» »

Ш образный сердечник трансформатора. П-образный сварочный трансформатор


Как намотать трансформатор?

В современных броневых и стержневых трансформаторах обмотки наматываются на жёсткий каркас. Поэтому, для закрепления каркаса, можно воспользоваться вот такими щёчками. Одну из щёчек нужно жёстко закрепить на шпильке двумя гайками, чтобы каркас вместе со щёчками при намотке не прокручивался относительно шпильки.


Вторая щёчка будет просто удерживать каркас.


Если же Вам попадётся какой-нибудь старинный трансформатор с картонным каркасом, то придётся выпилить деревянную бобышку размером чуть шире сечения магнитопровода, чтобы при намотке каркас не деформировался вместе с обмотками.


Длина бобышки должна быть равной или чуть больше высоты каркаса.


Каркас вместе с бобышкой можно прикрутить к шпильке подобным образом.


Я использую для перемотки трансформаторов вот такое нехитрое приспособление, которое с натяжкой можно назвать намоточным станком. В одни тиски зажимаю ручную дрель, а в другие счётчик оборотов.


Катушку с проводом закрепляю вот на таком мобильном устройстве, которое обычно стоит на полу, как раз под тем местом, где находится каркас.


Обмотки кольцевых трансформаторов можно намотать при помощи челнока. При мощности более 100 Ватт, число витков вторичной обмотки понижающего трансформатора столь мало, что намотка не вызывает серьёзных затруднений даже в отсутствие челнока.


Быстро изготовить челнок под любые размеры сердечника и диаметр провода можно из медной проволоки подходящего диаметра. Чем толще обмоточный провод, тем соответственно толще нужно выбирать и проволоку для челнока.


Большинство трансформаторов малой мощности выполняется на магнитопроводах двух типов, броневом - собранном из Ш-образных пластин и стержневом - собранном из П-образных, Г-образных и прямоугольных пластин. Пластины штампуются из листовой стали толщиной 0,35 и 0,5 мм соответствующей конфигурации.
У броневых трансформаторов (рисунок 3) средний стержень является основным, на нем помещается обмотка (обычно на каркасе). Пластины собираются вперекрышку, так чтобы зазоры в пластинах располагались поочередно с разных сторон обмотки. У пластин, показанных на рисунке 3,а, перемычка (замыкающая сторона) является отдельной деталью. У пластин, приведенных на рисунке 3,б и в, перемычка составляет одно целое с основной пластиной. Сборка всех пластин стержневого магнитопровода производится вперекрышку.

