Výpočet vinutia transformátora a jeho jadra

Transformátor, ktorého história je už takmer sto a pol storočia, verne slúžila ľudstvu po celú dobu. Jeho účelom je konverzia striedavého napätia. Jedná sa o jedno z mála zariadení, ktorých účinnosť môže dosiahnuť takmer 100%.

Schéma navíjania zváracieho transformátora

Schéma navíjania zváracieho transformátora.

Ako vypočítať a natočiť vinutia transformátora, aké je jeho jadro, aké sú vlastnosti transformátorov pre rôzne účely, ako fungujú - otázky, ktoré môžu byť pre mnohých zaujímavé. Nižšie sú odpovede na väčšinu týchto otázok.

Čo je to transformátor?

Späť na obsah

Trochu histórie

V 70. rokoch 20. storočia ruský vedec P.N. Yablochkov vynašiel zdroj elektrického oblúka - "Yablochkovská sviečka". Spočiatku zdrojmi elektrického oblúku boli silné galvanické batérie, avšak v tomto prípade anódy horeli rýchlejšie. Potom sa vedec rozhodol použiť alternátor ako zdroj prúdu pre svoj vynález.

V tomto prípade vznikla ďalšia ťažkosť: po zapálení jednej elektrickej sviečky v dôsledku poklesu napätia na svorkách generátora bolo zapálenie iných svietidiel ťažké. Problém bol vyriešený, keď bol použitý transformátor na napájanie každého svetelného zdroja. Tieto prvé transformátory mali otvorené jadrá zväzkov oceľových drôtov a v dôsledku toho mali nízku účinnosť. Transformátory s uzavretými jadrami, podobne ako moderné, sa objavili až po 9 rokoch.

Späť na obsah

Ako funguje transformátor a ako funguje?

Schéma najjednoduchšieho transformátora

Obrázok 1. Diagram najjednoduchšieho transformátora.

Najjednoduchší transformátor je jadrom látky s vysokou magnetickou permeabilitou a obidvoma vinutami navinutými okolo nej (obrázok 1a). Pri prechode primárnym vinutím striedavého prúdu silou I1 v jadre sa nachádza meniaci sa magnetický tok F, ktorý je závitovaný primárnym aj sekundárnym vinutím.

V každom zo závitov týchto vinutí je rovnaká pre číselnú hodnotu indukovaného emf. Preto sú vzťahy EMF vo vinutiach a zákrutách v nich rovnaké. Pri voľnobehu (I2 = 0) napätia na vinutia sú takmer rovnaké ako indukované emf v nich, preto nasledujúci vzťah platí aj pre napätia:

U1 / U2 ≈ N1 / N2 kde

N1 a N2 - počet závitov vo vinutí.

Pomer u1 / U2 nazývaný tiež transformačný koeficient (k). Ak u1 > U2, transformátor sa nazýva step-up (obrázok 1b), s U1 < U2 - (obrázok 1B). Prvý transformátor má vyšší transformačný pomer a druhý má menej ako jeden.

Jeden a ten istý transformátor, v závislosti od toho, na ktoré navíjanie sa aplikuje a s ktorým je napätie odstránené, môže byť buď zvyšujúce alebo klesajúce. Sekundárne vinutie nie je nevyhnutne jedno - môže to byť niekoľko. Z rovnosti sily vinutia vyplýva, že prúdy v nich sú nepriamo úmerné počtu závitov:

ja1 / I2 ≈ N2 / N1.

Ak je sekundárne vinutie integrálnou súčasťou primárneho (alebo primárneho - sekundárneho), transformátor sa stáva autotransformátorom. Na obr. Obrázky 1d a 1d sú znázornené diagramy autotransformátorov stupňovitých a krokových zostupov.

Návrh transformátorov pre bodové zváranie medi

Návrh transformátorov na bodové zváranie medi.

