Сайт радиолюбителя ♦ ♦ ♦  Научно-практическое пособие по электронике  ♦ ♦ ♦

Переход на оглавление

Радиоэлементы и радиосхемы, принципы работы

Графич. обозначение радиоэлементов
Буквенное обозначение элементов
Резистор (сопротивление)
Делитель напряжения
Делитель тока
Конденсатор (ёмкость)
Дроссель. Катушка индуктивности
Фильтры высоких и низких частот
Колебательный контур. Резонанс
Биполярный транзистор, расчёт каскада
Силовой трансформатор, расчёт трансформатора
Выпрямители. Схемы выпрямления тока
Сглаживающие фильтры питания
Простые стабилизаторы напряжения, их расчёт
Компенсац. стабилизатор напряжения, его расчёт
Симметричный мультивибратор. Расчёт
Ждущий мультивибратор. Расчёт
Бестрансформаторное электропитание
Операционный усилитель
Логические элементы

Силовой трансформатор. Расчёт силового трансформатора


Что такое трансформатор

      Трансформатор - устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. При этом преобразовании напряжений одновременно всегда происходит также преобразование силы тока: если трансформатор повышает напряжение, то сила тока при этом уменьшается.

      Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя катушками, имеющими обмотки. Одна из обмоток называется первичной, другая – вторичной. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС во вторичной обмотке. Сила тока во вторичной обмотке, не присоединенной к цепи, потребляющей энергию, равна нулю. Если цепь подсоединена и происходит потребление электроэнергии, то в соответствии с законом сохранения энергии сила тока в первичной обмотке пропорционально возрастает. Таким образом, и происходит преобразование и распределение электрической энергии.

Схематичное устройство трансформатора      Схематическое устройство трансформатора показано на рисунке.

      На общем сердечнике (обычно из трансформаторной стали) расположены две обмотки. По одной из обмоток I, называемой первичной, под действием переменного напряжения U1 проходит переменный ток I1. Этот ток создает в сердечнике переменный магнитный поток, изменяющийся по своей величине и направлению в соответствии с изменениями тока I1. Переменный магнитный поток пронизывает витки второй обмотки II, называемой вторичной обмоткой, и индуктирует в каждом из ее витков определенную переменную ЭДС. Так как все витки обмотки II соединены последовательно, то отдельные ЭДС каждого витка складываются, а на концах вторичной обмотки получается суммарная ЭДС, также переменная по величине и направлению.

      Обычно трансформаторы конструируются так, что падение напряжения во вторичной обмотке невелико (порядка 2 - 5%); поэтому с известным допущением можно принять, что на концах вторичной обмотки напряжение U2 равно её ЭДС. Это напряжение U2 будет во столько раз больше (или меньше) напряжения первичной обмотки U1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной. Ток во вторичной обмотке I2 наоборот, будет во столько раз меньше (или больше) тока первичной обмотки I1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной.

      Отношение числа витков питаемой от сети обмотки к числу витков другой обмотки или одного напряжения (первичного) к другому (вторичному) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К:

Коэффициент трансформации
      Часто коэффициент трансформации выражается соотношением двух чисел, например 1:55, показывающим, что число витков первичной обмотки в 55 раз меньше числа витков вторичной.


Конструкция силового трансформатора

Типы сердечников      Сердечники силовых трансформаторов бывают: Ш-образный (рис) у которого магнитный поток разветвляется на две ветви, и П-образный (рис) с неразветвленным магнитным потоком. Первый вид сердечников, называемый броневым, применяется более часто, чем второй - стержневой. Ещё бывает третий тип силового трансформатора – спиральный (или ленточный), который является разновидностью первых двух.

      Для уменьшения потерь в сердечнике, последний делается не сплошным, а из отдельных тонких листов стали, оклеенных бумагой или покрытых изолирующим лаком. Толщина пластин составляет от 0,25 до 0,5 мм, чаще всего 0,3 - 0,35 мм.

Типы пластин сердечников      В настоящее время пакеты пластин для трансформаторов малой и средней мощности (до 200 Ватт) собираются в основном из двух типов пластин (рис): Ш-образных и прямых (накладок). Применение прямых пластин (накладок) дает возможность делать у некоторых трансформаторов (например, у выходных) воздушный зазор в сердечнике.

