Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Transformátor, ktorého história je už takmer storočie a pol, verne slúži ľudstvu po celú dobu. Jeho účelom je konverzia striedavého napätia. Je to jedno z mála zariadení, ktorých účinnosť môže dosiahnuť takmer 100%.
Schéma navíjania transformátora zvárania.
Ako vypočítať a navinúť vinutie transformátora, čo môže byť jeho jadrom, aké sú konštrukčné vlastnosti transformátorov na rôzne účely, ako pracujú - otázky, ktoré môžu byť pre mnohých zaujímavé. Nižšie sú uvedené odpovede na väčšinu týchto otázok.
Čo je transformátor?
Trocha histórie
V 70. rokoch 19. storočia ruský vedec P.N. Yablochkov vynašiel elektrický oblúkový zdroj svetla - „Yablochkovovu sviečku“. Spočiatku, mocenské zdroje oblúka boli silné galvanické batérie, ale anódy v tomto prípade horel rýchlejšie. Potom sa vedec rozhodol použiť alternátor ako súčasný zdroj pre svoj vynález.
V tomto prípade vznikol ďalší problém: po rozsvietení jednej elektrickej sviečky, kvôli poklesu napätia na svorkách generátora, bolo zapálenie iných svietidiel ťažké. Problém bol vyriešený, keď bol transformátor použitý na napájanie každého svetelného zdroja. Tieto prvé transformátory mali otvorené jadrá zväzkov oceľových drôtov a výsledkom bola nízka účinnosť. Transformátory s uzavretými jadrami, podobne ako moderné, sa objavili až po 9 rokoch.
Ako transformátor pracuje a ako funguje?
Obrázok 1. Schéma najjednoduchšieho transformátora.
Najjednoduchší transformátor je jadro látky s vysokou magnetickou permeabilitou a dvoma vinutiami okolo neho (Obr. 1a). Pri prechode primárnym vinutím striedavého prúdu silou 1, vzniká v jadre premenlivý magnetický tok penetrates, ktorý preniká do primárneho aj sekundárneho vinutia.
V každom zo závitov týchto vinutí je rovnaká pre číselnú hodnotu indukovaného emf. Vzťah EMF vo vinutiach a závitoch v nich je teda rovnaký. Pri voľnobehu (I2 = 0) sú napätie na vinutiach takmer rovnaké ako indukované emf v nich, preto je pre napätie tiež splnený nasledujúci vzťah:
U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, kde
N 1 a N 2 - počet otáčok vo vinutiach.
Pomer U1 / U2 sa tiež nazýva transformačný koeficient (k). Ak U1> U2, transformátor sa nazýva step-up (obr. 1b), zatiaľ čo U1 <U2 - krok-dole (obrázok 1c). Prvý transformátor má vyšší transformačný pomer a druhý má menej ako jeden.
Ten istý transformátor, v závislosti na tom, na ktoré vinutie je aplikované a ktoré napätie je odstránené, môže byť buď hore alebo dole. Sekundárne vinutie nemusí byť jedno - môže byť niekoľko. Z rovnosti sily vo vinutiach vyplýva, že prúdy v nich sú nepriamo úmerné počtu otáčok:
I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.
Ak je sekundárne vinutie súčasťou primárneho (alebo primárneho - sekundárneho) vinutia, transformátor sa stáva autotransformátorom. Na obr. Obrázky 1d a ld sú znázornené diagramy postupných a postupných autotransformátorov.
Návrh transformátorov pre bodové zváranie medi.
Striedavé magnetické pole spôsobuje tvorbu vírivých prúdov v jadre, ktoré ho zahrieva, na ktorom je časť energie zbytočná. Na zníženie týchto strát sa získavajú jadrá z oddelených, oddelených, navzájom oddelených špeciálnych transformátorových plechov s nízkou reverznou energiou.
Najčastejšie sa v moderných transformátoroch používajú magnetické obvody troch typov:
- Tyč (v tvare U), pozostávajúca z dvoch tyčí s vinutím a jarmom, ktoré ich spája. Takto sú zvyčajne usporiadané jadrá vysoko výkonných transformátorov.
- Pancierované (v tvare W). Magnetické jadro je jarmo, vnútri ktorého je tyč s vinutím. Jarmo chráni každé vinutie transformátora pred vonkajšími vplyvmi - odtiaľ názov. Najčastejšie sa používa v nízkonapäťových transformátoroch pre elektronické obvody.
- Toroidné - magnetické jadro v tvare torusu pozostáva z transformátorovej pásky navinutej hustým valcom. Výhody - relatívne nízka hmotnosť, vysoká účinnosť, minimálne rušenie. Nevýhodou je zložitosť navíjania.
Ako vypočítať transformátor?
Zvárací transformátor pre oblúkové zváranie.