Striedavé magnetické pole spôsobuje tvorbu vírivých prúdov v jadre, ktoré ho ohrejú, na ktorú časť energie je zbytočná. Na zníženie týchto strát sa jadrá získavajú z oddelených, izolovaných od seba špeciálnych transformátorových oceľových plechov s nízkou reverznou energiou.

Najčastejšie v moderných transformátoroch sa používajú magnetické jadrá troch typov:

  1. Tyč (tvar U), pozostávajúca z dvoch tyčí s vinutiami a jama, ktoré ich spájajú. Takto sa zvyčajne usporiadajú jadrá vysokovýkonných transformátorov.
  2. Brnenie (v tvare W). Magnetický okruh je jarmo, vo vnútri ktorého je tyč s navíjaním. Jeto chráni každé vinutie transformátora pred vonkajšími vplyvmi - odtiaľ z názvu. Najčastejšie sa používajú v transformátoroch s nízkym výkonom pre elektronické obvody.
  3. Toroidné - magnetické jadro tvaru torus pozostáva z transformátorovej pásky navinutého v hustom zvitku. Výhody - relatívne nízka hmotnosť, vysoká účinnosť, minimálne rušenie. Nevýhodou je zložitosť vinutia.
Späť na obsah

Ako vypočítať transformátor?

Oblúkovitý zvárací transformátor

Zvárací transformátor na oblúkové zváranie.

Najdôležitejšími parametrami transformátora sú nominálne hodnoty prúdov a napätí a výkonu, pre ktoré sú navrhnuté. Absolútna presnosť pri výpočte charakteristík transformátora pre tieto parametre nezáleží veľa, takže sa môžete obmedziť na približné hodnoty.

Postupnosť výpočtov je nasledujúca:

  1. Výpočet prúdu cez sekundárne vinutie, berúc do úvahy straty: I2 = 1,5 * I2N, kde i2N - menovitý prúd v ňom.
  2. Výpočet výkonu odstráneného zo sekundárneho vinutia:2 = U2 * I2, kde u2 - napätie na ňom. Ak takéto vinutie nie je jedno, výsledkom je súčet ich síl.
  3. Určenie výsledného výkonu:T = 1,25 * P2 s účinnosťou približne 80%.
  4. Výpočet prúdu cez primárne vinutie transformátora: I1 = PT / U1, kde u1 - napätie na ňom.
  5. Oblasť požadovanej časti magnetického obvodu: S = 1,3 * √PT, kde s sa meria v cm2.
  6. Počet závitov primárneho vinutia transformátora: N1 = 50 * U1 / S, kde sa meria S v cm2.
  7. Počet závitov pre jeho sekundárne vinutie:2 = 55 * U2 / S, kde sa meria S v cm2.
  8. Priemer vodičov ľubovoľného vinutia transformátora: d = 0,632 * √I, kde I je súčasná pevnosť v ňom. Vzorec je správny pre medený drôt.

Napríklad sekundárne vinutie transformátora zahrnutého v 220-voltovej sieti by malo produkovať prúd 6,7 A pri napätí 36 V. Vypočítajte parametre transformátora.

Hlavné časti návrhu transformátora

Hlavné časti konštrukcie transformátora.

  1. ja2 = 1,5 * 6,7 A = 10 A.
  2. P2 = 36 V * 10 A = 360 wattov.
  3. PT = 1,25 * 360 wattov = 450 wattov.
  4. ja1 = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
  5. S = 1,3 * √450 (cm2) ≈ 25 cm2.
  6. N1 = 50 * 220/25 = 440 otáčok.
  7. N2 = 55 * 36/25 = 79 otáčok.
  8. d1 = 0,632 * √2 (mm) = 0,9 mm, d1 = 0,632 * √10 (mm) = 2 mm.

Ak nie sú žiadne drôty s požadovaným priemerom, potom jeden hrubý drôt môže byť nahradený niekoľkými tenšími, ktoré sú paralelne zapojené. Prierezová plocha vodiča s priemerom d sa môže vypočítať podľa vzorca: s = 0,8 * d2.

