Obliczanie uzwojenia transformatora i jego rdzenia

Transformator, którego historia istnieje od prawie półtora wieku, wiernie służył ludzkości przez cały ten czas. Jego celem jest konwersja napięcia przemiennego. Jest to jedno z niewielu urządzeń, których sprawność może osiągnąć prawie 100%.

Schemat uzwojenia transformatora spawalniczego

Schemat uzwojenia transformatora spawalniczego.

Jak obliczyć i nawinąć uzwojenia transformatora, jaki może być jego rdzeń, jakie są cechy konstrukcyjne transformatorów do różnych celów, jak działają - pytania, które mogą być interesujące dla wielu. Poniżej znajdują się odpowiedzi na większość z tych pytań.

Co to jest transformator?

Powrót do spisu treści

Trochę historii

W latach 70. XIX wieku rosyjski naukowiec P.N. Jabłoczow wynalazł źródło światła łuku elektrycznego - "świecę Jabłkowowa". Początkowo źródłem mocy łuku były potężne baterie galwaniczne, ale w tym przypadku anody spalały się szybciej. Następnie naukowiec zdecydował się użyć alternatora jako źródła obecnego dla swojego wynalazku.

W tym przypadku pojawiła się kolejna trudność: po zapaleniu jednej świecy elektrycznej, ze względu na spadek napięcia na zaciskach generatora, zapłon innych lamp był trudny. Problem został rozwiązany, gdy do zasilania każdego źródła światła wykorzystywany był transformator. Te pierwsze transformatory miały otwarte rdzenie wiązek drutów stalowych i w rezultacie miały niską wydajność. Transformatory z zamkniętymi rdzeniami, podobne do współczesnych, pojawiły się dopiero po 9 latach.

Powrót do spisu treści

Jak działa transformator i jak działa?

Schemat najprostszego transformatora

Rysunek 1. Schemat najprostszego transformatora.

Najprostszym transformatorem jest rdzeń substancji o dużej przepuszczalności magnetycznej i owiniętych wokół niego dwóch zwojach (ryc. 1a). Podczas przechodzenia przez uzwojenie pierwotne prądu przemiennego siłą I1 w rdzeniu występuje zmienny strumień magnetyczny F, który jest gwintowany zarówno przez uzwojenie pierwotne, jak i wtórne.

W każdym zwoju tych zwojów jest to samo dla wartości liczbowej wywołanego emf. Tak więc stosunek pola elektromagnetycznego w zwojach i zwojach w nich jest taki sam. Na biegu jałowym (I2 = 0) napięcia na uzwojeniu są prawie równe indukowanemu emfowi w nich, dlatego też następująca relacja jest również ważna dla napięć:

U1 / U2 ≈ N1 / N2, gdzie

N1 i N2 - liczba zwojów w uzwojeniach.

Współczynnik u1 / U2 zwany również współczynnikiem transformacji (k). Jeśli ty1 > U2, transformator nazywa się step-up (ryc. 1b), z U1 < U2 - obniżanie (rysunek 1B). Pierwszy transformator ma wyższy współczynnik transformacji, a drugi ma mniej niż jeden.

Jeden i ten sam transformator, w zależności od tego, do którego doprowadzane jest napięcie, i z którym napięcie jest usuwane, może się zwiększać lub zmniejszać. Uzwojenie wtórne niekoniecznie musi być jedno - może być ich kilka. Z równości mocy w uzwojeniach wynika, że ​​prądy w nich są odwrotnie proporcjonalne do liczby zwojów:

Ja1 / I2 ≈ N2 / N1.

Jeśli uzwojenie wtórne jest integralną częścią pierwotnej (lub pierwotnej - wtórnej), transformator staje się autotransformatorem. Na rys. 1d i 1d są przedstawione wykresami odpowiednio autotransformatorów step-down i step-up.

Projekt transformatorów do zgrzewania punktowego miedzi

Projekt transformatorów do spawania punktowego miedzi.

