Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Transformátor, jehož historie je již téměř jedno a půl století, věrně slouží lidstvu po celou dobu. Jeho účelem je konverze střídavého napětí. Jedná se o jedno z mála zařízení, jejichž účinnost může dosáhnout téměř 100%.
Schéma navíjení svařovacího transformátoru.
Jak vypočítat a navinout vinutí transformátoru, co může být jeho jádrem, jaké jsou konstrukční vlastnosti transformátorů pro různé účely, jak fungují - otázky, které mohou být pro mnohé zajímavé. Níže naleznete odpovědi na většinu těchto otázek.
Co je transformátor?
Trochu historie
V 1870s, ruský vědec P.N. Yablochkov vynalezl zdroj elektrického oblouku světla - „jabločkovskou svíčku“. Zpočátku, zdroje energie oblouku byly silné galvanické baterie, ale anody v tomto případě spálil rychleji. Pak se vědec rozhodl použít alternátor jako současný zdroj pro svůj vynález.
V tomto případě se objevil další problém: po rozsvícení jedné elektrické svíčky v důsledku snížení napětí na svorkách generátoru bylo obtížné zapálení jiných lamp. Problém byl vyřešen, když byl transformátor použit k napájení každého světelného zdroje. Tyto první transformátory měly otevřená jádra svazků ocelových drátů a v důsledku toho měla nízkou účinnost. Transformátory s uzavřenými jádry, podobnými moderním, se objevily až po 9 letech.
Jak transformátor pracuje a jak funguje?
Obrázek 1. Schéma nejjednoduššího transformátoru.
Nejjednodušší transformátor je jádro látky s vysokou magnetickou permeabilitou a dvěma vinutími kolem něj (obr. 1a). Při průchodu primárním vinutím střídavého proudu silou 1, vzniká v jádru měnící se magnetický tok Φ, který proniká jak primárním, tak sekundárním vinutím.
V každém ze závitů těchto vinutí je stejná pro číselnou hodnotu indukovaného emf. Vztah EMF ve vinutí a otocích v nich je tedy stejný. Při volnoběhu (I2 = 0) se napětí na vinutí téměř rovná indukovanému emf v nich, proto je pro napětí také splněn následující vztah:
U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, kde
N 1 a N 2 - počet otáček vinutí.
Poměr U1 / U2 se také nazývá transformační koeficient (k). Pokud U1> U2, transformátor se nazývá step-up (obr. 1b), zatímco U1 <U2 - krok dolů (obr. 1c). První transformátor má vyšší transformační poměr a druhý má méně než jeden.
Stejný transformátor, v závislosti na tom, na které vinutí je aplikováno a které napětí je odstraněno, může být buď nahoru nebo dolů. Sekundární vinutí není nutně jedno - může být několik. Z rovnosti výkonu ve vinutí vyplývá, že proudy v nich jsou nepřímo úměrné počtu otáček:
I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.
Pokud je sekundární vinutí součástí primární (nebo primární - sekundární), transformátor se stává autotransformátorem. Na Obr. Obrázky 1d a ld jsou znázorněny diagramy postupných a postupných autotransformátorů.
Návrh transformátorů pro bodové svařování mědi.
Střídavé magnetické pole způsobuje tvorbu vířivých proudů v jádru, které ho zahřívá, na kterém je ztráta části energie. Aby se tyto ztráty snížily, jsou odebírána jádra z oddělených, oddělených od sebe navzájem speciálních ocelových plechů transformátoru s nízkou reverzní energií.
Nejčastěji se v moderních transformátorech používají magnetické obvody tří typů:
- Tyč (ve tvaru písmene U), skládající se ze dvou tyčí s vinutím a třmenu, který je spojuje. To je způsob, jakým jsou obvykle uspořádána jádra vysoce výkonných transformátorů.
- Obrněný (ve tvaru písmene W). Magnetické jádro je třmen, uvnitř kterého je tyč s vinutím. Jho chrání každé vinutí transformátoru před vnějšími vlivy - odtud název. Nejčastěji se používá v nízkoenergetických transformátorech pro elektronické obvody.
- Toroidní - magnetické jádro ve tvaru torusu se skládá z transformátorové pásky navinuté hustým válcem. Výhody - relativně nízká hmotnost, vysoká účinnost, minimální rušení. Nevýhodou je složitost navíjení.
Jak vypočítat transformátor?
Svařovací transformátor pro obloukové svařování.
Nejdůležitějšími parametry transformátoru jsou jmenovité hodnoty proudů a napětí a výkonu, pro které jsou určeny. Absolutní přesnost výpočtu charakteristik transformátoru pro tyto parametry nezáleží, takže se můžete omezit na přibližné hodnoty.
