Едно от често използваните устройства в областта на енергетиката, електрониката и радиотехниката е трансформатор. Често надеждността на устройствата като цяло зависи от неговите параметри. Случва се така, че когато трансформаторът се повреди или при независимото производство на радиоустройства, не е възможно да се намери устройство с необходимите параметри за серийно производство. Ето защо е необходимо да се извърши изчислението на трансформатора и неговото производство независимо.

Принципът на работа на устройството

Трансформаторът е електрическо устройство, предназначено да предава енергия, без да променя формата и честотата си. Използвайки явлението електромагнитна индукция в своята работа, устройството се използва за преобразуване на променлив сигнал или създаване на галванична изолация. Всеки трансформатор е сглобен от следните конструктивни елементи :

  • ядро;
  • ликвидация;
  • рамка за местоположението на намотките;
  • изолатор;
  • допълнителни елементи, които осигуряват твърдостта на устройството.

Принципът на работа на всяко трансформаторно устройство се основава на ефекта от появата на магнитно поле около проводник с електрически ток, протичащ през него. Подобно поле се среща и около магнитите. Токът е насочен поток от електрони или йони (заряди). Ако вземете жичен проводник и го навиете на намотка и свържете потенциално измервателно устройство към краищата му, човек може да наблюдава пренапрежение на амплитудата на напрежението, когато бобината е поставена в магнитно поле. Това предполага, че когато магнитно поле действа върху намотка с навит проводник, се получава енергиен източник или неговия преобразувател.

В трансформаторно устройство такава намотка се нарича първична или главна . Той е предназначен да създава магнитно поле. Трябва да се отбележи, че такова поле винаги трябва да се променя по посока и величина, тоест да бъде променливо.

Класическият трансформатор се състои от две намотки и магнитна верига, която ги свързва. Когато се прилага променлив сигнал към контактите на първичната намотка, полученият магнитен поток през магнитната верига (сърцевината) се предава на втората намотка. По този начин намотките са свързани чрез магнитни силови линии. Според правилото на електромагнитната индукция, когато магнитното поле се промени, в намотката се индуцира променлива електромоторна сила (ЕМП). Следователно ЕМП на самоиндукция възниква в първичната намотка, а взаимната индукция във вторичната ЕМП.

Броят на завоите на намотките определя амплитудата на сигнала, а диаметърът на проводника е най-голямата сила на тока. Ако намотките са равни на бобините, нивото на входния сигнал ще бъде равно на изхода. В случай, че вторичната намотка има три пъти повече обороти, амплитудата на изходния сигнал ще бъде три пъти по-голяма от входната - и обратно.

Загряването на цялото устройство зависи от напречното сечение на проводника, използван в трансформатора. Възможно е да изберете правилния раздел, като използвате специалните таблици от директории, но е по-лесно да използвате онлайн калкулатор на трансформатори.

Отношението на общия магнитен поток към потока на една намотка определя силата на магнитната връзка. За да го увеличите, намотките на бобините се поставят върху затворена магнитна верига. Той е направен от материали с добра електромагнитна проводимост, например ферит, алсифер, карбонилно желязо. Така в трансформатора възникват три вериги: електрическата - образувана от потока на тока в първичната намотка, електромагнитната - образуваща магнитния поток, и втората електрическа - свързана с появата на ток във вторичната намотка, когато към нея е свързан товар.

Правилната работа на трансформатора също зависи от честотата на сигнала . Колкото е по-голям, толкова по-малко загуби възникват по време на пренос на енергия. А това означава, че големината на магнитната верига зависи от нейната стойност: колкото по-висока е честотата, толкова по-малко е устройството. Въз основа на този принцип се изграждат импулсни преобразуватели, чието производство е свързано с трудности при разработването, поради което често се използва калкулатор за изчисляване на трансформатора по протежение на основната секция, което помага да се отървете от грешките при ръчно изчисление.

Видове ядра

Трансформаторите се различават помежду си не само в обхвата, техническите характеристики и размери, но и в вида на магнитната верига. Много важен параметър, който влияе върху големината на магнитното поле, в допълнение към съотношението на завоите, е размерът на сърцевината. Способността за насищане зависи от неговата стойност. Ефектът на насищане възниква, когато с увеличаване на тока в намотката величината на магнитния поток остава непроменена, т.е. силата не се променя.

