Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Трансформаторът, чиято история е съществувала почти век и половина, през цялото това време вярно служи на човечеството. Неговата цел е преобразуване на променливо напрежение. Това е едно от малкото устройства, ефективността на които може да достигне почти 100%.
Схема на навиване на заваръчния трансформатор.
Как да изчислим и намотим намотките на трансформатора, каква е неговата сърцевина, какви са конструктивните особености на трансформаторите за различни цели, как работят - въпроси, които могат да представляват интерес за много хора. По-долу са дадени отговорите на повечето от тези въпроси.
Какво е трансформатор?
Малко история
През 70-те години на XIX в. Руският учен П.Н. Яблочков изобретил електрическия източник на светлина - „свещ„ Яблочков “. Първоначално енергийните източници на дъгата бяха мощни галванични батерии, но анодите в този случай изгаряха по-бързо. След това ученият решил да използва алтернатора като източник на ток за своето изобретение.
В този случай възникна друга трудност: след като една електрическа свещ е била запалена, поради намаляването на напрежението в терминалите на генератора, запалването на други лампи е било трудно. Проблемът беше решен, когато се използва трансформатор за захранване на всеки източник на светлина. Тези първи трансформатори са имали отворени сърцевини на снопове от стоманена тел и в резултат на това са имали ниска ефективност. Трансформаторите със затворени ядра, подобни на модерните, се появяват едва след 9 години.
Как работи трансформаторът и как работи?
Фигура 1. Схема на най-простия трансформатор.
Най-простият трансформатор е сърцевина от вещество с висока магнитна пропускливост и две намотки около нея (фиг. 1а). При преминаване през първичната намотка на променлив ток със сила I 1 в ядрото възниква променлив магнитен поток Φ, който прониква както в първичната, така и в вторичната намотки.
Във всяко от завъртанията на тези намотки е същото за числената стойност на индуцираната ЕДС. По този начин връзката на ЕМП в намотките и завоите в тях е една и съща. На празен ход (I 2 = 0) напреженията на намотките са почти равни на индуцираната едн. В тях, следователно е изпълнено и следното съотношение за напреженията:
U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, където
N 1 и N 2 - броят на завъртанията в намотките.
Съотношението U 1 / U 2 се нарича също коефициент на трансформация (k). Ако U 1 > U 2, трансформаторът се нарича стъпка нагоре (Фиг. 1b), докато U 1 <U 2 - стъпка надолу (Фигура 1в). Първият трансформатор има по-високо съотношение на трансформация, а вторият има по-малко от едно.
Същият трансформатор, в зависимост от това към коя намотка се прилага и кое напрежение се отстранява, може да бъде или нагоре, или надолу. Вторичната намотка не е задължително една - може да има няколко. От равенството на силата в намотките следва, че токовете в тях са обратно пропорционални на броя на завоите:
I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.
Ако вторичната намотка е компонент на първичния (или първичен - вторичен), трансформаторът става автотрансформатор. На фиг. 1d и 1d са показани диаграми на, съответно, понижаващи и увеличаващи се автотрансформатори.
Проектиране на трансформатори за точково заваряване на мед.
Едно променливо магнитно поле причинява образуването на вихрови токове в ядрото, които го загряват, върху които се губи част от енергията. За да се намалят тези загуби, ядрата се набират от отделни, изолирани една от друга специални трансформаторни стоманени листове с ниска енергия на обръщане.
Най-често в съвременните трансформатори се използват магнитни вериги от три вида:
- Пръчка (U-образна), състояща се от два пръта с намотки и свързващ яд. Така обикновено се подреждат ядрата на силните трансформатори.
- Бронирана (W-образна). Магнитното ядро е яре, вътре в което е пръчка с намотка. Хомотът защитава всяка намотка на трансформатора от външни влияния - оттук и името. Най-често се използват в трансформатори с ниска мощност за електронни схеми.
- Тороидален - магнитното ядро с форма на торус се състои от трансформаторна лента, навит с плътна ролка. Предимства - относително ниско тегло, висока ефективност, минимални смущения. Недостатък е сложността на намотката.
Как да се изчисли трансформатор?
Заваръчен трансформатор за електродъгово заваряване.
Най-важните параметри на трансформатора са номиналните стойности на токове и напрежения и мощност, за които е проектиран. Абсолютната точност при изчисляване на характеристиките на трансформатора за тези параметри няма значение, така че можете да се ограничите до приблизителни стойности.