Najdôležitejšie parametre transformátora sú menovité hodnoty prúdov a napätí a výkonu, pre ktoré sú navrhnuté. Absolútna presnosť pri výpočte charakteristík transformátora pre tieto parametre nezáleží, takže sa môžete obmedziť na približné hodnoty.
Poradie výpočtov je nasledovné:
- Výpočet prúdu cez sekundárne vinutie s prihliadnutím na straty: I 2 = 1, 5 * I 2n, kde I2n je v ňom menovitý prúd.
- Výpočet výkonu odstráneného zo sekundárneho vinutia: P2 = U2 * I2, kde U2 je napätie na ňom. Ak takéto vinutie nie je jedno, potom výsledok je súčtom ich síl.
- Stanovenie výsledného výkonu: PT = 1, 25 * P2 s účinnosťou asi 80%.
- Výpočet prúdu cez primárne vinutie transformátora: I 1 = P T / U 1, kde U 1 je napätie na ňom.
- Plocha požadovaného úseku magnetického obvodu: S = 1, 3 * √P T, kde S sa meria v cm2.
- Počet závitov pre primárne vinutie transformátora: N1 = 50 * U1 / S, kde S sa meria v cm2.
- Počet závitov pre jeho sekundárne vinutie: N2 = 55 * U2 / S, kde S sa meria v cm2.
- Priemer vodičov ktoréhokoľvek vinutia transformátora: d = 0, 632 * √I, kde I je prúdová sila v ňom. Vzorec je správny pre medený drôt.
Napríklad sekundárne vinutie transformátora obsiahnutého v 220-voltovej sieti by malo produkovať prúd 6, 7 A pri napätí 36 V. Vypočítajte parametre transformátora.
Hlavné časti konštrukcie transformátora.
- I2 = 1, 5 * 6, 7 A = 10 A.
- P2 = 36 V * 10 A = 360 wattov.
- PT = 1, 25 x 360 W = 450 W.
- I = 450 W / 220 V A. 2 A.
- S = 1, 3 * - 450 (cm2) - 25 cm2 .
- N1 = 50 * 220/25 = 440 otáčok.
- N2 = 55 * 36/25 = 79 otáčok.
- d1 = 0, 632 * ~ 2 (mm) = 0, 9 mm, d1 = 0, 632 x 10 (mm) = 2 mm.
Ak nie sú žiadne drôty požadovaného priemeru, potom jeden hrubý drôt môže byť nahradený niekoľkými tenšími paralelne zapojenými vodičmi. Plocha prierezu vodiča s priemerom d sa môže vypočítať podľa vzorca: s = 0, 8 * d2.
Napríklad potrebujete drôt s priemerom 2 mm a je tu len vodič s priemerom 1, 2 mm. Plocha prierezu požadovaného drôtu je s = 0, 8 * 4 (mm2) = 3, 2 mm2, plocha drôtu, vypočítaná pomocou rovnakého vzorca, je 1, 1 mm2. Je ľahké pochopiť, že jeden vodič s priemerom 2 mm môže byť nahradený tromi s priemerom 1, 2 mm.
Výroba transformátorov
Proces výroby výkonového transformátora pozostáva zo série sekvenčných operácií.
Montáž rámov cievok pre jadro alebo pancierové jadro
Obrázok 2. Schéma montáže rámu pre transformátor.
Pomerne výhodným materiálom na montáž týchto rámov je kartón alebo lisovacia doska. Ešte silnejší rám môže byť vyrobený z plastu. Rámová zostava je znázornená na obr. 2a. Je zostavený z častí znázornených na obrázkoch 2b až 2g. Musia byť vyhotovené z dvoch kópií každej časti. Otvory v lícach (g) sú určené pre závery.
Postup montáže rámu:
- dve líca sa prekrývajú;
- časti (b) sú zapustené v oknách a sú zriedené, jedno nahor, druhé dole;
- časti (c) sú inštalované tak, že ich výčnelky sa zhodujú so zárezmi častí (b).
Výsledný rám je dostatočne silný a už sa nerozpadá. Pred navíjaním cievok sa vopred pripravia tesnenia (obr. 2e) z pásov káblového papiera. Pásy sú opatrne rezané pozdĺž okrajov do hĺbky niekoľkých mm. Tieto rezy, priľahlé k kefám, chránia otočky ďalšej vrstvy pred pádom do predchádzajúcej.
Navíjacie cievky
Obrázok 3. Schéma slučky pre cievku.
Pred navíjaním je potrebné pripraviť časti pružného lanka v tepelne odolnej izolácii pre vodiče a časti tepelne odolného vačku. Navíjanie sa vykonáva tak, aby drôt zapadol do odbočky s určitým napätím. Následné cievky by mali stlačiť predchádzajúce cievky. Aby sa zabránilo navíjaniu cievok v blízkosti líca, odporúča sa, aby ďalší riadok nebol ťahaný niekoľko mm pred ním, aby plnil voľné oblasti šnúrkou alebo niťami.
