Jedan od najčešće korištenih uređaja u području energije, elektronike i radiotehnike je transformator. Često pouzdanost uređaja u cjelini ovisi o njegovim parametrima. Događa se da kad transformator ne uspije ili ako se napravi neovisna proizvodnja radio uređaja, nije moguće pronaći uređaj s potrebnim parametrima za serijsku proizvodnju. Stoga je potrebno izvršiti proračun transformatora i njegovu proizvodnju samostalno.

Načelo rada uređaja

Transformator je električni uređaj dizajniran za prijenos energije bez promjene oblika i frekvencije. Koristeći fenomen elektromagnetske indukcije u svom radu, uređaj se koristi za pretvaranje alternativnog signala ili stvaranje galvanske izolacije. Svaki transformator sastavljen je iz sljedećih konstrukcijskih elemenata :

  • jezgra;
  • namota;
  • okvir za mjesto namota;
  • izolator;
  • dodatni elementi koji osiguravaju krutost uređaja.

Princip rada bilo kojeg transformatorskog uređaja temelji se na učinku pojave magnetskog polja oko vodiča s električnom strujom koja prolazi kroz njega. Takvo se polje javlja i oko magneta. Struja je usmjereni tok elektrona ili iona (naboja). Uzimanjem žičnog vodiča i namotavanjem na zavojnicu i spajanjem potencijalnog mjernog uređaja na njegove krajeve, može se primijetiti porast amplitude napona kad se zavojnica postavi u magnetsko polje. Ovo upućuje na činjenicu da kada magnetsko polje djeluje na svitak s namotanim vodičem, dobiva se izvor energije ili njegov pretvarač.

U transformatorskom uređaju takav se svitak naziva primarni ili glavni . Dizajniran je za stvaranje magnetskog polja. Treba napomenuti da se takvo polje mora uvijek mijenjati u smjeru i veličini, odnosno biti promjenjivo.

Klasični transformator sastoji se od dva svitka i magnetskog kruga koji ih povezuje. Kada se na kontakte primarne zavojnice primijeni izmjenični signal, rezultirajući magnetski tok kroz magnetski krug (jezgru) prenosi se na drugu zavojnicu. Dakle, zavojnice su povezane magnetskim linijama sile. Prema pravilu elektromagnetske indukcije, kad se magnetsko polje promijeni, u zavojnici se inducira promjenjiva elektromotorna sila (EMF). Stoga se samoinduktivni EMF javlja u primarnom zavojnicom, a međusobna indukcija u sekundarnom EMF.

Broj okretaja namotaja određuje amplitudu signala, a promjer žice je najveća jakost struje. Ako su zavojnice jednake na zavojnicama, razina ulaznog signala bit će jednaka izlaznoj. U slučaju da sekundarna zavojnica ima tri puta više okretaja, amplituda izlaznog signala bit će tri puta veća od ulaza - i obrnuto.

Zagrijavanje cijelog uređaja ovisi o presjeku žice koja se koristi u transformatoru. Ispravan je odjeljak moguće odabrati pomoću posebnih tablica iz direktorija, ali lakše je koristiti mrežni kalkulator transformatora.

Odnos ukupnog magnetskog toka prema fluksu jedne zavojnice postavlja snagu magnetske spojke. Da bi se povećala, namota zavojnica postavljaju se u zatvoreni magnetski krug. Izrađen je od materijala koji imaju dobru elektromagnetsku vodljivost, na primjer ferita, alsifera, karbonilnog željeza. Tako se u transformatoru pojavljuju tri kruga: električni - koji nastaje protokom struje u primarnoj zavojnici, elektromagnetski - koji stvara magnetski tok, i drugi električni - povezan je s pojavom struje u sekundarnom zavojnici kad je na njega spojen teret.

Ispravan rad transformatora ovisi i o frekvenciji signala . Što je veći, to je manje gubitaka tijekom prijenosa energije. A to znači da veličina magnetskog kruga ovisi o njegovoj vrijednosti: što je veća frekvencija, to je uređaj manji. Na temelju ovog načela grade se impulsni pretvarači, čija je izrada povezana s poteškoćama u razvoju, pa se za proračun transformatora duž jezgrenog dijela često koristi kalkulator, koji pomaže u uklanjanju pogrešaka ručnog izračuna.

Vrste jezgara

Transformatori se međusobno razlikuju ne samo opsegom, tehničkim karakteristikama i veličinama, već i vrstom magnetskog kruga. Vrlo važan parametar koji utječe na jačinu magnetskog polja, osim omjera zavoja, je i veličina jezgre. Sposobnost zasićenja ovisi o njegovoj vrijednosti. Učinak zasićenja nastaje kada, s povećanjem struje u zavojnici, jačina magnetskog fluksa ostane nepromijenjena, tj. Snaga se ne mijenja.