Naprzemienne pole magnetyczne powoduje powstawanie prądów wirowych w rdzeniu, które go podgrzewają, na której część energii jest marnowana. Aby zmniejszyć te straty, rdzenie są rekrutowane z oddzielnych, odizolowanych od siebie specjalnych transformatorowych blach stalowych o niskiej energii odwracania.

Najczęściej w nowoczesnych transformatorach stosuje się rdzenie magnetyczne trzech typów:

  1. Pręt (w kształcie litery U), składający się z dwóch prętów z uzwojeniami i połączeniem jarzma. W ten sposób zwykle układane są rdzenie transformatorów dużej mocy.
  2. Pancerz (w kształcie litery W). Obwód magnetyczny jest jarzmem, którego wnętrze jest prętem z uzwojeniem. Jarzmo chroni każde uzwojenie transformatora przed wpływami zewnętrznymi - stąd nazwa. Najczęściej używane w transformatorach małej mocy do układów elektronicznych.
  3. Toroidalny - rdzeń magnetyczny w kształcie torusa składa się z taśmy transformatora nawiniętej zwartą rolką. Zalety - stosunkowo niska waga, wysoka sprawność, minimalna interferencja. Wadą jest złożoność uzwojenia.
Powrót do spisu treści

Jak obliczyć transformator?

Transformator spawalniczy

Transformator spawalniczy do spawania łukowego.

Najważniejszymi parametrami transformatora są wartości nominalne prądów i napięć oraz moc, dla której zostały zaprojektowane. Absolutna dokładność w obliczaniu charakterystyk transformatora dla tych parametrów nie ma większego znaczenia, więc można ograniczyć się do wartości przybliżonych.

Sekwencja obliczeń wygląda następująco:

  1. Obliczanie prądu przez uzwojenie wtórne, biorąc pod uwagę straty: I2 = 1,5 * I2n, gdzie i2n - prąd znamionowy w nim.
  2. Obliczanie mocy usuniętej z uzwojenia wtórnego: P2 = U2 * I2, gdzie jesteś2 - napięcie na nim. Jeśli takie uzwojenie nie jest jedno, to wynikiem jest suma ich mocy.
  3. Określenie uzyskanej mocy: PT = 1,25 * P2 z wydajnością około 80%.
  4. Obliczanie prądu przez uzwojenie pierwotne transformatora: I1 = PT / U1, gdzie jesteś1 - napięcie na nim.
  5. Obszar wymaganej sekcji obwodu magnetycznego: S = 1,3 * √PT, gdzie s jest mierzone w cm2.
  6. Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego transformatora: N1 = 50 * U1 / S, gdzie S jest mierzone w cm2.
  7. Liczba zwojów dla uzwojenia wtórnego: N2 = 55 * U2 / S, gdzie S jest mierzone w cm2.
  8. Średnica przewodów jednego z uzwojeń transformatora: d = 0,632 * √I, gdzie I jest obecną siłą. Wzór jest poprawny dla drutu miedzianego.

Na przykład uzwojenie wtórne transformatora należącego do sieci 220-woltowej powinno wytwarzać prąd o wartości 6,7 A przy napięciu 36 V. Obliczyć parametry transformatora.

Główne części projektu transformatora

Główne części projektu transformatora.

  1. Ja2 = 1,5 * 6,7 A = 10 A.
  2. P2 = 36 V * 10 A = 360 watów.
  3. PT = 1,25 * 360 watów = 450 watów.
  4. Ja1 = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
  5. S = 1,3 * √ 450 (cm2) ≈ 25 cm2
  6. N1 = 50 * 220/25 = 440 obrotów.
  7. N2 = 55 * 36/25 = 79 zwojów.
  8. d1 = 0,632 * √2 (mm) = 0,9 mm, d1 = 0,632 * √10 (mm) = 2 mm.

Jeśli nie ma drutów o wymaganej średnicy, jeden gruby drut można zastąpić kilkoma cieńszymi połączonymi równolegle. Przekrój poprzeczny przewodu o średnicy d można obliczyć według wzoru: s = 0,8 * d2.