      Сборка пластин производится одним из двух способов. При одном способе - встык - собираются отдельно две части сердечника, которые затем прикладываются друг к другу (рис) и стягиваются болтами и накладками. При другом способе - вперекрышку - пластины накладываются друг на друга в порядке, указанном на рисунке.
Типы пластин сердечников      Сердечник трансформатора должен быть крепко стянут, в противном случае при работе трансформатора сердечник будет гудеть. Хотя гудение и не оказывает существенного влияния на работу трансформатора, но оно неприятно действует на слух. Обмотки трансформатора располагаются на каркасе, который одевается на сердечник. Каркас, как правило изготавливается из картона, или прессшпана.
      При использовании Ш-образного сердечника все обмотки трансформатора размещаются на одном каркасе, надеваемом на средний стержень сердечника. При П-образном сердечнике обмотка располагается или на одном или на двух каркасах, надеваемых соответственно на один или оба стержня сердечника.

      В трансформаторах наиболее часто применяется цилиндрическая намотка: на каркас сперва наматывается первичная обмотка, на которую для изоляции укладывается несколько слоев бумаги, а затем поверх этой изоляции наматывается вторичная обмотка. Если таких вторичных обмоток будет несколько, то между каждыми двумя обмотками прокладывается изоляция из 2 - 3 слоев бумаги. При большом числе витков в обмотке, например при повышающей намотке, через каждые 2 - 3 слоя следует обязательно прокладывать бумажные изолирующие прокладки.


Расчёт силового трансформатора

      Точный расчет трансформатора довольно сложен, но радиолюбитель может сконструировать силовой трансформатор, пользуясь для расчета упрощенными формулами, которые приводятся ниже.
      Для расчета предварительно необходимо определить, исходя из заданных условий величины напряжений и сил токов для каждой из обмоток. Сначала подсчитывается мощность каждой из вторичных (повышающих, понижающих) обмоток:
Мощности вторичных обмоток
где Р2, Р3, Р4 - мощности (Вт), отдаваемые обмотками трансформатора;
I2, I3, I4 - силы токов (А);
U2, U3, U4 - напряжения (В) этих обмоток.
      Для определения общей мощности Р трансформатора все мощности, полученные для отдельных обмоток, складываются и общая сумма умножается на коэффициент 1,25, учитывающий потери в трансформаторе:
Общая мощность трансформатора
где Р - общая мощность (Вт), потребляемая всем трансформатором.
      По мощности Р подсчитывается сечение сердечника (в кв.см):
Сечение сердечника трансформатора
      Далее определяется число витков n0 приходящиеся на 1 вольт напряжения:
Число витков на 1 вольт
      После этого переходят к определению числа витков каждой из обмоток. Для первичной сетевой обмотки число витков, учитывая потери напряжения, будет равно:
Число витков первичной обмотки
      Для остальных обмоток с учетом потерь напряжения числа витков равны:
Числа витков вторичных обмоток
      Диаметр провода любой обмотки трансформатора можно определить по формуле:
Диаметр провода обмотки трансформатора
где I — сила тока (A), проходящего через данную обмотку; d — диаметр провода (по меди) в мм.
      Сила тока, проходящего через первичную (сетевую) обмотку, определяется из обшей мощности трансформатора Р:
Сила тока первичной обмотки
      Остается еще выбрать типоразмер пластин для сердечника. Для этого необходимо подсчитать площадь, которую занимает вся обмотка в окне сердечника трансформатора:
Площадь окна сердечника трансформатора
где Sм - площадь (в кв. мм), занимаемая всеми обмотками в окне;
d1, d2, d3 и d4 - диаметры проводов обмоток (в мм);
n1, n2, n3 и n4 — числа витков этих обмоток.
      Этой формулой учитывается толщина изоляции проводов, неравномерность намотки, а также место, занимаемое каркасом в окне сердечника.
Типоразмер сердечника      По полученной величине Sм выбирается типоразмер пластины с таким расчетом, чтобы обмотка свободно разместилась в окне выбранной пластины. Выбирать пластины с окном, значительно большим, чем это необходимо, не следует, так как при этом ухудшаются общие качества трансформатора.
      Наконец определяют толщину набора сердечника - величину b, которую подсчитывают по формуле:
Толщина сердечника трансформатора
      Здесь размер a – ширина среднего лепестка пластины (рис.3) и b в миллиметрах; Q - в кв. см.
      Расчёт простой, самым сложным является поиск сердечника с необходимым типоразмером.


