Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!
Transformatorul, a cărui istorie a fost în jur de aproape un secol și jumătate, a servit cu credincioșie tot timpul acestei umanități. Scopul său este conversia tensiunii AC. Acesta este unul dintre puținele dispozitive, eficiența cărora poate atinge aproape 100%.
Schema de înfășurare a transformatorului de sudură.
Cum se calculează și se învârte bobina transformatorului, care este nucleul său, care sunt caracteristicile de proiectare a transformatoarelor în diverse scopuri, cum funcționează - întrebări care ar putea fi de interes pentru mulți. Mai jos sunt răspunsurile la majoritatea acestor întrebări.
Ce este un transformator?
Un pic de istorie
În anii 1870, omul de știință rus P.N. Yablochkov a inventat sursa electrică de arc de lumină - "Lampa Yablochkov". Inițial, sursele de alimentare ale arcului erau baterii galvanice puternice, dar anodele au ars mai repede în acest caz. Apoi, omul de știință a decis să utilizeze alternatorul ca sursă de curent pentru invenția sa.
În acest caz, a apărut o altă dificultate: după ce o lumină electrică a fost aprinsă, datorită scăderii tensiunii la bornele generatorului, aprinderea altor lămpi a fost dificilă. Problema a fost rezolvată atunci când un transformator a fost folosit pentru alimentarea fiecărei surse de lumină. Acești primi transformatori aveau miezuri deschise de mănunchiuri de sârmă de oțel și, prin urmare, aveau o eficiență scăzută. Transformatoarele cu miezuri închise, similare cu cele moderne, au apărut numai după 9 ani.
Cum funcționează transformatorul și cum funcționează acesta?
Figura 1. Diagrama celui mai simplu transformator.
Cel mai simplu transformator este un nucleu al unei substanțe cu permeabilitate magnetică mare și două înfășurări înfășurate în jurul acestuia (figura 1a). Când trece prin bobina primară a curentului alternativ cu o forță de I 1, un flux magnetic variabil Φ apare în miez, care penetrează atât înfășurările primare cât și cele secundare.
În fiecare dintre înfășurările acestor înfășurări este aceeași pentru valoarea numerică a emf-ului indus. Astfel, relația dintre EMF în înfășurări și transformări în ele este aceeași. La turația în gol (I 2 = 0), tensiunile pe înfășurări sunt aproape egale cu emf induse în ele, prin urmare, următoarea relație este de asemenea îndeplinită pentru tensiuni:
U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, unde
N 1 și N 2 - numărul de rotații ale înfășurărilor.
Raportul U 1 / U 2 este numit și coeficientul de transformare (k). Dacă U 1 > U 2, transformatorul este denumit step-up (Fig.1b), în timp ce U 1 <U 2 - step-down (Figura 1c). Primul transformator are un raport de transformare mai mare, iar al doilea are mai puțin de unul.
Același transformator, în funcție de tipul în care este aplicată bobina și care tensiune este îndepărtată, poate fi în sus sau în jos. Înfășurarea secundară nu este neapărat una - pot exista mai multe. De la egalitatea de putere în înfășurări, rezultă că curenții din ele sunt invers proporțional cu numărul de viraje:
I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.
Dacă înfășurarea secundară este o componentă primară (sau primară - secundară), transformatorul devine un autotransformator. În fig. 1d și 1d sunt reprezentate diagrame ale autotransformatoarelor step-down și step-up.
Proiectarea transformatoarelor pentru sudarea locala a cuprului.
Un câmp magnetic alternativ determină formarea de curenți turbionari în miez, care îl încălzește, pe care o parte din energie este irosită. Pentru a reduce aceste pierderi, miezurile sunt recrutate din tablă de oțel specială transformată, izolate una de cealaltă, cu o energie redusă de inversare.
Cel mai adesea în transformatoarele moderne sunt folosite circuite magnetice de trei tipuri:
- Rod (în formă de U), format din două tije cu înfășurări și un jug care îi leagă. Acesta este modul în care nucleele de transformatoare cu putere mare sunt de obicei aranjate.
- Armored (în formă de W). Miezul magnetic este un jug, în interiorul căruia este o tijă cu o înfășurare. Jugul protejează fiecare înfășurare a transformatorului de influențe externe - de aici și numele. Cel mai adesea folosit în transformatoare cu putere redusă pentru circuite electronice.
- Toroidal - miezul magnetic în formă de torus constă dintr-o bandă de transformare înfășurată cu o rolă densă. Avantaje - greutate relativ scăzută, eficiență ridicată, interferență minimă. Dezavantajul este complexitatea de lichidare.
Cum se calculează transformatorul?
Transformator de sudura pentru sudare cu arc.
Parametrii cei mai importanți ai transformatorului sunt valorile nominale ale curenților și tensiunilor și puterii pentru care este proiectat. Precizia absolută în calcularea caracteristicilor transformatorului pentru acești parametri nu contează prea mult, astfel încât să vă puteți limita la aproximarea valorilor.