а-в - броневые Ш-образные: г-е - стержневые: П-образный, Г-образный, наборный из прямоугольных пластин; ст - стыки в магнитопроводе Рисунок - Пластины стали для магнитопроводов
Рассмотрим соотношение размеров магнитопровода. Основными размерами являются: ширина основного стержня А и толщина пакета магнитопровода В (на рисунке 3 не показан). Их произведение АВ=Sс - сечение стали магнитопровода. Ширина окна магнитопровода В, его длина D - сечение окна магнитопровода: BD=Sо.
Приведем ориентировочные соотношения остальных размеров магнитопровода. Толщину пакета обычно принимают В=(1-2)А. Для Ш-образных пластин ширина крайних стержней (и перемычек) принимается С=(0,5-0,6)А. Для стержневых магнитопроводов ширину окна для однокатушечных трансформаторов принимают В= (1-1,5)А, для двухкатушечных В= (1,5-2,5)А. Длину окна принимают D= (2-3)А. Надо иметь в виду, что эти соотношения в ряде случаев могут значительно отличаться от приведенных.
Выше было показано влияние стыков магнитопровода на сопротивление магнитного пути. Рассмотрим Ш-образные пластины. Чаще всего применяются пластины, показанные на рисунке 3,а, реже - на рисунке 3,б. Пластины, показанные на рисунке 3,в, раньше встречались часто, но в последнее время применяются редко. Магнитопровод, собранный на пластинах, приведенных на рисунках 3,б и в, имеет по два стыка на пути магнитного потока; магнитопровод, собранный на пластинах, показанных на рисунке 3,а имеет четыре стыка. При ширине крайних стержней, 0,6 среднего индукция в крайних стержнях (и в перемыкающих сторонах) снижена на 20% индукции в основном стержне. Следовательно, если в последнем индукция 1,2 тл, то в крайних стержнях 1 тл. В таком случае сопротивление в стыках с индукцией 1 тл будет примерно в 2 раза меньше сопротивления в стыках с индукцией 1,2 тл (рисунок 2, кривая 2). В магнитопроводе на пластинах, показанных на рисунке 3,б, оба стыка приходятся на участки с индукцией 1,2 тл. Сопротивление стыков не зависит от ширины крайних стержней. В пластинах на рисунке 3,в стыки приходятся на участки с пониженной индукцией. Сопротивление стыков снижается почти вдвое. На пластинах рисунка 3,а из четырех стыков два стыка приходятся на участки с пониженной индукцией. Сопротивление меньше, чем при ширине крайних стержней, равных 0,5 ширины среднего стержня, но больше, чем на пластинах рисунка 3,б, и значительно больше, чем на пластинах рисунка 3,в. Но и при ширине крайних стержней 0,5 среднего пластины рисунка 3,в имеют преимущество против пластин рисунка 4,б в более простой сборке и возможности применения каркаса нормальной длины.
Стержневые магнитопроводы (рисунок 3,г, д) имеют четыре стыка. Оба стержня выполняются обычно одинаковой ширины независимо от того, являются один или оба рабочими (имеющими обмотку). В отношении их остается в силе то, что сказано о Ш-образных пластинах. Магнитопровод из прямоугольных пластин (рисунок 4,е) имеет настолько большой ток намагничивания, что не может быть рекомендован даже для трансформаторов мощностью 1-2 кВ*А.
Следует указать на большую зависимость тока намагничивания от качества штамповки и сборки пластин. Как сказано выше, часть потока в месте стыка проходит непосредственно через зазор. При невысоком качестве штамповки и наличия заусениц, а также при некачественной сборке зазор может увеличиться, что приведет к увеличению тока намагничивания. Особенно некачественная штамповка сказывается на сборке пластин по рисунку 3,б. Так как стыки приходятся на концы гильзы каркаса, то в этих местах получается вздутие, снижающее плотность сборки пакета.

а - Ш-образные; б - П-образные Пунктиром указаны нижние пластины Рисунок 4 - Пластины стали с уширенными основаниями
Рассмотрим магнитопровод, собранный на Ш-образных пластинах, изображенных на рисунке 4,а. Эти пластины от ранее приведенных отличаются отсутствием верхней замыкающей пластины. Нижняя перемычка выполняется той же ширины, что и средний стержень. Собираются пластины вперекрышку. Сверху и снизу с торца получается решетка с продольными просветами. Сечение стали по всему магнитопроводу получается одинаковым, кроме углов, где сечение вдвое больше. Переход потока в поперечные пластины происходит по плоскости соприкосновения пластин, которая составляет для магнитного потока величину А 2 (n -1), где n - число пластин в пакете.
Если в пластинах по рисунку 3 переход потока в соседние пластины создавал участки повышенного сопротивления, то в магнитопроводе на пластинах по рисунку 4 индукция на участках перехода потока почти в 2 раза ниже индукции в стержнях, поэтому переход потока в соседние пластины не приводит к увеличению тока намагничивания. Аналогично выполняются и стержневые трансформаторы. При этом перемыкающие стороны должны иметь ширину, равную двойной ширине стержня, т. е. 2А. Площадь соприкосновения увеличивается по сравнению с Ш-образными магнитопроводами до величины 2А 2 (n-1).
Следует сказать, что пластины такой конфигурации применялись в отдельных редких случаях уже давно. Но их применение определялось стабильностью магнитопровода и постоянством тока намагничивания, практически не зависящего от качества штамповки и сборки, чем эти пластины выгодно отличаются от пластин по рисунку 3. Кроме того, значительно упрощается сборка магнитопровода.
Но преимущества магнитных характеристик этой конфигурации оставались долгое время без внимания. Конечно, когда при пластинах по рисунку 3 необходимо снижать индукцию на 20-25%, а для малых трансформаторов на 40-50% так, чтобы индукция в стыках в сквозных пластинах не превышала допустимую, характер изменения тока намагничивания остается также неизменным. Трансформатор работает удовлетворительно, по сталь используется неполноценно.