Sled výpočtů je následující:
- Výpočet proudu přes sekundární vinutí s ohledem na ztráty: I 2 = 1, 5 * I 2n, kde I 2n je jmenovitý proud v něm.
- Výpočet výkonu odebíraného ze sekundárního vinutí: P2 = U2 * I2, kde U2 je napětí v něm. Jestliže takové vinutí není jedno, pak výsledek je součet jejich pravomocí.
- Stanovení výsledného výkonu: PT = 1, 25 * P2 s účinností asi 80%.
- Výpočet proudu primárním vinutím transformátoru: I 1 = P T / U 1, kde U 1 je napětí napříč ním.
- Plocha požadovaného úseku magnetického obvodu: S = 1, 3 * √P T, kde S se měří v cm 2 .
- Počet závitů pro primární vinutí transformátoru: N 1 = 50 * U 1 / S, kde S se měří v cm 2 .
- Počet závitů pro jeho sekundární vinutí: N2 = 55 * U2 / S, kde S se měří v cm2.
- Průměr vodičů některého z vinutí transformátoru: d = 0, 632 * √I, kde I je proudová síla v něm. Vzorec je správný pro měděný drát.
Například sekundární vinutí transformátoru obsaženého ve 220-voltové síti by mělo produkovat proud 6, 7 A při napětí 36 V. Vypočítejte parametry transformátoru.
Hlavní části návrhu transformátoru.
- I2 = 1, 5 * 6, 7 A = 10 A.
- P2 = 36 V * 10 A = 360 wattů.
- PT = 1, 25 x 360 W = 450 W.
- I 1 = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
- S = 1, 3 * ~ 450 (cm2) ~ 25 cm2 .
- N1 = 50 * 220/25 = 440 otáček.
- N2 = 55 * 36/25 = 79 otáček.
- d1 = 0, 632 * ~ 2 (mm) = 0, 9 mm, d1 = 0, 632 * -10 (mm) = 2 mm.
Pokud nejsou žádné vodiče o požadovaném průměru, může být jeden tlustý drát nahrazen několika tenšími zapojenými paralelně. Plocha průřezu vodiče s průměrem d může být vypočtena podle vzorce: s = 0, 8 * d2.
Například potřebujete drát o průměru 2 mm a je zde pouze vodič o průměru 1, 2 mm. Plocha průřezu požadovaného drátu je s = 0, 8 * 4 (mm2) = 3, 2 mm2, plocha drátu, vypočtená podle stejného vzorce, je 1, 1 mm2. Je snadné pochopit, že jeden vodič o průměru 2 mm může být nahrazen třemi vodiči o průměru 1, 2 mm.
Výroba transformátorů
Proces výroby výkonového transformátoru se skládá ze série sekvenčních operací.
Montáž rámů cívek pro jádro nebo pancéřové jádro
Obrázek 2. Schéma montáže rámu pro transformátor.
Velmi pohodlným materiálem pro montáž těchto rámů je lepenka nebo lisovací deska. Ještě silnější rám může být vyroben z plastu. Sestava rámu je znázorněna na Obr. 2a Je sestavena z částí znázorněných na obr. 2b až 2g. Musí být vyrobeno ze dvou kopií každé části. Otvory v tvářích (g) jsou určeny pro závěry.
Postup montáže rámu:
- dvě tváře se překrývají;
- části (b) jsou zapuštěny v oknech a zředěny, jedna nahoru, druhá dolů;
- části (c) jsou instalovány tak, aby jejich výstupky odpovídaly zářezům částí (b).
Výsledný rám je dostatečně silný a už se nerozpadá. Před navinutím cívek se předem připraví těsnění (obr. 2e) z pásů kabelového papíru. Pásy jsou pečlivě řezány podél okrajů do hloubky několika mm. Tyto řezy, přiléhající ke kartáčům, chrání otočení další vrstvy před pádem do předchozí vrstvy.
Navíjecí cívky
Obrázek 3. Schéma smyčky pro cívku.
Před navinutím je nutné připravit úseky ohebného lanka v žáruvzdorné izolaci pro přívody a části tepelně odolného kambiku. Navíjení se provádí tak, aby drát zapadl do zatáčky s tahem. Následující cívky by měly stisknout předchozí. Aby se zabránilo navíjení cívek v blízkosti líce, doporučuje se, aby další řádek nebyl před ním natažen o několik mm, aby se vyplnily volné oblasti šňůrou nebo nitěmi.
Po dokončení navíjení každé řady musí být napětí drátu udržováno tak, aby se při pokládání pásů kabelového papíru neuzavřela spirálovitá část. Taková těsnění by měla být položena po každé vrstvě.