Po dokončení navíjania každého radu musí byť napätie drôtu udržiavané tak, aby sa pri pokládke pásika káblového papiera špirálová časť neotvárala. Takéto tesnenia by mali byť položené po každej vrstve.
Ak je zvinutý drôt tenký, potom sú pripravené úseky pružného lanka opatrne spájkované na začiatok a koniec vinutia, ako aj na výstupy z neho. Miesto hrotu je izolované. Ak je magnetický drôt dostatočne hrubý, elektródy a kolená (vo forme slučiek) sú vyrobené z rovnakého drôtu. Závery aj ohyby by sa mali nosiť v segmentoch cambric.
Slučka (obr. 3a) prechádza otvorom zloženého pásu hrubého papiera alebo bavlnenej pásky, ktorá sa po stlačení ďalšími otáčkami dotiahne (obr. 2b). 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 bavlnená páska. Schéma upevnenia začiatku vinutia je znázornená na obr. 2g svojho konca - na obr. 2d.
A pár slov o tom, ako navíjať vinutie toroidného transformátora. Zvyčajne sa na ich navíjanie používajú domáce rakety, na ktorých je navinutý dostatočný prívod drôtu. Raketoplán s vodičom musí prechádzať do otvoru toroidného magnetického obvodu.
Obrázok 4. Konštrukcia ráfika kolesa.
Je oveľa ľahšie skončiť pomocou zariadenia, ktoré je založené na ráfiku kolesa bicykla (Obr. 4). Ráfik je rezaný na jednom mieste, prechádza cez otvor v magnetickom obvode, po ktorom sú rezané diely opatrne spojené. Potom je navinutý drôt s požadovanou dĺžkou navinutý na jeho vonkajšom povrchu s malým okrajom. Na uľahčenie je možné obruč zavesiť svojou hornou časťou na klinec, kolík alebo iné vhodné zavesenie. Je vhodné upevniť vinutý drôt vhodným gumovým krúžkom.
Vinutie je navinuté v dôsledku otáčania venca. Po každom otočení posuňte gumový krúžok do príslušnej vzdialenosti. Cievky by mali byť opatrne uložené s napätím. Závery a odbočky môžu byť vytvorené rovnakým spôsobom ako vo vyššie uvedených cievkach. Každá vrstva a vinutie musia byť oddelené vrstvou izolácie. Na vrchu poslednej vrstvy je transformátor ovinutý páskou a nasiaknutý lakom.
Koniec zostavy transformátora
Schéma jednofázového transformátora.
Keď sú cievky pripravené, jadro alebo pancierové jadro sa zmontuje. Mali by ste sa pokúsiť urobiť čo najužšie magnetické medzery, pre ktoré by sa mala zostava vykonať vo veku. Pokračuje dovtedy, kým sa nevyplní celé okno. Konečné dosky musia byť často zatĺkané dreveným kladivom alebo dreveným obložením.
Na konci zostavy je jadro utesnené, krimpuje jarmo alebo dotiahne, ak dosky majú zodpovedajúce otvory, s kolíkmi, ktoré sú izolované od jadra kartónovými rúrkami alebo niekoľkými vrstvami papiera. Na koncoch čapov sa nasadzujú elektrické izolačné a bežné podložky a matice, ktorými je jadro utiahnuté, sú priskrutkované. Zle komprimované jadro bude bzučať a vibrovať.
Skontrolujte vyrobený transformátor
Schéma stroja na navíjanie transformátorov.
Najskôr pomocou megaohmera merajte odpor medzi jednotlivými vinutiami, ako aj medzi jadrom a vinutiami. Nemala by byť menšia ako 0, 5 Mom. Ak nie je merač megohm, môžete tieto odpory vyhodnotiť bežným meradlom. Mal by ukazovať nekonečno.
Po kontrole izolácie je primárne vinutie transformátora napájané napätím rovnajúcim sa polovici nominálnej hodnoty. Môžete použiť napríklad Latte. Ak výrobok nefajčí, nerozbliká sa, nezohrieva sa, na primárne vinutie sa aplikuje menovité napätie.
Bez zaťaženia by prúd v primárnom vinutí transformátora nemal byť väčší ako 5-10% jeho menovitej hodnoty. Transformátor by nemal byť veľmi horúci a hlasný. Ak je bzučanie silné, mali by ste ho buď ťahať ešte ťažšie, alebo do medzery medzi doskami zapájať drevené alebo plastové dosky.
Pri záverečnej skúške sa menovité zaťaženie pripojí na transformátor, skontrolujú sa napätia na všetkých vinutiach. Ak je všetko normálne, transformátor sa udržuje pod zaťažením 3-4 hodiny. Ak nie je hučanie, zápach pálenia a transformátor sa nezohreje na viac ako 70 ° C, test možno považovať za úspešne ukončený.
Nie vždy v predaji nájdete transformátor s potrebnými parametrami.