Сплавы пермаллоя

Только после появления листовых магнитных материалов с очень малыми потерями (с узкой петлей гистерезиса), с резким переходом характеристики в область насыщения начали внедряться различные устройства автоматики, магнитные преобразователи, магнитные усилители, импульсные схемы и другие устройства; при этом выявилась полная непригодность магнитопроводов, имеющих стыки на пути магнитного потока.
Для выяснения возможности использования новых магнитных материалов не только в виде торроидов, но и с применением пластин стали, более удобной по технологии, проводились испытания и в России, и за рубежом. Испытания проводились на различных сталях с разными конфигурациями пластин. Выводы по испытаниям, проводимым независимо разными авторами, совпали. Торроиды для новых магнитных материалов во многих случаях оказалось возможным заменить магнитопроводами из пластин.
Листовыми материалами с очень высокой начальной проницаемостью и очень малыми потерями являются сплавы пермаллоя. Эти сплавы содержат от 40 до 80% никеля, до 10% легирующих металлов (в некоторых сплавах они отсутствуют), остальное железо. В наименование марки некоторых сплавов входит его состав, например: Н50 (никель 50%, остальное железо), Н79М5 (никель 79%, молибден 5%, остальное железо). Основным качеством сплавов (помимо высокой начальной проницаемости и малых потерь) является высокая линейность начальной части характеристики, резкий переход в насыщенную часть и малая зависимость этой части характеристики от напряженности.
Если для обычной электротехнической стали применение магнитопровода со стыками лишь снижает качество магнитопровода, то при применении таких магнитных материалов, как пермаллой, последний теряет свои основные качества, необходимые для высокоэффективных магнитных преобразователей.
То обстоятельство, что для пермаллоевых сплавов непригодность устаревшей конфигурации пластин магнитопровода была очевидна, способствовало широкому внедрению для этих материалов новой конфигурации пластин.

Трансформатор является одним из самых важных компонентов, после ламп в конструкции Hi - End усилителя. Все трансформаторы, применяемые в усилителях звука можно разделить на следующие типы:
- по назначению;
- по конструктивным особенностям;
- по технологической принадлежности.

По назначению трансформаторы делятся на «Трансформаторы питания» (Сетевые) и «Трансформаторы передачи полезного сигнала» (Звуковые или сигнальные).
По конструктивным особенностям в зависимости от, применяемого сердечника трансформаторы делятся на тороидальные, броневые, стержневые, ленточные.
По технологической принадлежности трансформаторы подразделяются на «Силовые» (Анодные), «Накальные», «Входные», «Переходные» (Промежуточные), «Выходные».

На рисунках 4 – 9, схематически изображены различные конструктивные типы стальных трансформаторных сердечников.

Рис. 1 Броневой наборный сердечник из Ш-образных пластин трансформаторной стали.

Наборные трансформаторные сердечники из листовой стали пользовались огромной популярностью начиная с 30х годов прошлого столетия. В то время другие технологии создания сердечников, в промышленных масштабах, только зарождались, поэтому магнитные и частотные характеристики изменяли химическими добавками в сплавы трансформаторной стали и толщиной стального листа.