За да се предотврати появата на ефекта на насищане, е необходимо правилно да се изчисли обемът и напречното сечение на сърцевината, чийто размер зависи от мощността на трансформатора. Следователно, колкото по-голяма е мощността на трансформатора, толкова по-голяма трябва да бъде неговото ядро.

По дизайн ядрото е разделено на три основни типа:

  • прът;
  • броня;
  • тороидална.

Основната магнитна сърцевина е U-образна или W-образна конструкция. Сглобява се от пръти, дръпнати заедно от иго. За да се предпазят бобините от влиянието на външни електромагнитни сили, се използват бронирани магнитни ядра. Игото им е разположено от външната страна и затваря пръта с намотка. Тороидалният вид е от метални ленти. Подобни ядра, поради дизайна на пръстените си, са икономически най-изгодни.

Познавайки формата на сърцевината, е лесно да се изчисли силата на трансформатора. Той се намира чрез проста формула: P = (S / K) * (S / K), където:

  • S е площта на напречното сечение на сърцевината.
  • K е постоянен коефициент, равен на 1, 33.

Площта на ядрото зависи от вида му, мерната му единица е в сантиметър в квадрат. Резултатът се измерва във ватове. Но на практика често е необходимо да се изчисли напречното сечение на сърцевината според необходимата мощност на трансформатора: Sс = 1, 2√P, cm2. Въз основа на формулите можем да потвърдим извода: че колкото по-голяма е мощността на продукта, толкова по-размерно се използва сърцевината.

Типично изчисление на параметрите

Доста често радиолюбителите използват опростена техника при изчисляване на трансформатор. Тя ви позволява да извършвате изчисления у дома, без да използвате стойности, които са трудни за намиране. Но е по-лесно да използвате онлайн калкулатор, готов за изчисляване на трансформатора. За да използвате такъв калкулатор, ще трябва да знаете някои данни, а именно:

  • напрежение на първичните и вторичните намотки;
  • общи размери на сърцевината;
  • дебелина на плочата

След като ги въведете, ще трябва да кликнете върху бутона „Изчисли“ или подобно име и да изчакате резултата.

Основен тип

При липса на възможност за изчисляване на калкулатор, извършването на такава операция независимо е просто и ръчно. За да направите това, трябва да определите напрежението на изхода на вторичната намотка U2 и необходимата мощност Po. Изчислението е както следва:

  1. Токът на натоварване се изчислява: In = Po / U2, A.
  2. Стойността на вторичния ток се изчислява: I2 = 1, 5 * In, A.
  3. Мощността на вторичната намотка се определя: P2 = U2 * I2, W.
  4. Общата мощност на устройството е намерена: PT = 1, 25 * P2, W.
  5. Първичният ток се изчислява: I1 = PT / U1, A.
  6. Намерено е необходимото напречно сечение на магнитната верига: S = 1.3 * √ Pt, cm².

Трябва да се отбележи, че ако е изградено устройство с няколко терминала във вторичната намотка, тогава в четвъртия параграф се добавят всички правомощия и резултатът им се замества вместо P2.

След като първият етап е завършен, преминете към следващия етап на изчисление. Броят на завоите в първичната намотка се намира по формулата: K1 = 50 * U1 / S. И броят на завоите на вторичната намотка се определя от израза K2 = 55 * U2 / S, където:

  • U1 - напрежение на първичната намотка, V.
  • S - площ на сърцевината, cm².
  • K1, K2 - броят на завоите в намотките, бр.

Остава да се изчисли диаметърът на навитата жица. Тя е равна на D = 0, 632 * √ I, където:

  • d - диаметър на проводника, мм.
  • I - ток на навиване на изчислената намотка, А.

При избора на магнитна верига трябва да се спазва съотношение от 1 до 2 от широчината на сърцевината и нейната дебелина. В края на изчислението се проверява заетостта, т.е. дали намотката ще се побере върху рамката. За това площта на прозореца се изчислява по формулата: So = 50 * Pt, mm2.

Функции на автотрансформатора

Автотрансформаторите се изчисляват подобно на обикновените трансформатори, само сърцевината се определя не за цялата мощност, а за мощността на разликата в напрежението.

