Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Transformator, którego historia istnieje już prawie półtora wieku, przez cały czas wiernie służył ludzkości. Jego celem jest konwersja napięcia AC. Jest to jedno z niewielu urządzeń, których wydajność może osiągnąć prawie 100%.
Schemat uzwojenia transformatora spawalniczego.
Jak obliczyć i nawinąć uzwojenia transformatora, jaki może być jego rdzeń, jakie są cechy konstrukcyjne transformatorów do różnych celów, jak one działają - pytania, które mogą być interesujące dla wielu. Poniżej znajdują się odpowiedzi na większość z tych pytań.
Co to jest transformator?
Trochę historii
W latach 70. XIX wieku rosyjski naukowiec P.N. Jabłonkow wynalazł źródło światła łuku elektrycznego - „świeca Jabłonkowa”. Początkowo źródłem mocy łuku były potężne baterie galwaniczne, ale anody w tym przypadku paliły się szybciej. Następnie naukowiec postanowił wykorzystać alternator jako źródło prądu dla swojego wynalazku.
W tym przypadku pojawiła się kolejna trudność: po zapaleniu jednej świecy elektrycznej, ze względu na spadek napięcia na zaciskach generatora, zapłon innych lamp był trudny. Problem został rozwiązany, gdy transformator został użyty do zasilania każdego źródła światła. Te pierwsze transformatory miały otwarte rdzenie wiązek z drutu stalowego iw rezultacie miały niską wydajność. Transformatory z zamkniętymi rdzeniami, podobne do współczesnych, pojawiły się dopiero po 9 latach.
Jak działa transformator i jak działa?
Rysunek 1. Schemat najprostszego transformatora.
Najprostszym transformatorem jest rdzeń substancji o wysokiej przenikalności magnetycznej i dwa uzwojenia wokół niego (rys. 1a). Podczas przechodzenia przez uzwojenie pierwotne prądu przemiennego z siłą I 1, zmienia się strumień magnetyczny Φ w rdzeniu, który przenika zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wtórne.
W każdym zwojach tych uzwojeń jest taka sama dla wartości liczbowej indukowanego emf. Zatem związek EMF w uzwojeniach i obrotach w nich jest taki sam. Na biegu jałowym (I 2 = 0) napięcia na uzwojeniach są prawie równe indukowanemu w nich emfowi, dlatego następująca zależność obowiązuje również dla napięć:
U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, gdzie
N 1 i N 2 - liczba zwojów w uzwojeniach.
Stosunek U 1 / U 2 nazywany jest również współczynnikiem transformacji (k). Jeśli U 1 > U 2, transformator jest nazywany zwiększaniem (rys. 1b), podczas gdy U 1 <U 2 - zmniejszanie (rysunek 1c). Pierwszy transformator ma wyższy współczynnik transformacji, a drugi ma mniej niż jeden.
Ten sam transformator, w zależności od tego, do którego uzwojenia zostanie zastosowane i które napięcie zostanie usunięte, może być w górę lub w dół. Uzwojenie wtórne niekoniecznie jest jednym - może być ich kilka. Z równości mocy w uzwojeniach wynika, że prądy w nich są odwrotnie proporcjonalne do liczby zwojów:
I 1 / I 2 ≈ N 2 / N 1.
Jeśli uzwojenie wtórne jest składnikiem pierwotnym (lub pierwotnym - wtórnym), transformator staje się autotransformatorem. Na rys. 1d i 1d przedstawiają schematy autotransformatorów odpowiednio obniżających i zwiększających.
Konstrukcja transformatorów do spawania punktowego miedzi.
Zmienne pole magnetyczne powoduje powstawanie prądów wirowych w rdzeniu, które go podgrzewają, na które marnuje się część energii. Aby zmniejszyć te straty, rdzenie są rekrutowane z oddzielnych, odizolowanych od siebie specjalnych blach stalowych transformatora o niskiej energii zwrotnej.
W nowoczesnych transformatorach najczęściej stosowane są obwody magnetyczne trzech typów:
- Pręt (w kształcie litery U), składający się z dwóch prętów z uzwojeniem i jarzma łączącego je. W ten sposób zazwyczaj układane są rdzenie transformatorów dużej mocy.
- Opancerzony (w kształcie litery W). Rdzeń magnetyczny to jarzmo, wewnątrz którego znajduje się pręt z uzwojeniem. Jarzmo chroni każde uzwojenie transformatora przed wpływami zewnętrznymi - stąd nazwa. Najczęściej stosowany w transformatorach małej mocy do układów elektronicznych.
- Toroidalny - rdzeń magnetyczny w kształcie torusa składa się z taśmy transformatorowej zwiniętej w gęstą rolkę. Zalety - stosunkowo niska waga, wysoka wydajność, minimalna ingerencja. Wadą jest kręta złożoność.
Jak obliczyć transformator?
Transformator spawalniczy do spawania łukowego.