Napríklad potrebujete drôt s priemerom 2 mm a je tu iba vodič s priemerom 1,2 mm. Prierezová plocha požadovaného drôtu s = 0,8 * 4 (mm2) = 3,2 mm2, dostupná plocha, vypočítaná podľa toho istého vzorca, je 1,1 mm2. Je ľahké pochopiť, že jeden vodič s priemerom 2 mm môže byť nahradený tromi s priemerom 1,2 mm.

Späť na obsah

Výroba transformátorov

Proces výroby výkonového transformátora pozostáva zo série postupných operácií.

Späť na obsah

Montáž cievkových rámov pre jadro alebo pancierové jadro

Schéma zostavenia rámčeka transformátora

Obrázok 2. Schéma montáže rámu pre transformátor.

Skutočne vhodným materiálom pre montáž týchto rámov je lepenka alebo lisovacia doska. Ešte silnejší rám môže byť vyrobený z plastu. Rámová zostava je znázornená na obr. 2a. Zostava je zostavená z častí znázornených na obrázkoch 2b-2g. Musí byť vyrobená z dvoch kópií každej časti. Otvory v lícach (g) sú určené na závery.

Postup montáže rámu:

  • dve tváre sa navzájom prekrývajú;
  • časti (b) sú zabudované do ich okien a sú zriedené, jeden hore, druhý nadol;
  • časti (c) sú inštalované tak, že ich výstupky sa zhodujú so zárezmi častí (b).

Výsledný rám je dostatočne silný a už sa nerozpadá. Pred navíjaním cievok sa vopred pripravujú tesnenia (obrázok 2e) vyrobené z pásikov káblového papiera. Pásky sú opatrne rezané pozdĺž okrajov do hĺbky niekoľkých mm. Tieto rezy, priliehajúce k kefám, budú chrániť otáčky ďalšej vrstvy pred spadnutím do predchádzajúcej vrstvy.

Späť na obsah

Navíjacie cievky

Návrh koncovky

Obrázok 3. Diagram slučky pre cievku.

Pred navíjaním je potrebné pripraviť úseky pružného lankového drôtu v tepelne odolnej izolácii pre vedenia a časti tepelne odolnej kamery. Navíjanie sa vykonáva tak, že drôt zapadá na otáčku na otočenie s určitým napätím. Následné cievky by mali stlačiť predchádzajúce cievky. Aby sa zabránilo pádu ciev v blízkosti tváre, odporúča sa, aby nasledujúci rad nebol nakreslený o niekoľko mm predtým, vyplnením voľných plôch pomocou šnúr alebo nití.

Po dokončení navíjania každého radu musí byť napätie drôtu udržované tak, aby pri položení pásky káblového papiera sa zvitok nespracoval. Takéto tesnenia by sa mali položiť po každej vrstve.

Ak je špirálový drôt tenký, potom na začiatok a koniec vinutia, ako aj na jeho ohyby, pripravené kusy ohybného drôtu sú starostlivo spájkované. Miesto hrotu je izolované. Ak je magnetový drôt dostatočne silný, vodiče a vývody (vo forme slučiek) sú vyrobené z rovnakého drôtu. Oba závery a ohyby by sa mali nosiť s kamienkovými segmentmi.

Slučka (obrázok 3a) prechádza otvorom preloženého pásu hrubého papiera alebo bavlnenej pásky, ktorá sa po stlačení ďalších závitov (obrázok 2b) dotiahne. Príklad vetvy z tenkého navíjacieho drôtu je znázornený na obr. 2c.

Približne rovnakým spôsobom sú konce vinutia vyrobené z hrubého drôtu, ale používa sa len pásik z bavlny. Schéma upevnenia začiatku vinutia je znázornená na obr. 2g, na konci - na obr. 2d.

A pár slov o tom, ako naťahovať vinutie toroidného transformátora. Zvyčajne sa na ich navíjanie používajú domáce kyvadlové člny, na povrchu ktorých je navinutý dostatočný prívod drôtu. Prevzdušnenie s drôtom musí prechádzať do otvoru toroidálneho magnetického obvodu.

