Здоровье - правильное питание

Вкусно, полезно, эффективно!
 

Розрахунок трансформаторів - Радіоаматорська азбука

Для живлення різних пристроїв найчастіше використовується мережеве змінну напругу. Але так як воно зазвичай занадто велике для більшості пристроїв, його доводиться знижувати. Зробити це можна двома способами: за допомогою резистором (конденсатора) або за допомогою трансформатора.

Єдиний недолік гасять елементів - вкрай низький ККД джерел живлення на їх основі. Споживаний такими блоками живлення струм від мережі дорівнює току навантаження, т. Е. Якщо напруга мережі дорівнює 220 В, а напруга живлення пристрою дорівнює 11 В, то тільки 11/220 = 1/20 енергії йде на живлення пристрою, а решта 19/20 - на нагрів резистором або на створення змінного електростатичного поля всередині гасить конденсатора.

Тому «гасять» джерела живлення має сенс використовувати тільки в Мікропотужні пристроях, які споживають настільки малий струм, що його можна не враховувати. У таких пристроях гасить елемент дозволяє зменшити габаритні розміри (трансформатори маленькими не бувають) і їх вартість. Але потрібно враховувати, що гасять елементи не забезпечують гальванічну розв'язку від напруги, тому лазити пальцями у включений пристрій небезпечно для життя!

трансформатор являє собою котушку індуктивності і працює за тим же принципом. трансформатор забезпечує гальванічну розв'язку вхідного і вихідного напруг - опір між вхідними та вихідними проводами близько до нескінченності як на постійному, так і на змінному струмі. Це можливо тому, що «сполучна ланка» між вхідними та вихідними (відповідно, первинними і вторинними) обмотками трансформатора - електромагнітне поле, а воно струм не переносить (не передати). Змінний струм, що подається на первинну котушку трансформатора, створює в осерді трансформатора змінне магнітне поле, яке рухається навколо котушки (первинної обмотки). Якщо на шляху цього поля є ще одна (або кілька) котушок, то в них електромагнітним полем буде наводитися змінну напругу, величина якого залежить від сили поля (вона постійна і залежить від розміру сердечника трансформатора, а цей розмір незмінний) і кількості витків у вторинних обмотках трансформатора, яких можна намотати скільки завгодно. Випрямивши діодами напруга, наведене електромагнітним полем у вторинні обмотки трансформатора, його можна використовувати для живлення різних пристроїв.

Обмотки трансформатора - це котушки з дроту, тому їх опір на постійному струмі дуже невелика. Наприклад, у 100-ватного трансформатора опір первинної (мережевий) обмотки дорівнює 10 ... 15 Ом. Якщо цю обмотку включити в мережу постійного струму амплітудою 220 В, то виділяється на ній потужність Р = U2: R перевищить 4000 Вт і обмотка миттєво згорить. Тому подавати на обмотки трансформатора постійна напруга не можна! Але так як будь-яка обмотка будь-якого трансформатора - це, в першу чергу, котушка індуктивності , То при подачі на неї змінної напруги її опір різко зростає (починає проявляти себе індуктивний опір , Залежне від індуктивності котушки, і на низьких частотах воно прагне до нуля, а на високих - до нескінченності). опір первинної обмотки згаданого вище трансформатора на змінному струмі приблизно дорівнює 5 кОм, і виділяється на обмотці потужність не перевищує 10 Вт. Збільшивши число витків первинної обмотки, можна збільшити її індуктивність , І струм холостого ходу (1ХХ; у розглянутого тут трансформатора він дорівнює U / R = 220: 5000 = 44 мА) зменшиться ще сильніше; але при цьому зменшиться і сила електромагнітного поля в осерді, т. е. у вторинних обмотках також потрібно буде намотати більше витків; дріт нині дорога, а розмір каркаса трансформатора - занадто маленький.