Например мощността на магнитната верига е 250 W, на входа 220 волта, за изхода са необходими 240 волта. Разликата в напрежението е 20 V, с мощност 250 W, токът ще бъде 12, 5 A. Тази стойност на тока съответства на мощност 12, 5 * 240 = 3000 вата. Консумацията на ток е 12, 5 + 250/220 = 13, 64A, което съответства точно на 3000W = 220V * 13, 64A. Трансформаторът има една 240 V намотка с 220 V кран, който е свързан към мрежата. Секцията между изхода и изхода е навита с проводник с номинална стойност 12, 5А.

По този начин, автотрансформаторът ви позволява да получите много повече мощност на изхода, отколкото трансформатор на същото ядро ​​с малък коефициент на предаване.

Тороидален трансформатор

Тороидалните трансформатори имат няколко предимства в сравнение с други видове: по-малък размер, по-ниско тегло и в същото време по-голяма ефективност. В същото време те лесно се навиват и навиват. Използването на онлайн калкулатор за изчисляване на тороидален трансформатор позволява не само да се намали времето за производство на продукта, но и да се експериментира в движение с различни входни данни. Като такива данни се използват:

  • напрежение на входящата намотка, V;
  • напрежение на изходящата намотка, V;
  • ток на намотката на изхода, A;
  • външният диаметър на тора, mm;
  • вътрешен диаметър на тора, мм;
  • височина на тора, мм.

Трябва да се отбележи, че почти всички онлайн програми не демонстрират особена точност при изчисляване на импулсни трансформатори. За да получите висока точност, можете да използвате специално разработени програми, например Lite-CalcIT, или да изчислите ръчно. За независимо изчисление се използват следните формули:

  1. Изходна мощност на намотката: P2 = I2 * U2, W.
  2. Обща мощност: Pg = P2 / Q, W. Където Q е коефициентът, взет от директорията (0.76-0.96).
  3. Реално напречно сечение на желязото на мястото на бобината: Sch = ((Dd) * h) / 2, mm2.
  4. Изчисленото напречно сечение на „желязото“ на мястото на намотката: Sw = √Pq / 1, 2, mm2
  5. Площ на прозореца на тора: Sfh = d * s * π / 4, mm2.
  6. Стойността на работния ток на входната намотка: I1 = P2 / (U1 * Q * cosφ), A, където cosφ е референтна стойност (от 0.85 до 0.94).
  7. Сечението на проводника се намира отделно за всяка намотка от израза: Sp = I / J, mm2., Където J е плътността на тока, взета от директорията (от 3 до 5).
  8. Броят на завоите в намотките се изчислява отделно за всяка намотка: Wn = 45 * Un * (1-Y / 100) / Bm * Sch бр, където Y е табличната стойност, която зависи от общата мощност на изходните намотки.
  9. Остава да се намери изходната мощност и изчисляването на тороидалния силов трансформатор се счита за завършено. Pout = Bm * J * Kok * Kct * Sch * Sfh / 0.901, където: Bm е магнитната индукция, Kok е коефициентът на запълване с тел, Kct е коефициентът на запълване с желязо.

Всички стойности на коефициентите са взети от директорията на радиооборудването (CEA). По този начин не е трудно да се извършват изчисления в ръчен режим, но ще се изисква точност и достъп до референтни данни, така че е много по-лесно да се използват онлайн услуги.

Препоръки за монтаж и навиване

Когато сглобявате трансформатора със собствените си ръце, основните плочи се сглобяват "припокриват се". Магнитната верига се издърпва заедно с помощта на фреза или шпилки. За да не се счупи изолацията, шпилките се затварят с диелектрик. Необходимо е да затегнете „ютията” с усилие: ако не е достатъчно по време на работа на устройството, ще настъпи шум.

Проводниците се навиват на серпентината плътно и равномерно, всеки следващ ред е изолиран от предишния с тънка хартия или дакрон филм. Последният ред е обвит с кипър лента или лак. Ако по време на процеса на навиване се извършва кран, тогава телта се счупва и кранът е споен на пролуката. Това място е внимателно изолирано. Краищата на намотките са фиксирани с помощта на нишки, които връзват проводниците към повърхността на сърцевината.

Има един трик: след първичното навиване не трябва да навивате цялата вторична намотка наведнъж. След навиване на 10-20 оборота е необходимо да измерите величината на напрежението в краищата му.

Въз основа на получената стойност можете да си представите колко оборота са необходими, за да се получи желаната амплитуда на изходното напрежение, като по този начин се контролира изчислението, получено по време на монтажа на трансформатора.

Категория:

На технологиите