Najważniejszymi parametrami transformatora są wartości nominalne prądów i napięć oraz moc, dla której jest on zaprojektowany. Bezwzględna dokładność obliczania charakterystyki transformatora dla tych parametrów nie ma większego znaczenia, więc możesz ograniczyć się do wartości przybliżonych.
Kolejność obliczeń jest następująca:
- Obliczanie prądu przez uzwojenie wtórne z uwzględnieniem strat: I 2 = 1, 5 * I 2n, gdzie I 2n jest prądem znamionowym w nim.
- Obliczanie mocy usuniętej z uzwojenia wtórnego: P 2 = U 2 * I 2, gdzie U 2 jest napięciem na nim. Jeśli takie uzwojenie nie jest jednym, wynik jest sumą ich mocy.
- Określenie mocy wynikowej: P T = 1, 25 * P 2 z wydajnością około 80%.
- Obliczanie prądu przez uzwojenie pierwotne transformatora: I 1 = P T / U 1, gdzie U 1 jest napięciem na nim.
- Obszar wymaganego odcinka obwodu magnetycznego: S = 1, 3 * √P T, gdzie S jest mierzone w cm 2 .
- Liczba zwojów dla pierwotnego uzwojenia transformatora: N 1 = 50 * U 1 / S, gdzie S jest mierzone w cm 2 .
- Liczba zwojów dla jej uzwojenia wtórnego: N 2 = 55 * U 2 / S, gdzie S jest mierzone w cm 2 .
- Średnica przewodników któregokolwiek z uzwojeń transformatora: d = 0, 632 * √I, gdzie jest obecna w nim siła. Wzór jest poprawny dla drutu miedzianego.
Na przykład uzwojenie wtórne transformatora dołączonego do sieci 220 V powinno wytwarzać prąd 6, 7 A przy napięciu 36 V. Oblicz parametry transformatora.
Główne części konstrukcji transformatora.
- I2 = 1, 5 * 6, 7 A = 10 A.
- P 2 = 36 V * 10 A = 360 watów.
- P T = 1, 25 * 360 W = 450 W.
- I 1 = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
- S = 1, 3 * 50450 (cm 2 ) ≈ 25 cm 2.
- N 1 = 50 * 220/25 = 440 obrotów.
- N 2 = 55 * 36/25 = 79 obrotów.
- d 1 = 0, 632 * √2 (mm) = 0, 9 mm, d 1 = 0, 632 * √10 (mm) = 2 mm.
Jeśli nie ma przewodów o wymaganej średnicy, jeden gruby drut można wymienić na kilka cieńszych połączonych równolegle. Pole przekroju przewodu o średnicy d można obliczyć za pomocą wzoru: s = 0, 8 * d 2 .
Na przykład potrzebujesz drutu o średnicy 2 mm, a jest tylko przewód o średnicy 1, 2 mm. Pole przekroju poprzecznego pożądanego drutu wynosi s = 0, 8 * 4 (mm 2 ) = 3, 2 mm 2, powierzchnia drutu, obliczona przy użyciu tego samego wzoru, wynosi 1, 1 mm 2 . Łatwo zrozumieć, że jeden przewód o średnicy 2 mm można zastąpić trzema o średnicy 1, 2 mm.
Produkcja transformatorów
Proces wytwarzania transformatora mocy składa się z szeregu kolejnych operacji.
Montaż ram cewki dla rdzenia lub rdzenia pancerza
Rysunek 2. Schemat montażu ramy transformatora.
Dość wygodnym materiałem do montażu tych ram jest karton lub deska prasująca. Jeszcze mocniejsza rama może być wykonana z tworzywa sztucznego. Zespół ramy pokazano na rys. 2a Jest on złożony z części pokazanych na Figurach 2b-2g. Musi być złożony z dwóch kopii każdej części. Otwory w policzkach (g) mają na celu wyciągnięcie wniosków.
Procedura montażu ramy:
- dwa policzki nakładają się na siebie;
- części (b) są osadzone w ich oknach i są rozcieńczone, jedno w górę, drugie w dół;
- części (c) są zainstalowane tak, że ich występy pokrywają się z wycięciami części (b).
Powstała ramka jest wystarczająco mocna i nie rozpada się. Przed nawinięciem cewek, uszczelki są przygotowywane z wyprzedzeniem (rys. 2e) z pasków papieru kablowego. Paski są ostrożnie cięte wzdłuż krawędzi na głębokość kilku mm. Te cięcia, przylegające do szczotek, ochronią zwoje następnej warstwy przed wpadnięciem w poprzednią.
Cewki uzwojenia
Rysunek 3. Schemat pętli dla cewki.