Напевно всі читачі цієї книги бачили трансформатор , Тому описуватися його зовнішній вигляд тут не буде. Потрібно тільки знати, що він складається з трьох частин: пластмасового або гетінаксного каркаса, мідної ізольованого дроту обмоток, намотаних на каркасі, і муздрамтеатру (з водопроводу тече вода, а по магнітопровода - магнітне поле) зі спеціальної магнітної кераміки-фериту або шару тонких залізних пластин. Так як магнітопровід трансформатора виготовлений з легко намагнічуються (і розмагнічувати) матеріалів, то завдяки йому індуктивність котушок трансформатора зі вставленим магнитопроводом набагато більше, ніж без нього (в десятки разів), завдяки цьому число витків трансформатора можна зменшити також в десятки разів. Основний параметр муздрамтеатру - магнітна проникність - показує, у скільки разів можна зменшити число витків котушки на цьому муздрамтеатрі в порівнянні з котушкою, у якій його взагалі немає, щоб у котушок була однакова індуктивність . У залізних магнітопроводів вона рідко буває більше 100, у феритів - доходить до 2000.

включати трансформатор з вийнятим або НЕ вставленим магнитопроводом в мережу категорично забороняється! В такому випадку індуктивність обмоток виявляється занадто малою, через них протікає значний струм, який може пошкодити трансформатор і (або) джерело струму .

Основні правила виготовлення «саморобного» або перемотування промислового трансформатора:

• Провід (дріт) для обмоток повинна бути ізольованою - зазвичай використовується мідна «трансформаторна» дріт, також звана «екранованої», покрита зверху лаком в один (ПЕЛ-1) або два (ПЕЛ-2) шару. Друга краще, але вона товщі (при тому ж діаметрі мідної жили) і дорожче. Замість мідного дроту іноді використовують алюмінієву (вона легше гнеться і менше важить), але опір алюмінію в 1,6 рази більше, ніж у міді, т. е. для отримання того ж струму алюмінієвий дріт повинен бути в * Jl, 6 рази товще мідного. Крім того, алюміній, на відміну від міді, дуже погано паяется.

• Чим ближче до сердечника розташована обмотка, тим більше її індуктивність і менше витрата дроту (при незмінній кількості витків), тому першої намотуватися повинна первинна (мережева) обмотка.

• Намотувати обмотки потрібно в одному напрямку. Якщо ви, наприклад, почали мотати котушку «за годинниковою стрілкою» ( «дірка» для муздрамтеатру «дивиться» вам в обличчя), намотали 100 витків, а потім «передумали» і намотали 900 витків «проти годинникової стрілки», то сумарна «довжина »котушки буде не 1000, а 800 витків. Решта 200 витків - «шкідливий баласт» і на індуктивність котушки не впливають. А ось зрушувати кожний наступний виток відносно попереднього вліво / вправо можна без всяких обмежень - потрібно тільки прагнути, щоб товщина получающейся котушки у всіх місцях була однаковою, і там, де вона менше, намотувати більше шарів дроту.

• Ізоляція дроту дуже тонка і далеко не ідеальна. Тому, якщо ви намотуєте високовольтну обмотку (більше 100 В), то періодично між шарами дроту потрібно прокладиать спеціальну трансформаторну папір або, якщо її у вас немає, папір або плівку від «непотрібних»

високовольтних (400 В і більше) «розібраних» конденсаторів. В останньому випадку потрібно самим ретельним чином видалити фольгу - обкладки конденсатора. «Конденсаторні» ізолятори бажано прокладати між кожним шаром обмотки, трансформаторну папір - можна 1 шар на 2 шари дроту. Між високовольтної та низьковольтної обмотками потрібно прокласти шар ізоляції товщиною не менше 0,5 мм. Целофан і інші легкоплавкі плівки використовувати не можна.