Succesiunea calculelor este următoarea:
- Calcularea curentului prin bobina secundară luând în considerare pierderile: I 2 = 1, 5 * I 2n, unde I 2n este curentul nominal în el.
- Calculul puterii scoase din bobina secundara: P 2 = U 2 * I 2, unde U 2 este tensiunea pe ea. Dacă o astfel de lichidare nu este una, atunci rezultatul este suma puterilor lor.
- Determinarea puterii rezultate: P T = 1, 25 * P 2 cu o eficiență de aproximativ 80%.
- Calculul curentului prin bobina primară a transformatorului: I 1 = P T / U 1, unde U 1 este tensiunea pe acesta.
- Zona secțiunii necesare a circuitului magnetic: S = 1, 3 * √P T, unde S este măsurat în cm2.
- Numărul de rotații pentru bobina primară a transformatorului: N 1 = 50 * U 1 / S, unde S este măsurat în cm2.
- Numărul de rotații pentru înfășurarea secundară: N 2 = 55 * U 2 / S, unde S este măsurat în cm2.
- Diametrul conductorilor oricarei înfășurări ale transformatorului: d = 0, 632 * √I, unde am rezistența curentă în el. Formula este corectă pentru firul de cupru.
De exemplu, înfășurarea secundară a unui transformator inclus într-o rețea de 220 volți ar trebui să producă un curent de 6, 7 A la o tensiune de 36 V. Se calculează parametrii transformatorului.
Principalele părți ale designului transformatorului.
- I 2 = 1, 5 * 6, 7 A = 10 A.
- P 2 = 36 V * 10 A = 360 wați.
- P T = 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 de rotații.
- N 2 = 55 * 36/25 = 79 de ture.
- d 1 = 0, 632 * √2 (mm) = 0, 9 mm, d1 = 0, 632 * √10 (mm) = 2 mm.
Dacă nu există cabluri cu diametrul necesar, atunci un fir gros poate fi înlocuit cu mai multe subțiri conectați în paralel. Suprafața secțiunii transversale a conductorului cu diametrul d poate fi calculată prin formula: s = 0, 8 * d 2 .
De exemplu, aveți nevoie de un fir cu diametrul de 2 mm și există numai un conductor cu diametrul de 1, 2 mm. Aria secțiunii transversale a firului dorit este s = 0, 8 * 4 (mm 2 ) = 3, 2 mm 2, suprafața firului, calculată folosind aceeași formulă, este de 1, 1 mm2. Este ușor de înțeles că un conductor cu diametrul de 2 mm poate fi înlocuit cu trei diametre de 1, 2 mm.
Transformatoare de fabricație
Procesul de fabricare a unui transformator de putere constă într-o serie de operații secvențiale.
Montarea ramei bobinelor pentru miezul de bază sau armura
Figura 2. Schema de asamblare a cadrului pentru transformator.
Un material destul de convenabil pentru asamblarea acestor cadre este cartonul sau tabla de presă. Un cadru chiar mai puternic poate fi realizat din plastic. Ansamblul cadru este prezentat în Fig. 2a. Acesta este asamblat din părțile prezentate în figurile 2b-2g. Trebuie să fie făcută din două copii ale fiecărei părți. Gaurile din obraji (g) sunt destinate concluziilor.
Procedura de asamblare a cadrului:
- două obraji se suprapun între ele;
- părțile (b) sunt încorporate în ferestrele lor și sunt diluate, una în sus, a doua în jos;
- părțile (c) sunt instalate astfel încât proeminențele lor să coincidă cu crestăturile părților (b).
Cadrul rezultat este suficient de puternic și nu se mai sfărâmă. Înainte de înfășurarea bobinelor, garniturile sunt pregătite în avans (figura 2e) din benzi de hârtie de cablu. Fâșiile sunt tăiate cu atenție de-a lungul marginilor la o adâncime de câteva mm. Aceste tăieturi, adiacente periilor, vor proteja răsucirile următorului strat de căderea în cea precedentă.
Bobine de bobinare
Figura 3. Diagrama bucla pentru bobină.
Înainte de înfășurare, este necesar să se pregătească secțiuni de sârmă flexibile flexibile în izolație rezistentă la căldură pentru cabluri și secțiuni de cambrică rezistentă la căldură. Bobina este realizată astfel încât firul să se potrivească cu turația la turație. Bobinele ulterioare ar trebui să apese pe cele anterioare. Pentru a împiedica înfășurarea bobinelor în apropierea obrazului, este recomandabil ca următorul rând să nu fie desenat cu câțiva mm înaintea acestuia, umplând zonele libere cu șir sau fire.
După terminarea fiecărui rând, tensiunea firului trebuie să fie menținută astfel încât atunci când se folosește o bandă de hârtie de cablu, porțiunea înfășurată să nu se deschidă. Aceste garnituri trebuie așezate după fiecare strat.