Рис. 2

Существовали два классических типа пластин для трансформаторов до 1000 ВА (Вольт - Ампер), Ш - образный тип пластин и Г - образный тип пластин, из которых собирали сердечники.

Трансформатор, в общем случае, состоит из следующих частей:
1) сердечника из магнитного материала с особыми свойствами;
2) изоляционного и конструкционного каркаса;
3) токопроводящих обмоток;
4) крепежных деталей, стягивающих сердечник.

Сердечники трансформаторов для уменьшения потерь на вихревые токи набираются из пластин, штампованных из электротехнической стали или железоникелевых сплавов, или навиваются из полос электротехнической стали. Применяются также сердечники из ферритов (Оксиферов). Из штампованных пластин набираются сердечники двух типов: броневого (рис. 1) и стержневого (рис. 2).

В маломощных трансформаторах чаще применяются броневые сердечники. Размеры типовых броневых сердечников приведены в таблице 1. Для сборки броневых сердечников применяются пластины Ш-образной формы и перемычки к ним (рис. 3).


Рис. 3 Пластины Ш-образной формы с перемычками.

Для устранения зазора между пластинами и перемычками сборка сердечника производится «вперекрышку» (рис. 4).


Рис. 4 Броневой сердечник, собранный по технологии - "Вперекрышку".

В сердечниках трансформаторов, по обмоткам которых протекает постоянный ток (например, выходные трансформаторы однотактных усилительных каскадов), делается немагнитный зазор. В этом случае пластины сердечника собираются в одну сторону. Между пластинами и перемычками помещается прокладка из листового изолирующего материала .
Для уменьшения потерь в сердечнике на вихревые токи пластины покрываются с одной стороны тонким слоем изолирующего лака. Благодаря этому уменьшается нагрев трансформатора.

Пластины сердечника после сборки стягиваются планками или уголками при помощи шпилек с гайками, вставляемых в отверстия в пластинах, либо специальными обжимками. Стяжные планки, уголки или обжимки служат одновременно для крепления трансформатора на шасси. Каркас для броневых или стержневых сердечников (рис. 5), на котором помещаются обмотки, изготавливается обычно из полистирола, гетинакса, текстолита или стеклотекстолита.


Рис. 5 Эскиз каркаса для обмоток трансформатора с броневым или стержневым сердечником.

Выкройки сборных частей каркаса (рис. 6), можно использовать для самостоятельного изготовления трансформаторов. Иногда применяется бескаркасная намотка. При этом намотка производится на картонную гильзу.


Рис. 6

Из полос электротехнической стали навиваются тороидальные сердечники (Рис. 7).


Рис. 7

Неслолько сложнее построен процесс изготовления сердечников ленточного типа: Ш-образного (рис. 8); и ленточного с двумя сердечниками (Рис. 9). Они навиваются с фиксированием всех слоев ленты, затем разрезаются по оси симетрии.


Рис. 8


Рис. 9

Применяя витые сердечники из сталей ЭЗ10, Э320, Э330, можно значительно уменьшить размеры трансформаторов.

Обмотки трансформаторов выполняются из медного провода с эмалевой, или эмалево-шелковой изоляцией.

Принципы изготовления трансформаторов

Остановимся на принципах их изготовления, общих для всех разновидностей, и начнем с материалов для магнитопроводов.

Для выходных трансформаторов низкочастотных каналов (если усилитель двухканальный) лучше всего применять ленточные, О-образные магнитопроводы, что позволяет все обмотки выполнять полностью симметричными (например, две половинки первичной обмотки двухтактного пушпулльного оконечного каскада размещать на двух половинках магнитопровода). Это обеспечивает максимальную идентичность их индуктивностей при строго одинаковом числе витков.

Толщина листов железа должна быть не более 0,35 мм. Использование железа толщиной 0,5 мм для выходных трансформаторов недопустимо.
Если все же используется магнитопровод из сборных пластин, то каждая из них обязательно должна быть отлакирована с обеих сторон (изолирована), чтобы снизить до минимума потери на токи Фуко. То же относится и к пластинам-перемычкам.