• Обмотки дротом діаметром 0,3 мм і більше потрібно намотувати «виток до витка», дротом меншого діаметру, можна і «внавал». Місця на котушка трансформатора дуже мало, а під час намотування «внавал» воно використовується дуже нераціонально. Але так як мотати «виток до витка» дротом .діаметр менше 0,3 мм дуже складно, то її можна намотувати і «внавал». Натяг дроту під час намотування повинно бути максимальним, але таким, при якому вона не рветься.

• Якщо під час намотування дріт порвалася або якщо потрібно продовжити намотування інший дротом, не економте час, розігрійте паяльник і спаяти кінці! Звичайно, дуже заманливо просто скрутити кінці дроту разом, чи не згуртовуючи їх, але з часом оголені і скручені кінці окислятся і контакт порушиться. Вам хочеться з цієї причини повторно перемотувати трансформатор ? Спаяні кінці дротів обмотки потрібно ретельно ізолювати.

• Очистити лакову ізоляцію з кінців дроту ( «зачистити кінці»), для того щоб її можна було залудити і припаяти, можна за допомогою гостро заточеного ножа. Взагалі, ніж з довжиною леза не більше 10 см (бажано, складаний) - незамінний помічник радіоаматора. Але дріт діаметром менше 0,15 мм ножем можна тільки порвати. Тому зачищати її доводиться хімічним методом: берете таблетку перекису водню (гидроперита), кладете на неї кінець дроту і розігрітим паяльником швидко водите по дроту. Під впливом високої температури гидроперит розкладається на воду і атомарний кисень, останній розм'якшує лак, який і зіскоблюється жалом паяльника. Замість гидроперита можна взяти таблетку аспірину, але він розкладається на досить задушливі речовини Ацетон і інші розчинники лакову ізоляцію не розчиняються; обпалювати лак в полум'ї сірника або запальнички можна - після випалу мідь окислюється і залудити такий провід неможливо.

Силові трансформатори (ті, які використовуються для живлення пристроїв) бувають з двома котушками (на П-подібному магнітопроводі) і з одного. «Двухкатушечние» трансформатори використовуються дуже рідко, тому розглядатися тут не будуть. «Однокатушечний» бувають з Ш-образним пластинчастим і W-образним стрічковим магнітопроводом. Останній легше зібрати / розібрати, також він менше важить; але стиснути його, щоб трансформатор не "гудів», дуже складно.

Порядок розрахунку трансформатора. Насамперед потрібно визначити його потужність: якщо від трансформатора відбирати занадто велику потужність, він може і перегрітися. Для розрахунку потрібно знати напруга живлення пристрою

(В вольтах) і споживаний їм струм (в амперах), Р = U χ I. Якщо обмоток у трансформатора кілька, потрібно обчислити споживану потужність від кожної обмотки, після чого отримані цифри скласти.

Основний «параметр» трансформатора - площа поперечного перерізу сердечника S. Щоб її дізнатися, потрібно виміряти ширину і зисоту вікна (але не довжину котушки!), Т. Е. Тієї «дірки», в яку вставляється магнітопровід, в сантиметрах і перемножити ці цифри .

Максимально допустима потужність навантаження трансформатора приблизно дорівнює квадрату площі перерізу, т. E. Pma) i «S2. Ця формула не зовсім точна, але в більшості випадків «неточність» можна не враховувати. Вона справедлива тільки для частоти 50 Гц.

Мінімальна кількість витків первинної обмотки (тієї, на яку подається вхідна напруга) одно:

де UBX - вхідна напруга, В (220 В); Wlmin - мінімальне число витків, штук.

При такому числі витків трансформатор під час роботи грітися не повинен (при відключеному навантаженні). Якщо підключено навантаженні, яка споживає максимальну для даного трансформатора потужність, він може нагрітися на

10 .. .20 ° С. При подальшому збільшенні споживаної потужності трансформатор різко розігрівається.