Okraj kolesa bicykla

Obrázok 4. Konštrukcia ráfika kolesa bicykla.

Je to oveľa jednoduchšie nakoniec používať zariadenie, ktoré je založené na okraji kolesa bicykla (obrázok 4). Rám je rozrezaný na jednom mieste, zaskrutkovaný do otvoru magnetického obvodu, po ktorom sú rezané časti starostlivo spojené. Potom je navinutý drôt požadovanej dĺžky navinutý na jeho vonkajšom povrchu s malým okrajom. Pre pohodlie môže byť ráfik zavesený s hornou časťou na klinec, klinček alebo iné vhodné zavesenie. Je vhodnejšie upevniť zvinutý drôt vhodným gumeným krúžkom.

Vinutie je navinuté v dôsledku otáčania ráfika. Po dokončení každej otáčky presuňte gumový krúžok na príslušnú vzdialenosť. Cievky by mali byť položené opatrne, s napätím. Závery a kohútiky môžu byť vytvorené rovnakým spôsobom ako vo vyššie uvedených zvitkoch. Každá vrstva a vinutie musia byť oddelené vrstvou izolácie. Na vrchnej strane poslednej vrstvy je transformátor obalený páskou a namočený lakom.

Späť na obsah

Koniec montážneho transformátora

Schéma jedného fázového transformátora

Schéma jedného fázového transformátora.

Keď sú cievky pripravené, jadro alebo pancierové jadro je zmontované. Mali by ste sa snažiť vytvoriť čo najužšie magnetické medzery, pre ktoré by mala byť montáž vo veku. Pokračuje až do úplného naplnenia okna. Konečné dosky sa často musia klátiť pomocou dreveného kladívka alebo drevenej podšívky.

Na konci zostavy sa jadro utesní, zvlní jhrom alebo uťahuje, ak majú dosky zodpovedajúce otvory, s čapmi izolovanými od jadra kartónovými rúrkami alebo niekoľkými vrstvami papiera. Na koncoch čapov sa nasadzujú elektrické a konvenčné podložky a sú priskrutkované matice, ktorými je jadro utiahnuté. Nesprávne stlačené jadro bude silno bzučať a vibrovať.

Späť na obsah

Skontrolujte, či bol vyrobený transformátor

Schéma stroja na navíjanie transformátorov

Schéma stroja na navíjanie transformátorov.

Najprv pomocou megohmmetra zmerajte odpor medzi jednotlivými vinutiami, ako aj medzi jadrom a vinutím. Nemala by byť menšia ako 0,5 mama. Ak nie je žiadny megohm meter, môžete tieto odporu vyhodnotiť bežným avometrom Mal by ukazovať nekonečno.

Po kontrole izolácie sa primárne vinutie transformátora dodáva s napätím rovným polovici nominálnej hodnoty. Môžete použiť napríklad Latte. Ak výrobok nefajčí, nie je bzučanie, nevyhrieva veľa, menovité napätie sa aplikuje na primárne vinutie.

Bez zaťaženia nesmie byť prúd v primárnom vinutí transformátora väčší ako 5-10% jeho nominálnej hodnoty. Samotný transformátor by nemal byť veľmi horúci a hlasno bzučať. Ak je bzučanie silné, mali by ste ju ešte ťažšie vytiahnuť alebo posunúť drevené alebo plastové dosky do medzery medzi doskami.

Pri záverečnej skúške je menovité zaťaženie pripojené k transformátoru, kontrolujú sa napätia na všetkých vinutíach. Ak je všetko normálne, transformátor je udržiavaný pod záťažou po dobu 3-4 hodín. Ak nie je žiadny bzučiak, nedochádza k zápachu a transformátor sa nevyhrieva viac ako 70°C, môže byť test úspešne dokončený.

Nie vždy v predaji nájdete transformátor s potrebnými parametrami.

Ale je bezpečné povedať, že požadované zariadenie nie je príliš zložité a dá sa vypočítať a vyrábať samostatne.

Pridať komentár