: P = (S / K) * (S / K), де:

  • S - площа перетину сердечника.
  • K - постійний коефіцієнт рівний 1, 33.

Площа сердечника залежить від його виду, її одиниця виміру - сантиметр в квадраті. Отриманий результат вимірюється у ВАТ. Але на практиці часто доводиться виконувати розрахунок перетину сердечника по необхідної потужності трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Виходячи з формул можна підтвердити висновок: що чим більше потужність вироби, тим габаритні використовується сердечник.

Типовий розрахунок параметрів

Досить часто радіоаматори використовують при розрахунку трансформатора спрощену методику. Вона дозволяє виконати розрахунок в домашніх умовах без використання величин, які важко впізнати. Але простіше використовувати готовий для розрахунку трансформатора онлайн-калькулятор. Для того щоб скористатися таким калькулятором, знадобиться знати деякі дані, а саме:

  • напруга первинної і вторинної обмотки;
  • габаритні сердечника;
  • товщину пластини.

Після їх введення знадобиться натиснути кнопку «Розрахувати» або схожу за назвою і дочекатися результату.

Стрижневою тип муздрамтеатру

У разі відсутності можливості розрахунку на калькуляторі виконати таку операцію самостійно нескладно і вручну. Для цього буде потрібно визначитися з напругою на виході вторинної обмотки U2 і необхідною потужністю Po. Розрахунок відбувається наступним чином:

  1. Розраховується струм навантаження: In = Po / U2, А.
  2. Обчислюється величина струму вторинної обмотки: I2 = 1, 5 * In, А.
  3. Визначається потужність вторинної обмотки: P2 = U2 * I2, Вт.
  4. Знаходиться загальна потужність пристрою: Pт = 1, 25 * P2, Вт.
  5. Обчислюється сила струму первинної обмотки: I1 = Pт / U1, А.
  6. Знаходиться необхідний перетин муздрамтеатру: S = 1, 3 * √ Pт, см².

Слід зазначити, що якщо конструюється пристрій з декількома висновками у вторинній обмотці, то в четвертому пункті все потужності підсумовуються, і їх результат підставляється замість P2.

Після того як перший етап виконаний, приступають до наступної стадії розрахунку. Число витків в первинній обмотці знаходиться за формулою: K1 = 50 * U1 / S. А число витків вторинної обмотки визначається виразом K2 = 55 * U2 / S, де:

  • U1 - напруга первинної обмотці, В.
  • S - площа сердечника, см².
  • K1, K2 - число витків в обмотках, шт.

Залишається обчислити діаметр намотуваним дроту. Він дорівнює D = 0, 632 * √ I, де:

  • d - діаметр проводу, мм.
  • I - обмотувальний ток розраховується котушки, А.

При підборі муздрамтеатру слід дотримуватися співвідношення 1 до 2 ширини сердечника до його товщині. Після закінчення розрахунку виконується перевірка заповнюваності, т. Е. Чи поміститься обмотка на каркас. Для цього площа вікна обчислюється за формулою: Sо = 50 * Pт, мм2.

особливості автотрансформатора

Автотрансформатори розраховуються аналогічно простим трансформаторів, тільки сердечник визначається не на всю потужність, а на потужність різниці напруг.

Наприклад, потужність муздрамтеатру 250 Вт, на вході 220 вольт, на виході потрібно отримати 240 вольт. Різниця напруг становить 20 В, при потужності 250 Вт струм буде дорівнює 12, 5 А. Таке значення струму відповідає потужності 12, 5 * 240 = 3000 Вт. Споживання струму мережі становить 12, 5 + 250/220 = 13, 64А, що як раз і відповідає 3000Вт = 220В * 13, 64А. Трансформатор має одну обмотку на 240 В з відведенням на 220 В, який підключений до мережі. Ділянка між відведенням і виходом мотається проводом, розрахованим на 12, 5А.

Таким чином, автотрансформатор дозволяє отримати на виході потужність значно більше, ніж трансформатор на такому ж осерді при невеликому коефіцієнті передачі.

Трансформатор тороїдального типу

Тороїдальні трансформатори мають ряд переваг в порівнянні з іншими типами: менший розмір, менша вага і при цьому більше ККД. При цьому вони легко намотуються і перемотувати. Використання онлайн-калькулятора для розрахунку тороїдального трансформатора дозволяє не тільки скоротити час виготовлення виробу, а й «на льоту» поекспериментувати з різними вступними даними. В якості таких даних використовуються:

  • напруга вхідний обмотки, В;
  • напруга вихідний обмотки, В;
  • ток вихідний обмотки, А;
  • зовнішній діаметр тора, мм;
  • внутрішній діаметр тора, мм;
  • висота тора, мм.

Необхідно відзначити, що майже всі онлайн-програми не демонструють особливої ​​точності в разі розрахунку імпульсних трансформаторів. Для отримання високої точності можна скористатися спеціально розробленими програмами, наприклад, Lite-CalcIT, або розрахувати вручну. Для самостійного розрахунку використовуються наступні формули:

  1. Потужність вихідний обмотки: P2 = I2 * U2, Вт.
  2. Габаритна потужність: Pg = P2 / Q, Вт. Де Q - коефіцієнт, що береться з довідника (0, 76-0, 96).
  3. Фактичне перетин «заліза» в місці розміщення котушки: Sch = ((Dd) * h) / 2, мм2.
  4. Розрахунковий перетин «заліза» в місці розташування котушки: Sw = √Pq / 1.2, мм2
  5. Площа вікна тора: Sfh = d * s * π / 4, мм2.
  6. Значення робочого струму вхідний обмотки: I1 = P2 / (U1 * Q * cosφ), А, де cosφ довідкова величина (від 0, 85 до 0, 94).
  7. Перетин дроту знаходиться окремо для кожної обмотки з виразу: Sp = I / J, мм2., Де J- щільність струму, що береться з довідника (від 3 до 5).
  8. Число витків в обмотках розраховується окремо для кожної котушки: Wn = 45 * Un * (1-Y / 100) / Bm * Sch шт., Де Y - табличне значення, яке залежить від сумарної потужності вихідних обмоток.
  9. Залишається знайти вихідну потужність і розрахунок тороїдального силового трансформатора вважається виконаним. Pout = Bm * J * Kok * Kct * Sch * Sfh / 0, 901, де: Bm - магнітна індукція, Kok - коефіцієнт заповнення проводом, Kct коефіцієнт заповнення залізом.

Всі значення коефіцієнтів беруться з довідника радіоапаратури (РЕА). Таким чином, проводити обчислення в ручному режимі нескладно, але потрібно акуратність і доступ до довідкових даних, тому набагато простіше використовувати онлайн-сервіси.

Рекомендації по збірці і намотуванні

При складанні трансформатора своїми руками пластини сердечника збираються «вперекришку». Магнитопровод стягується обоймою або шпилькових гайками. Для того щоб не порушити ізоляцію, шпильки закриваються діелектриком. Стягувати «залізо» потрібно із зусиллям: якщо його не вистачить, якщо пристрій використовується виникне гул.

Провідники намотуються на котушку щільно і рівномірно, кожний наступний ряд ізолюється від попереднього тонким папером або лавсанової плівкою. Останній ряд обмотується кіперною стрічкою або лакотканиною. Якщо в процесі намотування виконується відвід, то провід розривається, а на місце розриву упаюється відведення. Це місце ретельно ізолюється. Закріплюються кінці обмоток за допомогою ниток, якими прив'язуються дроти до поверхні сердечника.

При цьому існує хитрість: після первинної обмотки не слід намотувати всю вторинну обмотку відразу. Намотавши 10-20 витків, потрібно виміряти величину напруги на її кінцях.

За отриманого значення можна уявити, скільки витків потрібно для отримання потрібної амплітуди вихідної напруги, тим самим контролюючи отриманий розрахунок при складанні трансформатора.

Категорія:

Технології