- Що таке трансформатор
- Конструкція силового трансформатора
- Розрахунок силового трансформатора
- Швидка переробка силового трансформатора лампового телевізора
У даній статті ви дізнаєтеся що таке трансформатор. Покажемо конструкцію силового трансформатора.
Що таке трансформатор
Трансформатор - пристрій, в якому змінний струм однієї напруги перетворюється в змінний струм іншої напруги. При цьому перетворенні напруги одночасно завжди відбувається також перетворення сили струму: якщо трансформатор підвищує напругу, то сила струму при цьому зменшується.
Трансформатор являє собою сталевий сердечник з двома котушками, що мають обмотки. Одна з обмоток називається первинною, інша - вторинною. При проходженні змінного струму по первинній обмотці в осерді з'являється змінний магнітний потік, який збуджує ЕРС у вторинній обмотці. Сила струму у вторинній обмотці, що не приєднаної до ланцюга, яка споживає енергію, дорівнює нулю. Якщо ланцюг приєднана і відбувається споживання електроенергії, то відповідно до закону збереження енергії сила струму в первинній обмотці пропорційно зростає. Таким чином, і відбувається перетворення і розподіл електричної енергії.
Схематичне пристрій трансформатора показано на малюнку.
На загальному сердечнику (зазвичай з трансформаторної сталі) розташовані дві обмотки. За однією з обмоток I, званої первинної, під дією змінної напруги U1 проходить змінний струм I1. Цей струм створює в осерді змінний магнітний потік, що змінюється за своєю величиною і напрямком відповідно до змін струму I1. Змінний магнітний потік пронизує витки другої обмотки II, званої вторинної обмоткою, і індукує в кожному з її витоків певну змінну ЕРС. Так як всі витки обмотки II з'єднані послідовно, то окремі ЕРС кожного витка складаються, а на кінцях вторинної обмотки виходить сумарна ЕРС, також змінна за величиною і напрямком.
Зазвичай трансформатори конструюються так, що падіння напруги у вторинній обмотці невелика (близько 2 - 5%); тому з відомим припущенням можна прийняти, що на кінцях вторинної обмотки напруга U2 одно її ЕРС. Ця напруга U2 буде в стільки разів більше (або менше) напруги первинної обмотки U1, у скільки разів число витків n2 вторинної обмотки більше або менше) числа витків n1 первинної.
Струм у вторинній обмотці I2 навпаки, буде в стільки разів менше (або більше) струму первинної обмотки I1, у скільки разів число витків n2 вторинної обмотки більше або менше) числа витків n1 первинної.
Ставлення числа витків живиться від мережі обмотки до числа витків інший обмотки або одного напруги (первинного) до іншого (вторинного) називається коефіцієнтом трансформації і позначається буквою К:
Часто коефіцієнт трансформації виражається співвідношенням двох чисел, наприклад 1:55, що показує, що число витків первинної обмотки в 55 разів менше числа витків вторинної.
Конструкція силового трансформатора
Сердечники силових трансформаторів бувають: Ш-подібний (рис) у якого магнітний потік розгалужується на дві гілки, і П-подібний (рис) з нерозгалуженим магнітним потоком. Перший вид сердечників, званий броньовим, застосовується більш часто, ніж другий - стрижневий. Ще буває третій тип силового трансформатора - спіральний (або стрічковий), який є різновидом перших двох.
Для зменшення втрат в осерді, останній робиться не суцільним, а з окремих тонких листів стали, обклеєних папером або покритих ізолюючим лаком. Товщина пластин становить від 0,25 до 0,5 мм, найчастіше 0,3 - 0,35 мм.
В даний час пакети пластин для трансформаторів малої та середньої потужності (до 200 Ватт) збираються в основному з двох типів пластин (рис): Ш-образних і прямих (накладок). Застосування прямих пластин (накладок) дає можливість робити у деяких трансформаторів (наприклад, у вихідних) повітряний зазор в осерді.
Збірка пластин проводиться одним з двох способів. При одному способі - встик - збираються окремо дві частини сердечника, які потім прикладаються один до одного (рис) і стягуються болтами і накладками. При іншому способі - вперекришку - пластини накладаються один на одного в порядку, зазначеному на малюнку.
Сердечник трансформатора повинен бути міцно стягнутий, в іншому випадку при роботі трансформатора сердечник буде гудіти. Хоча гудіння і не робить істотного впливу на роботу трансформатора, але воно неприємно діє на слух. Обмотки трансформатора розташовуються на каркасі, який одягається на сердечник. Каркас, як правило виготовляється з картону, або прессшпана.
При використанні Ш-образного сердечника все обмотки трансформатора розміщуються на одному каркасі, надягають на середній стрижень сердечника. При П-подібному сердечнику обмотка розташовується або на одному або на двох каркасах, що надягають відповідно на один або обидва стержня сердечника.
У трансформаторах найбільш часто застосовується циліндрична намотування: на каркас спершу намотується первинна обмотка, на яку для ізоляції укладається кілька шарів паперу, а потім поверх цієї ізоляції намотується вторинна обмотка. Якщо таких вторинних обмоток буде кілька, то між кожними двома обмотками прокладається ізоляція з 2 - 3 шарів паперу. При великому числі витків в обмотці, наприклад при підвищує намотуванні, через кожні 2 - 3 шари слід обов'язково прокладати паперові ізолюючі прокладки.
Розрахунок силового трансформатора
Точний розрахунок трансформатора досить складний, але радіоаматор може сконструювати силовий трансформатор, користуючись для розрахунку спрощеними формулами, які наводяться нижче.
Для розрахунку попередньо необхідно визначити, виходячи із заданих умов величини напруг і сил струмів для кожної з обмоток. Спочатку підраховується потужність кожної з вторинних (підвищують, знижувальних) обмоток:
де Р2, Р3, Р4 - потужності (Вт), що віддаються обмотками трансформатора;
I2, I3, I4 - сили струмів (А);
U2, U3, U4 - напруги (В) цих обмоток.
Для визначення загальної потужності Р трансформатора все потужності, отримані для окремих обмоток, складаються і загальна сума множиться на коефіцієнт 1,25, що враховує втрати в трансформаторі:
де Р - загальна потужність (Вт), споживана всім трансформатором.
За потужністю Р підраховується перетин сердечника (в кв.см):
Далі визначається число витків n0 припадають на 1 вольт напруги:
Після цього переходять до визначення числа витків кожної з обмоток. Для первинної мережевої обмотки число витків, враховуючи втрати напруги, дорівнюватиме:
Для інших обмоток з урахуванням втрат напруги числа витків рівні:
Діаметр дроту будь обмотки трансформатора можна визначити за формулою:
де I - сила струму (A), що проходить через дану обмотку; d - діаметр проводу (по міді) в мм.
Сила струму, що проходить через первинну (мережеву) обмотку, визначається з загальної потужності трансформатора Р:
Залишається ще вибрати типорозмір пластин для сердечника. Для цього необхідно підрахувати площу, яку займає вся обмотка у вікні сердечника трансформатора:
де S м - площа (в кв. мм), яку займає усіма обмотками в вікні;
d1, d2, d3 і d4 - діаметри проводів обмоток (в мм);
n1, n2, n3 і n4 - числа витків цих обмоток.
Цією формулою враховується товщина ізоляції проводів, нерівномірність намотування, а також місце, займане каркасом у вікні сердечника.
За отриманою величиною S м вибирається типорозмір пластини з таким розрахунком, щоб обмотка вільно розмістилася в вікні обраної пластини. Вибирати пластини з вікном, значно більшим, ніж це необхідно, не слід, так як при цьому погіршуються загальні якості трансформатора.
Нарешті визначають товщину набору сердечника - величину b, яку підраховують за формулою:
Тут розмір a - ширина середнього пелюстки пластини (рис.3) і b в міліметрах; Q - в кв. см.
Розрахунок простий, найскладнішим є пошук сердечника з необхідним типорозміром.
Швидка переробка силового трансформатора лампового телевізора
Нині напівпровідникові телевізори з їх імпульсними блоками живлення назавжди витіснили важкі і громіздкі лампові телевізори, однак у багатьох «Плюшкіна» вони ще у великій кількості припадають пилом в гаражах і сараях. Тому, немає ніякої складності, знайти від такого телевізора силовий трансформатор. Переробка такого трансформатора під ваші потреби елементарна.
Потужності таких трансформаторів бувають від 80 до 350 Ватт, все визначалося телевізором. У чорно-білому телевізорі трансформатор - слабше, а в кольоровому - могутніше. Конструкція трансформатора - двухкаркасная на О-образному спіральному сердечнику. Сердечник трансформатора складається з двох підковоподібних половин, що входять всередину котушок трансформатора. На обох котушках намотані однакові обмотки, з однаковою кількістю витків. Як правило, на котушках є табличка, на якій розписані мережеві і всі вихідні обмотки з номерами висновків, напруг і струмів.
Ви можете використовувати вже наявні обмотки, з відповідним для Вас напругою, а можете змотати вторинні обмотки і намотати нові, тим самим використовувати повну потужність трансформатора. Зручність полягає в легкій розбиранні-складання, розрахунках нових обмоток. На котушках спочатку намотані первинні обмотки, потім варто екрануюча фольга, а потім намотані вторинні обмотки. Тому, при змотуванні не потрібних обмоток, Ви не допустите помилку, змотавши первинну обмотку.
Розбирається трансформатор звичайним гайковим ключем на 10 або на 12. Для цього необхідно відкрутити всього дві гайки стягують скоби трансформатора, після чого, половини сердечника вільно виймаються з котушок.
Перед розбиранням котушок, уважно вивчіть табличку, знайдіть в ній обмотку на найменше напруження, а при змотуванні цієї обмотки порахуйте кількість витків. Поділивши підрахована кількість витків на напругу, що означає в табличці, Ви дізнаєтеся кількість витків вторинної обмотки трансформатора, що припадає на один вольт. Помноживши це число на ту напругу, яка хочете отримати на виході трансформатора, Ви дізнаєтеся кількість витків, яке необхідно буде намотати.
Мотати можете іншим проводом, а можете і тим, який змотали з трансформатора. Мотати треба виток до витка. Для отримання достатнього вихідного струму, можна мотати обмотки проводом, складеним удвічі, втричі і навіть вчетверо, а можете намотати кілька обмоток з однаковою кількістю витків, а потім, після складання трансформатора, спаяти їх паралельно.
Шари обмоток в трансформаторі прокладені трансформаторної папером, просоченою парафіном, при змотуванні витків, знімайте її акуратно, не рвіть. При намотуванні використовуйте цей папір знову.
Трансформатори від лампових телевізорів - це «сила», головне розуму багато не треба. З їх використанням виходять відмінні зарядні пристрої, потужні блоки живлення, як в складі конструюються апаратів, так і використовувані самостійно.