Быстрая переделка силового трансформатора лампового телевизора

      Нынче полупроводниковые телевизоры с их импульсными блоками питания навсегда вытеснили тяжёлые и громоздкие ламповые телевизоры, однако у многих «Плюшкиных» они ещё в большом количестве пылятся в гаражах и сараях. Поэтому, нет никакой сложности, найти от такого телевизора силовой трансформатор. Переделка такого трансформатора под ваши потребности элементарна.

Силовой спиральный трансформатор      Мощности таких трансформаторов бывают от 80 до 350 Ватт, всё определялось телевизором. В чёрно-белом телевизоре трансформатор – слабее, а в цветном – мощнее. Конструкция трансформатора – двухкаркасная на О-образном спиральном сердечнике. Сердечник трансформатора состоит из двух подковообразных половин, входящих внутрь катушек трансформатора. На обеих катушках намотаны одинаковые обмотки, с одинаковым количеством витков. Как правило, на катушках имеется табличка, на которой расписаны сетевые и все выходные обмотки с номерами выводов, напряжений и токов.

      Вы можете использовать уже имеющиеся обмотки, с подходящим для Вас напряжением, а можете смотать вторичные обмотки и намотать новые, тем самым использовать полную мощность трансформатора. Удобство заключается в лёгкой разборке-сборке, расчётах новых обмоток. На катушках сначала намотаны первичные обмотки, потом стоит экранирующая фольга, а потом намотаны вторичные обмотки. Поэтому, при сматывании не нужных обмоток, Вы не допустите ошибку, смотав первичную обмотку.

      Разбирается трансформатор обыкновенным гаечным ключом на 10 или на 12. Для этого необходимо открутить всего две гайки стягивающие скобы трансформатора, после чего, половины сердечника свободно вынимаются из катушек.

      Перед разборкой катушек, внимательно изучите табличку, найдите в ней обмотку на наименьшее напряжение, а при сматывании этой обмотки посчитайте количество витков. Поделив подсчитанное количество витков на напряжение, значащееся в табличке, Вы узнаете количество витков вторичной обмотки трансформатора, приходящееся на один вольт. Умножив это число на то напряжение, которое хотите получить на выходе трансформатора, Вы узнаете количество витков, которое необходимо будет намотать.

      Мотать можете другим проводом, а можете и тем, который смотали с трансформатора. Мотать надо виток к витку. Для получения достаточного выходного тока, можно мотать обмотки проводом, сложенным вдвое, втрое и даже вчетверо, а можете намотать несколько обмоток с одинаковым количеством витков, а потом, после сборки трансформатора, спаять их параллельно.

      Слои обмоток в трансформаторе проложены трансформаторной бумагой, пропитанной парафином, при сматывании витков, снимайте её аккуратно, не рвите. При намотке используйте эту бумагу снова.

      Трансформаторы от ламповых телевизоров – это «сила», главное ума много не надо. С их использованием получаются отличные зарядные устройства, мощные блоки питания, как в составе конструируемых аппаратов, так и используемые самостоятельно.


                                         
Книги, программы и видеоматериал для бесплатного скачивания

Популярное на сайте

Радиоволны, их распространение
•    •    •
Лучшее зарядное устройство любых АКБ
•    •    •
Зарядка мобильника от пальчиковой батарейки
•    •    •
Измеритель толщины лакокрасочных покрытий авто
•    •    •
Водородный генератор Мэйера
•    •    •
Делитель напряжения

Яндекс.Метрика

Сайт создан в 2011 г. © Все права на материалы сайта, принадлежат Meanders.
Копирование материалов сайта и размещение на других интернет-ресурсах запрешено. Пишите мне на E-mail: meanders@mail.ru