Если усилитель двухканальный, то для высокочастотного канала для намотки выходного трансформатора лучше всего использовать ферритовый магнитопровод от выходного трансформатора строчной развертки старых ламповых телевизоров (трансформаторы типа ТВС-110.


Рис. 10

Для питания усилителя проще всего использовать готовый промышленный силовой трансформатор от старых ламповых телевизоров. Для этой цели подходят трансформаторы от телевизоров Темп-6, Темп-6М, Темп-7, Темп-7М, так как их практически не нужно дорабатывать. Имеющуюся на таком трансформаторе обмотку накала кинескопа можно использовать для накала лампы первого (входного) каскада усилителя, общую накальную обмотку - для питания накала (через отдельный выпрямитель) ламп остальных каскадов.

В УЗЧ с выходной мощностью более 40 Вт лучше поставить гото­вый силовой трансформатор от телевизора КВН-49 либо изготовить подобный трансформатор самому по данным, которые можно рассчитать, используя материалы этого сайта.


Рис. 11 Силовой трансформатор ТС-360.

Если же выходная мощность не превышает 20 Вт, вполне подойдут силовые трансформаторы от старых ламповых приемников Минск-55, Минск-Р7, Нева-51, Нева-52, Нева-55, Октябрь, Рига- Т689, которые придется переделать.

Рис. 12

Для гарантии получения высокого качества, особенно при изготовлении Hi-End усилителей с повышенными требованиями по выходной мощности, трансформатор с необходимыми параметрами, необходимо изготовить самостоятельно, опираясь на собственные расчетные результаты.

Наиболее распространенным типом среди сварочных трансформаторов промышленного изготовления являются всевозможные варианты П-образных трансформаторов. Немудрено, что именно этот тип трансформатора встречается наиболее часто и среди самодельных сварочных трансформаторов. Его отличительными особенностями являются хорошие сварочные характеристики и относительная простота в изготовлении. Основные части любого трансформатора - катушки и набор магнитопровода, здесь обычно собираются отдельно друг от друга, что удобно, и лишь в конце объединяются в единую конструкцию. Раздельное изготовление каждой катушки не только упрощает процесс сборки, но и повышает добротность и надежность конструкции, так как в этом случае возможно применить и рационально разместить более жесткие провода большего сечения. Надо отметить, что подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных сварочных трансформаторов.

Чаще всего именно магнитопровод является наиболее дефицитным материалом при изготовлении сварочного трансформатора своими руками. Для самодельных конструкций обычно используются пакеты пластинок трансформаторного железа, снятые с негодных одно- и трехфазных промышленных трансформаторов разного назначения.


Магнитопровод П-образного трансформатора собирается из пластин двух размеров: одинаковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут под плечи катушек, короткие на замыкающие плечи. Хотя и это условие может быть нарушено, магнитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным. Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя заметной может оказаться прибавка в весе. При сборке направление пластин может чередоваться - одна через одну, или же можно чередовать пакетами по три пластины, последнее распространено при промышленной сборке. Хотя при ручной сборке набор пакетами по три не даст ощутимых преимуществ.

Схема изображенная ниже считается схемой силового трансформатора, у которого магнитное рассеивание минимально, - в идеале его внешняя характеристика должна устремляться в сторону жесткой.



Схема силового трансформатора: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Однако в реальной жизни нет ничего идеального. На самом деле такие сварочные трансформаторы сделанные своими руками могут обладать удовлетворительными сварочными характеристиками, благодаря неплотно сидящей обмотки, например из-за вентиляционных щелей и различной изоляции, а если характеристика жесткая, то прибегают к каким-либо дополнительным средствам улучшения горения дуги (балластное сопротивление, дроссель). Кроме того, эта схема может обеспечить наивысший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характеристику вполне можно подправить, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.