Последователността на изчисленията е следната:
- Изчисляване на тока през вторичната намотка с отчитане на загубите: I 2 = 1.5 * I 2n, където I 2n е номиналният ток в него.
- Изчисляване на мощността, отстранена от вторичната намотка: P 2 = U 2 * I 2, където U 2 е напрежението в него. Ако такова навиване не е едно, тогава резултатът е сумата от техните правомощия.
- Определяне на получената мощност: Р Т = 1.25 * Р2 с ефективност от около 80%.
- Изчисляването на тока през първичната намотка на трансформатора: I 1 = P T / U 1, където U 1 е напрежението в него.
- Площта на необходимата част от магнитната верига: S = 1.3 * TP T, където S се измерва в cm2.
- Броят на завъртанията за първичната намотка на трансформатора: N 1 = 50 * U 1 / S, където S се измерва в cm2.
- Броят на завъртанията за неговата вторична намотка: N 2 = 55 * U 2 / S, където S се измерва в cm2.
- Диаметърът на проводниците на която и да е от намотките на трансформатора: d = 0.632 * √I, където I е силата на тока в него. Формулата е правилна за медна жица.
Например, вторичната намотка на трансформатор, включен в 220-волтова мрежа, трябва да произвежда ток от 6.7 А при напрежение от 36 V. Изчислява се параметрите на трансформатора.
Основните части на конструкцията на трансформатора.
- I2 = 1.5 * 6.7 А = 10 А.
- P 2 = 36 V * 10 A = 360 вата.
- PT = 1.25 * 360 W = 450 W.
- I 1 = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
- S = 1.3 * 450 (cm2) ≈ 25 cm2 .
- N 1 = 50 * 220/25 = 440 оборота.
- N2 = 55 * 36/25 = 79 завоя.
- d 1 = 0.632 * 2 (mm) = 0.9 mm, d 1 = 0.632 * 10 (mm) = 2 mm.
Ако няма проводници с необходимия диаметър, тогава един дебел проводник може да бъде заменен с няколко по-тънки, свързани паралелно. Площта на напречното сечение на проводника с диаметър d може да бъде изчислена по формулата: s = 0.8 * d2.
Например, имате нужда от тел с диаметър от 2 mm и има само проводник с диаметър 1, 2 mm. Площта на напречното сечение на желания проводник е s = 0.8 * 4 (mm2) = 3.2 mm2, площта на телта, изчислена по същата формула, е 1.1 mm2. Лесно е да се разбере, че един проводник с диаметър 2 mm може да бъде заменен с три с диаметър 1, 2 mm.
Производство на трансформатори
Процесът на производство на силов трансформатор се състои от поредица от последователни операции.
Сглобяване на намотки за сърцевина или броня
Фигура 2. Схема на сглобяване на рамката за трансформатора.
Доста удобен материал за сглобяване на тези рамки е картон или преса. Още по-здравата рамка може да бъде изработена от пластмаса. Сборът на рамката е показан на фиг. 2а. Сглобена е от части, показани на фигури 2b-2g. Трябва да са направени от две копия от всяка част. Дупки в бузите (g) са предназначени за заключения.
Процедурата за сглобяване на рамката:
- две бузи се припокриват;
- части (б) са вградени в техните прозорци и са разредени, един нагоре, вторият надолу;
- части (в) са монтирани така, че техните изпъкналости съвпадат с изрезите на части (б).
Получената рамка е достатъчно здрава и не се разпада. Преди навиване на бобините предварително се подготвят уплътнения (Фиг. 2д), направени от ленти от кабелна хартия. Лентите се изрязват внимателно по ръбовете до дълбочина от няколко mm. Тези разфасовки, прилежащи на четките, ще предпазят завоите на следващия слой от падане в предишния.
Намотани бобини
Фигура 3. Схема на контура за бобината.
Преди навиването е необходимо да се подготвят участъци от гъвкава многожилна тел в топлоустойчива изолация за проводници и секции от топлоустойчива баластра. Намотката се извършва така, че жицата да приляга на завоя с известно напрежение. Следващите намотки трябва да натискат предишните. За да се предотврати навиването на бобините в близост до бузата, препоръчително е следващият ред да не се изтегля няколко милиметра преди него, като се запълват свободните участъци със струни или нишки.