Dacă firul spiralat este subțire, atunci secțiunile pregătite din sârmă flexibilă sunt lipite cu grijă la începutul și la sfârșitul înfășurării, precum și la prizele de pe acesta. Locul bolțului este izolat. Dacă firul de magnet este suficient de gros, firele și coatele (sub formă de bucle) sunt realizate din același fir. Atât concluziile, cât și curbele trebuie purtate cu segmente cambrice.
Bucla (figura 3a) este trecută prin orificiul benzii pliate de hârtie groasă sau bandă de bumbac, care este strânsă după ce este presată de următoarele ture (fig.2b). Un exemplu de ramificație dintr-un fir subțire de înfășurare este prezentat în fig. 2c.
Aproximativ în același mod, capetele bobinei sunt realizate din sârmă groasă, însă este utilizată numai o bandă de bumbac. Schema de fixare a începutului înfășurării este prezentată în Fig. 2g, din capătul său - în fig. 2d.
Și câteva cuvinte despre cum să înfășoare bobina unui transformator toroidal. De obicei, pentru lichidarea lor, se folosesc navete de casă, pe suprafața cărora se înfășoară o cantitate suficientă de sârmă. Transportul cu sârma trebuie să treacă în gaura circuitului magnetic toroidal.
Figura 4. Proiectarea jantei bicicletelor.
Este mult mai ușor să încheiați utilizarea dispozitivului, care se bazează pe marginea roții bicicletei (figura 4). Jantă este tăiată într-un singur loc, trece prin gaura din circuitul magnetic, după care părțile tăiate sunt atent legate. Apoi, un fir de înfășurare cu lungimea necesară este înfășurat pe suprafața exterioară cu o marjă mică. Pentru confort, jacheta poate fi atârnată cu partea superioară a acesteia pe un cui, un bolț sau o altă suspensie potrivită. Este convenabil să fixați firul înfășurat cu un inel de cauciuc adecvat.
Bobina este înfășurată datorită rotirii jantei. După fiecare rotire, mutați inelul de cauciuc la distanța corespunzătoare. Bobinele trebuie așezate cu atenție, cu tensiune. Concluziile și robinetele pot fi formate în același mod ca și în bobinele menționate mai sus. Fiecare strat și înfășurare trebuie să fie separate printr-un strat de izolație. Pe partea de sus a ultimului strat, transformatorul este înfășurat cu bandă de păstrare și înmuiată cu lac.
Transformator End Assembly
Diagrama unui transformator monofazat.
Când bobinele sunt gata, miezul de bază sau armura este asamblat. Ar trebui să încercați să realizați cât mai restrânse spații magnetice, pentru care ansamblul trebuie făcut în capac. Aceasta continuă până când toată fereastra este umplută. Plăcile finale trebuie adesea bătute cu ajutorul unui ciocan de lemn sau a unei căptușeli din lemn.
La capătul ansamblului, miezul este etanșat, presarea jugului sau strângerea, dacă plăcile au găuri corespunzătoare, cu știfturi izolate de miez de tuburi din carton sau de mai multe straturi de hârtie. La capătul știfturilor se pun piulițe electrice și șaibe convenționale, iar piulițele cu care se strânge miezul sunt înșurubate. Un nucleu slab comprimat va vibra puternic și va vibra.
Verificați transformatorul fabricat
Schema mașinii de transformare a bobinelor.
Mai întâi, folosind un megohmmetru, măsurați rezistența dintre bobinări individuale, precum și între miez și înfășurări. Nu ar trebui să fie mai mică de 0, 5 mama. Dacă nu există un megohmmetru, puteți evalua aceste rezistențe cu un ecartament obișnuit. Ar trebui să arate infinit.
După verificarea izolației, înfășurarea primară a transformatorului este furnizată cu o tensiune egală cu jumătate din valoarea nominală. Puteți folosi, de exemplu, Latte. Dacă produsul nu fumează, nu vibrează, nu se încălzește prea mult, se aplică o tensiune nominală la înfășurarea primară.
Fără sarcină, curentul în bobina primară a transformatorului nu trebuie să fie mai mare de 5-10% din valoarea sa nominală. Transformatorul în sine nu ar trebui să fie foarte cald și buzz tare. Dacă zgomotul este puternic, ar trebui să-l tragi chiar mai greu, sau să alungați plăcile din lemn sau din plastic în spațiul dintre plăci.
Pentru testarea finală, sarcina nominală este conectată la transformator, sunt verificate tensiunile la toate înfășurările. Dacă totul este normal, transformatorul este ținut sub sarcină timp de 3-4 ore. Dacă nu există zgomote, fără miros de arsură și transformatorul nu se încălzește la mai mult de 70 ° C, testul poate fi considerat reușit.
Nu întotdeauna în vânzare puteți găsi un transformator cu parametrii necesari.