Da biste spriječili pojavu učinka zasićenja, potrebno je pravilno izračunati volumen i presjek jezgre, čija veličina ovisi o snazi ​​transformatora. Stoga, što je veća snaga transformatora, to bi veća trebala biti njegova jezgra.

Dizajn je jezgra podijeljena u tri glavne vrste:

  • štap;
  • oklop;
  • toroidalni.

Jezgrena magnetska jezgra je dizajna u obliku slova U ili W. Sastavljen je iz šipki koje su izvučeni jarmom. Za zaštitu zavojnica od utjecaja vanjskih elektromagnetskih sila koriste se oklopne magnetske jezgre. Njihov jaram smješten je s vanjske strane i zatvara šipku zavojnicom. Toroidni izgled izrađen je od metalnih traka. Takve jezgre su, zbog svog dizajna prstena, ekonomski najprofitabilnije.

Znajući oblik jezgre, lako je izračunati snagu transformatora. Pronalazi se jednostavnom formulom: P = (S / K) * (S / K), gdje je:

  • S je površina presjeka jezgre.
  • K je konstantni koeficijent jednak 1, 33.

Područje jezgre ovisi o vrsti, mjerna jedinica je centimetar u kvadratu. Rezultat se mjeri u vatima. Ali u praksi je često potrebno izračunati presjek jezgre prema potrebnoj snazi ​​transformatora: Ss = 1, 2√P, cm2. Na temelju formula možemo potvrditi zaključak: što je veća snaga proizvoda, to će jezgra biti dimenzionalnija.

Tipično izračunavanje parametara

Vrlo često radioamateri koriste pojednostavljenu tehniku ​​prilikom izračuna transformatora. Omogućuje vam izradu proračuna kod kuće bez upotrebe teško utvrđenih vrijednosti. Ali lakše je koristiti mrežni kalkulator, spreman za izračun transformatora. Da biste koristili takav kalkulator, morat ćete znati neke podatke, naime:

  • napon primarnog i sekundarnog namota;
  • ukupne dimenzije jezgre;
  • debljina ploče.

Nakon što ih unesete, morat ćete kliknuti gumb "Izračunati" ili slično u nazivu i čekati rezultat.

Vrsta jezgre

U nedostatku mogućnosti izračuna na kalkulatoru, samostalno izvesti takvu operaciju je jednostavno i ručno. Da biste to učinili, morate odrediti napon na izlazu sekundarnog namota U2 i potrebnu snagu Po. Izračun je sljedeći:

  1. Struja opterećenja se izračunava: In = Po / U2, A.
  2. Izračunava se vrijednost sekundarne struje: I2 = 1, 5 * In, A.
  3. Snaga sekundarnog namota se određuje: P2 = U2 * I2, W.
  4. Pronađena je ukupna snaga uređaja: PT = 1, 25 * P2, W.
  5. Primarna struja se izračunava: I1 = PT / U1, A.
  6. Nalazi se potrebni presjek magnetskog kruga: S = 1, 3 * √ Pt, cm².

Treba napomenuti da ako je konstruiran uređaj s nekoliko terminala u sekundarnom namotu, onda se u četvrtom stavku zbrajaju sve snage i njihov rezultat se zamjenjuje umjesto P2.

Nakon završetka prve faze prijeđite na sljedeću fazu izračuna. Broj zavoja u primarnom namotu nalazimo formulom: K1 = 50 * U1 / S. A broj okreta sekundarnog namota određuje se izrazom K2 = 55 * U2 / S, gdje:

  • U1 - napon primarnog namota, V.
  • S - površina jezgre, cm².
  • K1, K2 - broj okretaja u namotima, kom.

Ostaje izračunati promjer namotane žice. To je jednako D = 0, 632 * √ I, gdje:

  • d - promjer žice, mm.
  • I - struja navijanja izračunate zavojnice, A.

Prilikom odabira magnetskog kruga treba voditi računa o omjeru 1 do 2 širine jezgre i njezinoj debljini. Na kraju izračuna provodi se provjera zauzetosti, tj. Hoće li se namatanje uklopiti u okvir. Za to se površina prozora izračunava po formuli: Dakle = 50 * Pt, mm2.

Značajke autotransformatora

Autotransformatori se izračunavaju slično jednostavnim transformatorima, samo jezgra nije određena za svu snagu, već za snagu razlike napona.