Если схема трансформатора выполнена по схеме изображенной выше, то на противоположных плечах в идеале должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.

Кроме приведенной выше схемы, используются и другие способы расположения обмоток.



Схемы сварочного трансформатора: а - обмотками разнесенными на разные плечи, б - дисковые обмотки, в - часть вторичной обмотки намотана поверх первичной (другая часть на противоположном плече), 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Что это может дать? Рассмотрим два крайних случая - схему силового трансформатора и схему с обмотками разнесенными на разные плечи (этот случай достаточно редкий). Для примера приведем характеристики П-образного трансформатора, который изготавливался на одном и том же магнитопроводе сначала по одной, а потом по другой схеме расположения обмоток. Трансформатор этот намотан на магнитопроводе с внешними размерами 15,4х18 см, сечение - 34,5 см 2 . Его первичная обмотка и в первом и во втором случае содержала 260 витков провода диаметром 2,4 мм, вторичная имеет выход на 47В при холостом ходе. В случае с намоткой катушек по схеме силового трансформатора, трансформатор развивал в дуговом режиме ток около 160А, а отношение тока сварки к току короткого замыкания у него было 1,5-1,6. При разнесенных обмотках средний выходной ток при сварке приближался к значению около 100А, дуга горела мягко и устойчиво, ток же короткого замыкания в этом случае превышал ток сварки в 1,1-1,2 раза. Налицо совершенно различные характеристики двух схем трансформаторов при аналогичных обмоточных данных и значительная разница в мощности.

Однако может существовать и промежуточный вариант расположения обмоток, к тому же иногда он бывает чрезвычайно целесообразен. В этом случае часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть на противоположном плече, где витков первичной нет. При промежуточном варианте достигается больший прирост тока по сравнению со схемой с разнесенными обмотками, но меньшая мощность, чем в случае силового трансформатора. Зачем такое может понадобиться? Как известно, для уменьшения мощности следует увеличивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, - приходится больше мотать провода, провод занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда придет на помощь комбинированная схема, когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30-60% от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность и выше ток.

В другом промежуточном варианте - трансформаторе с дисковыми обмотками, первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга незначительно. Эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние, но не такое сильное как в варианте с обмотками разнесенными на разные плечи. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками, но остается возможность откорректировать расстояние после пробной сварки (если для этого было предусмотрено место). Но при этом, существенно увеличив высоту магнитопровода, можно не получить ожидаемого диапазона изменения тока. Большинство промышленных сварочных трансформаторов выполнено с дисковыми обмотками.

Выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Про их изготовление читайте в соответствующей статье Обмотка сварочного трансформатора . На завершающей стадии сборки П-образного трансформатора готовые катушки одеваются на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набиваются пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стягивается на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забиваются фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то будет иметь место ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Трансформатор - устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.

Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.

Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.

В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.

Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.

Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.

В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов - броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:

  • Ш-образные;
  • П-образные;
  • тороидальные.

Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.

Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части - витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.

У каждого из типов свои достоинства и недостатки:

Наборные сердечники.

Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.

Недостатки - необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).

Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки - соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.

При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.

Тороидальные.

Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.

Основной недостаток - сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.

Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.

В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.

Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

  • входное напряжение;
  • значения выходных напряжений;
  • мощность;
  • напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно - допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.

Напряжение холостого хода - это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники - в них немагнитный зазор отсутствует.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.

Общая последовательность расчета трансформатора такова:

  • определение мощности трансформатора;
  • подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
  • определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
  • расчет количества витков для каждой обмотки;
  • расчет сечения проводов обмоток.

Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них - это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.

Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 - 1.1.

Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.

Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.

Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S ,

где N - количество витков на вольт, S - площадь сечения сердечника в см 2 , K - коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.

Значение коэффициента К:

Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.

У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.

Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I , где I - ток обмотки.

Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).

В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.

В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.

© 2012-2017 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов