Један од најчешће коришћених уређаја у областима енергетике, електронике и радио-инжењерства је трансформатор. Често поузданост уређаја у целини зависи од његових параметара. Догађа се да када трансформатор не успије или ако дође до неовисне производње радио уређаја, није могуће пронаћи уређај са потребним параметрима за серијску производњу. Због тога је потребно извршити прорачун трансформатора и његову производњу самостално.
Принцип рада уређаја
Трансформатор је електрични уређај дизајниран за пренос енергије без промене облика и фреквенције. Користећи феномен електромагнетске индукције у свом раду, уређај се користи за претварање наизменичног сигнала или стварање галванске изолације. Сваки трансформатор састављен је из следећих структуралних елемената :
- језгро;
- намота;
- оквир за локацију намотаја;
- изолатор;
- додатни елементи који осигуравају крутост уређаја.
Принцип рада било којег трансформаторског уређаја заснован је на ефекту појаве магнетног поља око проводника са којим струја пролази кроз струју. Такво се поље дешава и око магнета. Струја је усмерени ток електрона или јона (наелектрисања). Узимањем жичног проводника и намотавањем на завојницу и повезивањем потенцијалног мерног уређаја на његове крајеве може се уочити пораст амплитуде напона када се намотај постави у магнетно поље. Ово сугерише да када магнетно поље делује на завојницу са намотаним проводником, добија се извор енергије или његов претварач.
У трансформаторском уређају такав се калем назива примарни или главни . Дизајниран је да створи магнетно поље. Треба напоменути да такво поље мора увек да мења смер и величину, односно да буде променљиво.
Класични трансформатор састоји се од два намотаја и магнетног круга који их повезује. Када се на контакте примарне завојнице примени наизменични сигнал, резултирајући магнетни ток кроз магнетни круг (језгро) преноси се на други намот. Дакле, завојнице су повезане магнетним линијама силе. Према правилу електромагнетне индукције, када се магнетно поље мења, у завојници се индукује променљива електромоторна сила (ЕМФ). Стога се самоиндуктивни ЕМФ јавља у примарном завојницом, а међусобна индукција у секундарном ЕМФ.
Број окретаја намотаја одређује амплитуду сигнала, а пречник жице је највећа јачина струје. Ако су завојнице једнаке на завојницама, ниво улазног сигнала биће једнак излазном. У случају да секундарна завојница има три пута више окретаја, амплитуда излазног сигнала биће три пута већа од улаза - и обрнуто.
Загријавање цијелог уређаја овиси о пресјеку жице која се користи у трансформатору. Исправни одељак је могуће одабрати помоћу посебних таблица из директорија, али је лакше користити мрежни калкулатор трансформатора.
Однос укупног магнетног тока и флукса једне завојнице поставља снагу магнетне спојнице. Да би га повећали, намоти намотаја се постављају у затворени магнетни круг. Направљен је од материјала који имају добру електромагнетну проводљивост, на пример ферита, алсифера, карбонилног гвожђа. Тако у трансформатору настају три круга: електрични - који настаје током струје у примарној завојници, електромагнетни - који ствара магнетни ток, и други електрични - повезан је са појавом струје у секундарном намотају када се на њега прикључи оптерећење.
Исправан рад трансформатора такође зависи од фреквенције сигнала . Што је већи, то је мање губитака током преноса енергије. А то значи да величина магнетног круга зависи од његове вредности: што је већа фреквенција, то је мањи уређај. На основу овог принципа граде се импулсни претварачи, чија је израда повезана с потешкоћама у развоју, па се за прорачун трансформатора дуж језгреног дела често користи калкулатор, који помаже да се реши грешака у ручном прорачуну.
Врсте језгара
Трансформатори се међусобно разликују не само по обиму, техничким карактеристикама и величинама, већ и по врсти магнетног круга. Веома важан параметар који утиче на јачину магнетног поља, поред односа обртаја, је и величина језгре. Способност засићења зависи од његове вредности. Ефекат засићења настаје када, са повећањем струје у завојници, јачина магнетног флукса остане непромењена, тј. Снага се не мења.
Да бисте спречили појаву ефекта засићења, потребно је правилно израчунати запремину и попречни пресек језгре, чија величина зависи од снаге трансформатора. Стога, што је већа снага трансформатора, то би већа требала бити његова језгра.
Јединица је по дизајну подељена у три главне врсте:
- стожерни;
- оклопна;
- тороидал.
Језгрено магнетно језгро је дизајна у облику слова У или В. Састављен је из шипки које су повучене јармом. За заштиту завојница од утицаја спољних електромагнетних сила користе се оклопна магнетна језгра. Њихов јарам је смештен са спољашње стране и затвара штап завојницом. Тороидни изглед је направљен од металних трака. Овакве језгре су, због свог дизајна прстена, економски најисплативије.
Познавајући облик језгре, лако је израчунати снагу трансформатора. Проналази се једноставном формулом: П = (С / К) * (С / К), где:
- С је површина попречног пресека језгре.
- К је константни коефицијент једнак 1, 33.
Подручје језгре зависи од његове врсте, његова мерна јединица је центиметар у квадрату. Резултат се мери у ватима. Али у пракси је често потребно израчунати пресјек језгре према потребној снази трансформатора: Сс = 1, 2√П, цм2. На основу формула можемо потврдити закључак: што је већа снага производа, то ће језгра бити већа за димензију.
Типично израчунавање параметара
Доста често радиоаматери користе поједностављену технику приликом израчунавања трансформатора. Омогућава вам да извршите израчуне код куће без употребе вредности које је тешко пронаћи. Али лакше је користити мрежни калкулатор, спреман за израчунавање трансформатора. Да бисте користили такав калкулатор, мораћете да знате неке податке, наиме:
- напон примарног и секундарног намота;
- укупне димензије језгре;
- дебљина плоче
Након што их унесете, морат ћете кликнути на дугме „Израчунати“ или слично у називу и сачекати резултат.
Цоре Типе
У недостатку могућности израчуна на калкулатору, самостално извести такву операцију је једноставно и ручно. Да бисте то учинили, морате одредити напон на излазу секундарног намотаја У2 и потребну снагу По. Прорачун је следећи:
Струја оптерећења се израчунава: Ин = По / У2, А.- Израчунава се вредност секундарне струје: И2 = 1, 5 * Ин, А.
- Снага секундарног намота је одређена: П2 = У2 * И2, В.
- Укупна снага уређаја је пронађена: ПТ = 1, 25 * П2, В.
- Примарна струја се израчунава: И1 = ПТ / У1, А.
- Пронађен је потребан пресек магнетног круга: С = 1, 3 * √ Пт, цм².
Треба напоменути да ако је направљен уређај са више терминала у секундарном намоту, онда се у четвртом ставку збрајају све снаге и њихов резултат се замењује уместо П2.
Након завршетка прве фазе, пређите на следећу фазу израчуна. Број окрета у примарном намоту проналазимо формулом: К1 = 50 * У1 / С. А број окрета секундарног намотаја одређује се изразом К2 = 55 * У2 / С, где:
- У1 - напон примарног намотаја, В.
- С - површина језгре, цм².
- К1, К2 - број обртаја у намотима, ком.
Остаје да се израчуна пречник намотане жице. Она је једнака Д = 0, 632 * √ И, где:
- д - пречник жице, мм.
- И - струја намотаја израчунате завојнице, А.
Приликом одабира магнетног круга треба водити рачуна о односу 1 до 2 ширине језгре и њеној дебљини. На крају израчуна врши се провјера заузетости, тј. Хоће ли се наматање уклопити у оквир. За то се површина прозора израчунава по формули: Дакле = 50 * Пт, мм2.
Значајке аутотрансформатора
Аутотрансформатори се израчунавају слично као код једноставних трансформатора, само језгра није одређена за сву снагу, већ за снагу разлике напона.