Na primjer, snaga magnetskog kruga je 250 W, na ulazu 220 volti, za izlaz je potrebno 240 volti. Razlika napona je 20 V, s snagom od 250 W, struja će biti 12, 5 A. Ova vrijednost struje odgovara snazi ​​12, 5 * 240 = 3000 vata. Trenutna potrošnja je 12, 5 + 250/220 = 13, 64A, što točno odgovara 3000W = 220V * 13, 64A. Transformator ima jedan namot od 240 V sa slavinom od 220 V, koja je spojena na mrežu. Odjeljak između izlaza i izlaza namotan je žicom čija je vrijednost 12, 5A.

Dakle, autotransformator omogućuje vam dobivanje puno više snage na izlazu od transformatora na istoj jezgri s malim koeficijentom prijenosa.

Toroidni transformator

Toroidni transformatori imaju nekoliko prednosti u odnosu na druge vrste: manja veličina, manja težina i istodobno veća učinkovitost. U isto vrijeme, oni se lako rane i previjaju. Korištenje mrežnog kalkulatora za izračun toroidnog transformatora omogućuje ne samo smanjenje vremena proizvodnje proizvoda, nego i eksperimentiranje u pokretu s različitim ulaznim podacima. Kao takvi podaci koriste se:

  • napon ulaznog namotaja, V;
  • napon izlaznog namotaja, V;
  • struja izlaza namota, A;
  • vanjski promjer torusa, mm;
  • unutarnji promjer torusa, mm;
  • visina tora, mm.

Treba napomenuti da gotovo svi mrežni programi ne pokazuju posebnu točnost u slučaju izračunavanja impulsnih transformatora. Da biste postigli visoku točnost, možete koristiti posebno razvijene programe, na primjer, Lite-CalcIT ili ručno izračunati. Za nezavisni izračun koriste se sljedeće formule:

  1. Izlazna snaga namotaja: P2 = I2 * U2, W.
  2. Ukupna snaga: Pg = P2 / Q, W. Gdje je Q koeficijent uzet iz imenika (0, 76-0, 96).
  3. Stvarni presjek željeza na mjestu zavojnice: Sch = ((Dd) * h) / 2, mm2.
  4. Izračunati presjek željeza na mjestu zavojnice: Sw = √Pq / 1, 2, mm2
  5. Površina prozora Torusa: Sfh = d * s * π / 4, mm2.
  6. Vrijednost radne struje ulaznog namota: I1 = P2 / (U1 * Q * cosφ), A, gdje je cosφ referentna vrijednost (od 0, 85 do 0, 94).
  7. Presjek žice nalazi se odvojeno za svako navijanje iz izraza: Sp = I / J, mm2., Gdje je J gustoća struje uzeta iz mape (od 3 do 5).
  8. Broj zavoja u namotima izračunava se odvojeno za svaku zavojnicu: Wn = 45 * Un * (1-Y / 100) / Bm * Sch pcs, gdje je Y tabelarna vrijednost, što ovisi o ukupnoj snazi ​​izlaznih namotaja.
  9. Ostaje pronaći izlaznu snagu, a izračunavanje toroidnog transformatora smatra se dovršenim. Pout = Bm * J * Kok * Kct * Sch * Sfh / 0.901, gdje je: Bm magnetska indukcija, Kok je faktor punjenja žicom, Kct je faktor punjenja željezom.

Sve vrijednosti koeficijenata uzimaju se iz imenika radio opreme (CEA). Stoga nije teško izvršiti proračune u ručnom načinu rada, ali bit će potrebna točnost i pristup referentnim podacima, pa je mnogo lakše koristiti internetske usluge.

Preporuke za montažu i navijanje

Prilikom sastavljanja transformatora vlastitim rukama ploče jezgre sastavljaju se "preklapaju se". Magnetski krug spaja se pomoću matica ili matica. Kako se ne bi slomila izolacija, vijci su zatvoreni dielektrikom. Potrebno je čvrsto zategnuti željezo: ako tijekom rada uređaja ne bude dovoljno, doći će do šumova.

Provodnici su namotani na zavojnicu čvrsto i ravnomjerno, svaki naredni red izoliran je od prethodnog tankim papirom ili filmom dakrona. Posljednji red je omotan kiper trakom ili lakom. Ako se tijekom postupka namotavanja izvodi slavina, tada se žica pukne, a slavina je lemljena na jaz. Ovo je mjesto pažljivo izolirano. Krajevi namotaja učvršćeni su pomoću niti koje vežu žice na površini jezgre.

Postoji trik: nakon primarnog navijanja ne biste trebali namotati cijelo sekundarno navijanje odjednom. Nakon navijanja 10-20 zavoja, trebate izmjeriti veličinu napona na njegovim krajevima.

Na temelju dobivene vrijednosti može se zamisliti koliko je zavoja potrebno da bi se dobila željena amplituda izlaznog napona, a na taj način se kontrolira proračun dobiven tijekom sastavljanja transformatora.

Kategorija:

Tehnologije