Число витків вторинної обмотки розраховується за формулою:

Число витків вторинної обмотки розраховується за формулою:

де К - коефіцієнт, що залежить від потужності трансформатора (рис. 3.19);

UBUX - потрібний вихідна напруга, вольт;

Мал. 3.19. Залежність коефіцієнта К від потужності трансформатора

Введення коефіцієнта К знадобилося через те, що не вся потужність первинної обмотки перетворюється в електромагнітне поле і чим менше розміри трансформатора (габаритна потужність), тим більше втрати.

Діаметр проводу обмоток:

де d - діаметр проводу без ізоляції (ізоляція займає де d - діаметр проводу без ізоляції (ізоляція займає   частина діаметра), мм;  I - струм через обмотку, А частина діаметра), мм; I - струм через обмотку, А.

Якщо відомий діаметр дроту обмотки, то максимально допустимий протікає через неї струм можна дізнатися з формули:

Якщо відомий діаметр дроту обмотки, то максимально допустимий протікає через неї струм можна дізнатися з формули:

Струм, що протікає через первинну обмотку трансформатора, не перевищує

Струм, що протікає через первинну обмотку трансформатора, не перевищує

де Р - габаритна (максимальна) потужність трансформатора , Вт;

U - напруга на обмотці, В (220 В).

Ця формула потрібна для правильного вибору діаметра дроту первинної обмотки. Якщо вторинна обмотка теж одна, то максимальний струм через неї визначається за тією ж формулою. Провід можна взяти товщі - гірше не буде, але обмотка займе дуже багато місця; якщо намотати обмотку занадто тонким проводом, то її активний опір (Йому чисельно дорівнює вихідна опір обмотки трансформатора) стане занадто великим і під навантаженням напруга на обмотці буде сильно зменшуватися ( «просаджувати»), в результаті обмотка посилено гріється. Це як з резисторами: якщо через два резистора ( опір першого - R, а другого - в два рази більше - 2R) протікає однаковий струм, то, якщо виділяється на R потужність дорівнює Р, на резисторі 2R буде виділятися потужність, в два рази більша, т. e. 2Р.

Намотана первинна обмотка, якщо правильно обраний діаметр проводу, повинна займати по висоті рівно половину каркаса, якщо вона намотана «виток до витка», і трохи більше, якщо «внавал». Якщо первинна обмотка займає більше місця, у вас не залишиться місця на вторинні обмотки, якщо менше, габаритна потужність трансформатора зменшиться. Вона дорівнює:

де U ,, d, - напруга на первинній обмотці і її діаметр;

U2, 12 - напруга і струм вторинних обмоток.

якщо трансформатор повинен бути розрахований на іншу частоту, відмінну від 50 Гц, то для визначення числа витків первинної обмотки потрібно скористатися формулою:

де U - напруга на обмотці, В; f - частота, Гц; Вт - амплітудне значення магнітної індукції, для феритів Вт = 0,2 ... 0,3, для заліза Вт »1,0, для пермаллоя Вт і 1,2; Тл; S - перетин муздрамтеатру, см2.

Число витків вторинної обмотки розраховується за цією ж формулою, але його автоматично потрібно збільшувати на 5 ... 10% - з метою компенсації втрат у муздрамтеатрі.

Як видно з формули, чим вище частота вхідного сигналу, тим менше витків в обмотці. Тобто в більш високочастотному трансформаторі обмотки займають набагато менше місця. Крім того, при збільшенні частоти збільшується габаритна потужність трансформатора - так, для ферритового кільця діаметром 40 мм габаритна потужність на частоті 50 Гц приблизно дорівнює S2 і не перевищує 1 ... 2 Вт; на частоті 20 кГц габаритна потужність того ж кільця збільшується до 500 Вт!

Причина тому - зменшення тривалості імпульсів. На частоті 20 кГц тривалість одного напівперіоду вхідного (вихідного) напруги в 20000: 50 = 400 разів менше, ніж на частоті 50 Гц. Тому амплітуда імпульсів струму в первинної та вторинних обмотках такого трансформатора може бути в 400 разів більше, ніж у 50-герцового трансформатора, а це значить, що і габаритна мÐ