Pokud je spirálový drát tenký, pak se připravené úseky ohebného lanového drátu pečlivě připájejí na začátek a konec vinutí, jakož i na vývody z něj. Místo hrotu je izolováno. Pokud je drát magnetu dostatečně silný, jsou vodiče a kolena (ve formě smyček) vyrobeny ze stejného drátu. Jak závěry, tak i ohyby by měly být nošeny se segmenty kambru.
Smyčka (obr. 3a) prochází otvorem složeného pásu tlustého papíru nebo bavlněné pásky, která je utažena poté, co je stisknuta následujícími otáčkami (obr. 2b). Příklad větve z tenkého navíjecího drátu je znázorněn na Obr. 2c.
Přibližně stejným způsobem jsou konce vinutí vyrobeny z tlustého drátu, ale používá se pouze bavlněná páska. Schéma upevnění začátku vinutí je znázorněno na Obr. 2g, na svém konci - na Obr. 2d
A pár slov o tom, jak navinout vinutí toroidního transformátoru. Obvykle se pro jejich navíjení používají domácí rakety, na jejichž povrchu je navinut dostatečný přívod drátu. Raketoplán s drátem musí projít do otvoru toroidního magnetického obvodu.
Obrázek 4. Konstrukce ráfku jízdního kola.
Díky zařízení, které je založeno na ráfku jízdního kola (obr. 4), je mnohem snadnější zavřít. Okraj je řezán na jednom místě, prochází otvorem v magnetickém obvodu, po kterém jsou řezané díly pečlivě spojeny. Potom je navinut drát o požadované délce na jeho vnějším povrchu s malým okrajem. Pro větší pohodlí může být okraj zavěšen horní částí na hřebík, kolík nebo jiné vhodné zavěšení. Je vhodné upevnit vinutý drát vhodným gumovým kroužkem.
Vinutí je navinuto v důsledku otáčení ráfku. Po každém otočení posuňte gumový kroužek do příslušné vzdálenosti. Cívky by měly být kladeny opatrně, s napětím. Závěry a odbočky mohou být vytvořeny stejným způsobem jako ve výše uvedených cívkách. Každá vrstva a vinutí musí být odděleny vrstvou izolace. V horní části poslední vrstvy je transformátor ovinut páskou brankáře a namočen v laku.
Konec sestavy transformátoru
Schéma jednofázového transformátoru.
Když jsou cívky připravené, jádro nebo pancéřové jádro je sestaveno. Měli byste se snažit udělat co nejužší magnetické mezery, pro které by měla být sestava provedena ve víku. Pokračuje, dokud není vyplněno celé okno. Konečné desky musí být často kladeny dřevěným kladivem nebo dřevěnou podšívkou.
Na konci sestavy se jádro utěsní, lemuje třmen nebo utáhne, pokud desky mají odpovídající otvory, s kolíky, které jsou izolovány od jádra kartonovými trubkami nebo několika vrstvami papíru. Na koncích čepů jsou nasazeny elektrické izolační a běžné podložky a matice, kterými je jádro utaženo, jsou přišroubovány. Špatně komprimované jádro bude bzučet a vibrovat.
Zkontrolujte vyrobený transformátor
Schéma stroje pro navíjecí transformátory.
Za prvé, pomocí megohmmetru, změřte odpor mezi jednotlivými vinutími, stejně jako mezi jádrem a vinutími. Neměla by být menší než 0, 5 Mom. Pokud není žádný megohm metr, můžete tyto odpory vyhodnotit běžným měřidlem. Mělo by to ukazovat nekonečno.
Po kontrole izolace je primární vinutí transformátoru napájeno napětím rovným polovině jmenovitého napětí. Můžete použít například Latte. Pokud výrobek nekouří, nerozezní, neohřívá se, na primární vinutí se aplikuje jmenovité napětí.
Bez zátěže by proud v primárním vinutí transformátoru neměl být větší než 5-10% jeho jmenovité hodnoty. Transformátor samotný by neměl být příliš horký a hlasitý. Je-li bzučák silný, měli byste jej buď zatáhnout ještě tvrději, nebo vložit mezeru mezi deskami.
Při závěrečné zkoušce se jmenovité zatížení připojí k transformátoru, zkontrolují se napětí na všech vinutích. Pokud je vše v pořádku, transformátor se udržuje pod zátěží po dobu 3-4 hodin. Pokud nedochází k hučení, zápachu z hoření a transformátoru neohřívá více než 70 ° C, lze test považovat za úspěšně dokončený.
Ne vždy v prodeji najdete transformátor s potřebnými parametry.