ПРИСТРІЙ - ХАРАКТЕРИСТИКИ - РОЗРАХУНОК
Трансформатор - пристрій для перетворення величини напруги змінного струму. Робота трансформатора грунтується на законі електромагнітної індукції.
Струм, що протікає по одній з обмоток, викликає виникнення змінного магнітного поле в осерді, а воно наводить ЕРС в інших обмотках.
Саме наявність змінного магнітного поля створює умови для роботи трансформатора. На постійному струмі трансформатор працювати не може. У разі підключення трансформатора до джерела постійної напруги, змінне магнітне поле не створюється, отже немає причини для утворення ЕРС.
В такому випадку струм первинної обмотки визначається тільки її провідникові.
Більшість електронної апаратури вимагає харчування, відмінного від напруги мережі. У більшості випадків це напруга значно нижче і може мати кілька різних значень. Трансформатор з декількома вторинними обмотками дозволяє виконати максимально просте перетворення величини напруги з тим застереженням, що живить напруга змінна.
У разі необхідності перетворювати постійну напругу, доводиться спочатку перетворювати його в змінну, що вимагає певних схемотехнік. У такому випадку використання трансформаторів виправдано тільки наявністю гальванічної розв'язки між обмотками.
ПРИСТРІЙ ТРАНСФОРМАТОРА напруги
Основні вузли, які входять в трансформатор це сердечник і обмотки. Сердечники трансформаторів бувають двох типів - броньові і стрижневі. Для роботи з низькочастотними напруженнями, в тому числі і 50 Гц застосовуються стрижневі магнітопроводи. У свою чергу вони поділяються на:
- Ш-образні;
- П-подібні;
- тороїдальні.
Для виготовлення сердечника використовується спеціальне трансформаторне залізо. Від якості заліза багато в чому залежать параметри трансформатора, такі як струм холостого ходу (ТХХ) і ККД. Сердечник набирається з тонких листів заліза, ізольованих один від одного шаром окису чи лаку. Це робиться для того, щоб зменшити втрати в осерді за рахунок вихрових струмів.
Як Ш-подібний, так і П-подібний сердечники можуть збиратися з окремих пластин, а можуть бути використані вже готові половинки, зроблені з навитих на спеціальну оправку суцільних стрічок заліза, поклеєні і розрізаних на дві частини - кручені сердечники. Такі сердечники називаються ПЛ.
У кожного з типів свої достоїнства і недоліки:
Складальні сердечники. Найбільш часто використовуються для складання муздрамтеатру довільного перетину, яке обмежується тільки шириною пластин. Слід мати на увазі, що найкращі параметри мають трансформатори з поперечним перерізом сердечника, близьким до квадратному.
Недоліки - необхідність в щільному стягуванні, підвищене магнітне поле розсіювання трансформатора і низький коефіцієнт заповнення вікна котушки (реальна площа металу в осерді менше геометричних розмірів через нещільного прилягання пластин).
Кручені. Збираються ще простіше, оскільки весь сердечник складається з двох частин для П-образного магнітопровода і чотирьох для Ш-образного. Характеристики значно краще, ніж у складального муздрамтеатру. Недоліки - дотичні поверхні повинні мати мінімальний зазор, щоб уникнути ослаблення магнітного поля.
При ударах пластини половинок часто відшаровуються і їх дуже важко поєднати для щільного прилягання. Існує тільки певний ряд розмірів магнітопроводів.
Тороїдальні. Являють собою кільце, звите зі стрічки трансформаторного заліза Мають найкращі характеристики з усіх типів сердечників, мінімальний ТХХ і практично повна відсутність магнітного поля розсіювання.
Основний недолік - складність намотування, особливо проводів великого діаметру.
У Ш-образних трансформаторах все обмотки намотуються на центральному стрижні, а в П-образному первинна може розміщуватися на одному стрижні, а вторинна на іншому. Набагато частіше обмотки діляться навпіл і намотуються на обох стержнях. Потім обидві половини обмоток з'єднуються послідовно.
Така намотування покращує характеристики трансформатора і скорочує кількість дроти для обмоток.
На початок
Основні технічні характеристики
Основні характеристики трансформатора:
- вхідна напруга;
- значення вихідних напруг;
- потужність;
- напруга і струм холостого ходу.
Ставлення напружень на первинній та вторинній обмотках є коефіцієнт трансформації. Він залежить тільки від співвідношення кількості витків в обмотках і залишається постійним в будь-яких режимах роботи.
Напруга холостого ходу - це напруга на вторинних обмотках без навантаження. Різниця між ним і напругою під навантаженням характеризує втрати в обмотках за рахунок опору дроти. Таким чином, чим товще провідники в обмотках, тим менше будуть втрати і менше різниця в напрузі.
Величина струму холостого ходу залежить, в основному від якості сердечника. В ідеальному трансформаторі струм, що проходить через первинну обмотку, створює змінне магнітне поле в осерді, яке, в свою чергу, за рахунок магнітної індукції створює ЕРС протилежного напрямку.
Индуцированная ЕРС компенсує подається напруга і ТХХ дорівнює нулю. У реальних умовах, за рахунок втрат в осерді, величина ЕРС завжди менше первинного напруги, в результаті чого виникає ТХХ. Для зменшення струму для виготовлення сердечника потрібен матеріал високої якості, між пластинами повинен бути відсутнім немагнітний зазор.
Останньому вимогу в максимальному ступені відповідають тороїдальні осердя - в них немагнітний зазор відсутній.
На початок
РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА напруги
Як показує досвід і практика, точний розрахунок трансформатора напруги себе не виправдовує. Точність потрібна тільки при визначенні кількості витків для отримання потрібного коефіцієнта трансформації. Діаметр проводів обмоток повинен відповідати або перевершувати мінімально допустимому за умовами нагріву.
Загальна послідовність розрахунку трансформатора така:
- визначення потужності трансформатора;
- підбір сердечника з перетином максимально близького до розрахункового, але не менше його;
- визначення кількості витків котушок, що припадають на один вольт напруги;
- розрахунок кількості витків для кожної обмотки;
- розрахунок перерізу проводів обмоток.
Потужність трансформатора визначається підсумовуванням потужностей всіх обмоток за винятком первинної. Для кожної з них - це твір напруги на максимальний струм споживання. Для розрахунку перетину сердечника потрібна габаритна потужність трансформатора, яка враховує ККД.
Площа поперечного перерізу можна знайти як квадратний корінь з габаритної потужності. Маючи значення площі можна підібрати з таблиць готовий сердечник. Якщо планується розбірний, то виходячи з розмірів наявних пластин можна обчислити необхідну товщину набору. Як вже говорилося вище, переріз повинен бути близьким до квадрату.
Найбільші труднощі викликає знаходження числа витків. Для цього потрібно спочатку розрахувати скільки витків має припадати на один вольт напруги. Це значення буде відрізнятися в залежності від площі перетину сердечника. Слід мати на увазі, що при однаковому перетині у магнитопроводов різних типів це значення також буде по-різному.
Можна скористатися наступною формулою:,
де - кількість витків на вольт, - площа перетину сердечника в см2, - коефіцієнт, що залежить від матеріалу і типу сердечника.
Значення коефіцієнта К:
- для набраних сердечників - 60;
- для типів ПЛ - 50;
- для тороїдальних сердечників 40.
Як бачимо, кількість витків у тороїдального трансформатора буде мінімальним. Помноживши число витків на вольт на необхідну напругу кожної обмотки, отримаємо значення кількості витків. Для компенсації втрат напруги, кількість витків вторинних обмоток потрібно збільшити на 5%.
У потужних трансформаторів (більш 150 Вт) цього робити не потрібно.
Перетин проводів також визначається за спрощеною формулою:, де - струм обмотки.
Провід потрібно брати найближчого до розрахункового перетину (можна більше, але не менше).
У разі сумнівів з приводу того, чи поміститься провід в обмотці, можна порахувати, скільки витків вкладеться в один шар і визначити кількість шарів і їх загальну товщину для кожної з обмоток. Це справедливо тільки для Ш-образних і П-образних трансформаторів.
У тороїдальних кількість витків в кожному наступному випадку буде менше, ніж в попередньому за рахунок зменшення внутрішнього діаметру.
На початок
© 2012-2019 р Всі права захищені.
Всі представлені на цьому сайті матеріали мають виключно інформаційний характер і не можуть бути використані в якості керівних і нормативних документів