След завършването на намотката на всеки ред, напрежението на жицата трябва да се поддържа така, че при полагане на лента за хартиена хартия, навитата част не се отваря. Такива уплътнения трябва да се положат след всеки слой.
Ако навитата жица е тънка, тогава подготвените участъци от гъвкава сплетена тел внимателно се запояват към началото и края на намотката, както и към изходите от нея. Мястото на шипа е изолирано. Ако магнитният проводник е достатъчно дебел, проводниците и лактите (под формата на примки) са изработени от същия проводник. Както заключенията, така и извивките трябва да се носят с сегменти на камбрика.
Контурът (Фиг. 3а) се прекарва през отвора на сгънатата лента от плътна хартия или памучна лента, която се затяга след натискане от следващите завои (Фиг. 2б). Пример за клон от тънка жица на намотката е показан на фиг. 2в.
Приблизително по същия начин краищата на намотката са изработени от дебел проводник, но се използва само памучна лента. Схемата на фиксиране на началото на намотката е показана на фиг. 2g, на края му - на фиг. 2г.
И няколко думи за навиването на намотката на тороидален трансформатор. Обикновено за навиването им се използват домашно приготвени совалки, на повърхността на които се навива достатъчно количество тел. Трансферът с проводника трябва да преминава в отвора на тороидалната магнитна верига.
Фигура 4. Конструкция на джантата на велосипедните колела.
Много по-лесно е да се завърти с помощта на устройството, което се основава на ръба на колелото (Фиг. 4). Ръбът е нарязан на едно място, преминава през дупката в магнитната верига, след което изрязаните части се съединяват внимателно. След това на външната си повърхност се навива навита тел с необходимата дължина с малък ръб. За удобство, джантата може да се окачи с горната си част върху забит пирон, щифт или друго подходящо окачване. Удобно е да се фиксира навита жица с подходящ гумен пръстен.
Намотката се навива поради въртенето на джантата. След всяко завъртане преместете гумения пръстен на подходящото разстояние. Намотките трябва да се поставят внимателно, с напрежение. Заключения и кранове могат да бъдат оформени по същия начин, както в гореспоменатите намотки. Всеки слой и намотка трябва да бъдат разделени от слой изолация. На върха на последния слой, трансформаторът се увива с лента на вратаря и се напоява с лак.
Краят на монтаж на трансформатор
Схема на еднофазен трансформатор.
Когато бобините са готови, ядрото или сърцевината на бронята се сглобяват. Трябва да се опитате да направите възможно най-малки магнитни празнини, за които монтажът трябва да се направи в капака. Продължава, докато целият прозорец се запълни. Окончателните плочи често трябва да се забиват с дървен чук или дървена облицовка.
В края на устройството сърцевината се запечатва, прегъва яремата или се затяга, ако плочите имат съответни отвори, с щифтове, които са изолирани от сърцевината чрез картонени тръби или няколко слоя хартия. В края на шпилките се поставят електрически изолационни и конвенционални шайби и се завинтват гайките, с които се затяга сърцевината. Лошо компресирано ядро ще бръмчи тежко и вибрира.
Проверете произведения трансформатор
Схема на машината за навиване на трансформатори.
Първо, използвайки мегомметър, измервайте съпротивлението между отделните намотки, както и между сърцевината и намотките. Тя не трябва да бъде по-малка от 0, 5 мама. Ако няма мегомметър, можете да оцените тези съпротивления с обикновен габарит. Тя трябва да показва безкрайност.
След проверка на изолацията, първичната намотка на трансформатора се захранва с напрежение, равно на половината от номиналната. Можете да използвате например Latte. Ако продуктът не пуши, не бръмчи, не се нагрява много, се прилага номинално напрежение на първичната намотка.
Без товар токът в първичната намотка на трансформатора не трябва да бъде повече от 5-10% от номиналната му стойност. Самият трансформатор не трябва да е много горещ и да не се чува шумно. Ако бръмченето е силно, трябва или да го дърпате още по-силно, или да закачите дървени или пластмасови плочи в процепа между плочите.
За окончателното изпитване, номиналното натоварване се свързва с трансформатора, проверяват се напреженията на всички намотки. Ако всичко е нормално, трансформаторът се поддържа под товар 3-4 часа. Ако няма бръмчене, няма мирис на изгаряне и трансформаторът не загрява повече от 70 ° C, тестът може да се счита за успешно завършен.
Не винаги можете да намерите трансформатор с необходимите параметри.