На пример, снага магнетног круга је 250 В, на улазу 220 волти, за излаз је потребно 240 волти. Разлика напона је 20 В, а снаге 250 В струја ће бити 12, 5 А. Ова вредност струје одговара снази од 12, 5 * 240 = 3000 вата. Тренутна потрошња је 12, 5 + 250/220 = 13, 64А, што тачно одговара 3000В = 220В * 13, 64А. Трансформатор има један намот од 240 В са славином од 220 В, која је повезана на мрежу. Одсек између излаза и излаза намотан је жицом чија је вредност 12, 5А.
Дакле, аутотрансформатор вам омогућава да добијете много више снаге на излазу него трансформатор на истој језгри са малим коефицијентом преноса.
Тороидни трансформатор
Тороидни трансформатори имају неколико предности у поређењу с другим типовима: мању величину, мању тежину и истовремено већу ефикасност. У исто време, они се лако ране и враћају назад. Употреба мрежног калкулатора за израчунавање тороидног трансформатора омогућава не само да смањи време израде производа, већ и да експериментирате у покрету са различитим улазним подацима. Као такви подаци се користе:
- напон улазног намотаја, В;
- напон излазног намотаја, В;
- излазна струја намотаја, А;
- спољни пречник торуса, мм;
- унутрашњи пречник торуса, мм;
- висина тора, мм.
Треба напоменути да скоро сви мрежни програми не показују посебну тачност у случају израчунавања импулских трансформатора. Да бисте постигли високу тачност, можете да користите посебно развијене програме, на пример, Лите-ЦалцИТ или да ручно израчунате. За независно израчунавање користе се следеће формуле:
- Излазна снага намотаја: П2 = И2 * У2, В.
- Укупна снага: Пг = П2 / К, В. Где је К коефицијент узет из директорија (0, 76−0, 96).
- Стварни пресек „гвожђа“ на месту завојнице: Сцх = ((Дд) * х) / 2, мм2.
- Израчунати пресек „гвожђа“ на месту завојнице: Св = √Пк / 1, 2, мм2
- Површина прозора Торуса: Сфх = д * с * π / 4, мм2.
- Вредност радне струје улазног намотаја: И1 = П2 / (У1 * К * цосφ), А, где је цосφ референтна вредност (од 0, 85 до 0, 94).
- Пресјек жице налази се одвојено за свако навијање из израза: Сп = И / Ј, мм2., Где је Ј густоћа струје узета из директорија (од 3 до 5).
- Број навоја у намотима израчунава се одвојено за сваку завојницу: Вн = 45 * Ун * (1-И / 100) / Бм * Сцх пцс, где је И табеларна вредност, што зависи од укупне снаге излазних намотаја.
- Остаје пронаћи излазну снагу и израчунавање тороидног трансформатора сматра се завршеним. Поут = Бм * Ј * Кок * Кцт * Сцх * Сфх / 0, 901, где је: Бм магнетна индукција, Кок је фактор пуњења жицом, Кцт је фактор пуњења гвожђем.
Све вредности коефицијената узимају се из именика радио опреме (ЦЕА). Стога није тешко извршити прорачуне у ручном режиму, али бит ће потребна тачност и приступ референтним подацима, па је много лакше користити интернетске услуге.
Препоруке за монтажу и навијање
Када састављате трансформатор властитим рукама, плоче језгра састављају се "преклапају се". Магнетни круг спаја се помоћу матица или матица. Да не би провалили изолацију, шипке су затворене диелектриком. Потребно је затегнути „пеглу“ напором: ако то није довољно током рада уређаја, доћи ће до звука.
Проводници су намотани на завојницу чврсто и равномерно, сваки наредни ред је изолован од претходног танким папиром или филмом дакрона. Последњи ред је омотан кипер траком или лаком. Ако се током процеса намотавања изводи славина, онда се жица пукне, а славина је лемљена до празнине. Ово место је пажљиво изоловано. Крајеви намотаја су фиксирани помоћу навоја који везују жице на површини језгре.
Постоји трик: након примарног намотавања не бисте смели да одвојите целокупно секундарно навијање одједном. Након навијања 10-20 окрета, потребно је измерити јачину напона на његовим крајевима.
На основу добијене вредности може се замислити колико је завоја потребно да би се добила жељена амплитуда излазног напона, а на тај начин се контролише прорачун добијен приликом састављања трансформатора.