Na przykład potrzebny jest drut o średnicy 2 mm i jest tylko przewodnik o średnicy 1,2 mm. Przekrój poprzeczny żądanego drutu s = 0,8 * 4 (mm2) = 3,2 mm2, dostępna powierzchnia obliczona według tego samego wzoru wynosi 1,1 mm2. Łatwo zrozumieć, że jeden przewodnik o średnicy 2 mm można zastąpić trzema o średnicy 1,2 mm.

Powrót do spisu treści

Produkcja transformatorów

Proces produkcji transformatora mocy składa się z szeregu kolejnych operacji.

Powrót do spisu treści

Montaż ram cewki dla rdzenia lub rdzenia pancerza

Schemat montażu ramy transformatora

Rysunek 2. Schemat montażu ramy dla transformatora.

Dosyć wygodnym materiałem do montażu tych ram jest tektura lub płyta prasująca. Jeszcze mocniejsza rama może być wykonana z tworzywa sztucznego. Zespół ramy pokazano na ryc. 2a Jest on złożony z części pokazanych na Figurach 2b-2g. Musi składać się z dwóch kopii każdej części. Otwory w policzkach (g) są przeznaczone do wniosków.

Procedura montażu ramy:

  • dwa policzki zachodzą na siebie;
  • części (b) są osadzone w swoich oknach i są rozcieńczone, jeden w górę, drugi w dół;
  • części (c) są zainstalowane w taki sposób, aby ich występy pokrywały się z wycięciami części (b).

Powstała rama jest wystarczająco mocna i nie kruszy się. Przed nawinięciem cewek przygotowuje się z góry uszczelki (ryc. 2e) wykonane z pasków papieru kordowego. Paski są dokładnie cięte wzdłuż krawędzi na głębokość kilku mm. Nacięcia te, przylegające do szczotek, chronią zwoje następnej warstwy przed wpadnięciem do poprzedniej.

Powrót do spisu treści

Nawijanie cewek

Konstrukcja pętli cewki

Rysunek 3. Schemat pętli dla cewki.

Przed nawinięciem należy przygotować odcinki drutu elastycznego z odpornej na wysoką temperaturę izolacji na przewody i segmenty żaroodpornego prążka. Nawijanie odbywa się w taki sposób, że drut dopasowuje się do obrotu do obrotu z pewnym naprężeniem. Kolejne cewki powinny naciskać poprzednie. Aby zapobiec spadaniu cewek w pobliże policzka, zaleca się, aby następny rząd nie był narysowany kilka mm przed nim, wypełniając wolne obszary sznurkiem lub nitkami.

Po zakończeniu nawijania każdego rzędu, napięcie drutu musi być utrzymane, aby podczas układania paska papieru w zwojach część zwijana nie otwierała się. Takie uszczelki powinny być układane po każdej warstwie.

Jeśli drut spiralny jest cienki, a następnie na początku i na końcu uzwojenia, a także na zgięciach z niego, przygotowane kawałki elastycznego przewodu są starannie lutowane. Miejsce kolca jest odizolowane. Jeśli drut magnetyczny jest wystarczająco gruby, przewody i wyloty (w postaci pętli) są wykonane z tego samego przewodu. Zarówno wnioski, jak i zakręty powinny być noszone z segmentami w kształcie cambric.

Pętla (ryc. 3a) przechodzi przez otwór złożonego paska z grubego papieru lub bawełnianej taśmy, która jest zaciskana po naciśnięciu kolejnych zwojów (ryc. 2b). Przykład odgałęzienia z cienkiego drutu nawojowego pokazano na rys. 2c.

W przybliżeniu w ten sam sposób końce uzwojenia są wykonane z grubego drutu, ale używa się tylko bawełnianej taśmy. Schemat ustalania początku uzwojenia pokazano na rys. 2g, jego koniec - na rys. 2d

I kilka słów o tym, jak nawijać uzwojenie transformatora toroidalnego. Zazwyczaj do ich zwijania stosuje się domowe wahadłowce, na których powierzchni nawinięty jest wystarczający zapas drutu. Prom z przewodem musi przejść do otworu toroidalnego obwodu magnetycznego.

Obręcz koła rowerowego

Rysunek 4. Konstrukcja obręczy koła rowerowego.

Łatwiej jest skończyć za pomocą urządzenia, które opiera się na obręczy koła rowerowego (ryc. 4). Obręcz jest przecinana w jednym miejscu, wkręcana w otwór obwodu magnetycznego, po czym wycięte części są starannie połączone. Następnie drut nawojowy o wymaganej długości nawinięty jest na jego zewnętrzną powierzchnię z niewielkim marginesem. Dla wygody obręczy można zawiesić górną częścią na wbijanym gwoździu, szpilce lub innej odpowiedniej zawiesinie. Wygodne jest mocowanie spiralnego drutu za pomocą odpowiedniego gumowego pierścienia.

Uzwojenie jest nawijane z powodu obrotu obręczy. Po zakończeniu każdej tury przesuń gumowy pierścień na odpowiednią odległość. Cewki należy ułożyć ostrożnie, naprężając. Wnioski i krany można uformować w taki sam sposób, jak we wspomnianych cewkach. Każda warstwa i uzwojenie muszą być oddzielone warstwą izolacji. Na wierzchu ostatniej warstwy transformator jest owinięty taśmą mocującą i nasączony lakierem.

Powrót do spisu treści

Koniec zespołu transformatora

Schemat transformatora jednofazowego

Schemat transformatora jednofazowego.

Gdy cewki są gotowe, rdzeń lub rdzeń pancerza jest złożony. Powinieneś postarać się zrobić tak wąskie, jak to możliwe szczeliny magnetyczne, dla których montaż powinien być wykonany w pokrywie. Trwa, dopóki całe okno nie zostanie wypełnione. Końcowe płyty często muszą być młotkowane przy użyciu drewnianego młotka lub drewnianej podszewki.

Na końcu zestawu rdzeń jest uszczelniany, zaciskanie jarzma lub zaciskanie, jeśli płyty mają odpowiednie otwory, z kołkami, które są izolowane od rdzenia za pomocą tekturowych rurek lub kilku warstw papieru. Na końcach kołków nakłada się podkładki elektryczne i konwencjonalne oraz nakręca się nakrętki, którymi mocuje się rdzeń. Źle skompresowany rdzeń będzie buczał mocno i wibruje.

Powrót do spisu treści

Sprawdź wyprodukowany transformator

Schemat urządzenia do nawijania transformatorów

Schemat urządzenia do nawijania transformatorów.

Przede wszystkim, używając miernika megaomów, zmierz rezystancję między poszczególnymi uzwojeniami, a także pomiędzy rdzeniem i uzwojeniami. Nie powinno być mniej niż 0,5 Mom. Jeśli nie ma licznika megoomów, można ocenić te rezystancje za pomocą zwykłego miernika. Powinien pokazywać nieskończoność.

Po sprawdzeniu izolacji uzwojenie pierwotne transformatora zasilane jest napięciem równym połowie wartości nominalnej. Możesz użyć na przykład Latte. Jeśli produkt nie pali, nie brzęczy, nie nagrzewa się zbytnio, napięcie nominalne jest doprowadzane do uzwojenia pierwotnego.

Bez obciążenia prąd w uzwojeniu pierwotnym transformatora nie powinien przekraczać 5-10% jego wartości nominalnej. Sam transformator nie powinien być bardzo gorący i głośno buzzować. Jeśli brzęczenie jest silne, należy je ciągnąć jeszcze mocniej, lub wbić drewniane lub plastikowe płyty w szczelinę między płytami.

Do końcowego testu, obciążenie znamionowe jest podłączone do transformatora, sprawdzane są napięcia na wszystkich uzwojeniach. Jeśli wszystko jest w porządku, transformator jest obciążony przez 3-4 godziny. Jeśli nie ma szumu, nie ma zapachu, a transformator nie nagrzewa się więcej niż 70°C, test można uznać za pomyślnie ukończony.

Nie zawsze w sprzedaży można znaleźć transformator o wymaganych parametrach.

Można jednak bezpiecznie powiedzieć, że wymagane urządzenie nie jest nadmiernie skomplikowane i można je obliczyć i wyprodukować w sposób niezależny.

Dodaj komentarz