Przed nawinięciem konieczne jest przygotowanie odcinków elastycznego drutu skręcanego w izolacji termoodpornej dla przewodów i sekcji żaroodpornych. Uzwojenie wykonuje się tak, aby drut pasował do skrętu do obrotu z pewnym napięciem. Kolejne cewki powinny naciskać poprzednie. Aby zapobiec nawijaniu cewek w pobliżu policzka, wskazane jest, aby następny rząd nie był rysowany kilka mm przed nim, wypełniając wolne obszary sznurkiem lub nitkami.
Po zakończeniu nawijania każdego rzędu, napięcie drutu musi być utrzymane tak, że podczas układania taśmy z papieru kablowego, zwinięta część nie otwiera się. Takie uszczelki powinny być układane po każdej warstwie.
Jeśli zwinięty drut jest cienki, przygotowane odcinki elastycznego drutu są ostrożnie lutowane do początku i końca uzwojenia, a także do wylotów z niego. Miejsce kolca jest izolowane. Jeśli drut magnesu jest wystarczająco gruby, przewody i kolana (w postaci pętli) są wykonane z tego samego drutu. Zarówno wnioski, jak i zakręty powinny być noszone z segmentami kambrowymi.
Pętla (rys. 3a) przechodzi przez otwór złożonego paska grubego papieru lub taśmy bawełnianej, który jest dociskany po naciśnięciu przez kolejne obroty (rys. 2b). Przykład odgałęzienia z cienkiego drutu uzwojenia pokazano na rys. 2c.
W przybliżeniu w ten sam sposób końce uzwojenia wykonane są z grubego drutu, ale używana jest tylko taśma bawełniana. Schemat mocowania początku uzwojenia pokazano na ryc. 2g jego końca - na rys. 2d
I kilka słów na temat nawijania uzwojenia transformatora toroidalnego. Zwykle do ich kręcenia używa się domowych wahadłowców, na których powierzchni jest nawinięty wystarczający zapas drutu. Prom z drutem musi przejść do otworu toroidalnego obwodu magnetycznego.
Rysunek 4. Projekt obręczy koła rowerowego.
Dużo łatwiej jest nakręcić za pomocą urządzenia, które opiera się na obręczy koła rowerowego (rys. 4). Obręcz jest cięta w jednym miejscu, przechodzi przez otwór w obwodzie magnetycznym, po czym cięte części są ostrożnie łączone. Następnie drut nawojowy o wymaganej długości jest nawijany na jego zewnętrzną powierzchnię z małym marginesem. Dla wygody obręcz można powiesić górną częścią na młotkującym gwoździu, szpilce lub innej odpowiedniej zawiesinie. Wygodne jest zamocowanie zwiniętego drutu odpowiednim gumowym pierścieniem.
Uzwojenie jest nawinięte dzięki obrotowi obręczy. Po każdym obrocie przesuń gumowy pierścień na odpowiednią odległość. Cewki należy układać ostrożnie, z napięciem. Wnioski i krany mogą być formowane w taki sam sposób jak we wspomnianych powyżej cewkach. Każda warstwa i uzwojenie muszą być oddzielone warstwą izolacji. Na ostatniej warstwie transformator jest owinięty taśmą zabezpieczającą i nasączony lakierem.
Koniec montażu transformatora
Schemat transformatora jednofazowego.
Gdy cewki są gotowe, rdzeń lub rdzeń pancerza jest zmontowany. Powinieneś spróbować zrobić możliwie wąskie szczeliny magnetyczne, dla których montaż powinien być wykonany w pokrywie. Trwa aż do wypełnienia całego okna. Ostatnie płyty często muszą być młotkowane za pomocą drewnianego młotka lub drewnianej podszewki.
Na końcu zespołu rdzeń jest uszczelniany, zaciskając jarzmo lub dokręcając, jeśli płytki mają odpowiednie otwory, z kołkami, które są izolowane od rdzenia za pomocą kartonowych rur lub kilku warstw papieru. Na końcach kołków nakłada się elektryczne podkładki izolacyjne i konwencjonalne, a nakrętki, za pomocą których rdzeń jest dokręcany, są przykręcane. Źle skompresowany rdzeń będzie mocno brzęczeć i wibrować.
Sprawdź wyprodukowany transformator
Schemat maszyny do uzwojenia transformatorów.
Przede wszystkim, używając miernika megaomów, zmierz rezystancję między poszczególnymi uzwojeniami, jak również między rdzeniem a uzwojeniami. Nie powinno być mniej niż 0, 5 mama. Jeśli nie ma miernika megohm, możesz ocenić te opory za pomocą zwykłego miernika. Powinien pokazywać nieskończoność.
Po sprawdzeniu izolacji uzwojenie pierwotne transformatora jest zasilane napięciem równym połowie wartości nominalnej. Możesz użyć na przykład Latte. Jeśli produkt nie pali, nie brzęczy, nie nagrzewa się zbyt mocno, do uzwojenia pierwotnego przykładane jest napięcie nominalne.
Bez obciążenia prąd w uzwojeniu pierwotnym transformatora nie powinien przekraczać 5-10% jego wartości nominalnej. Sam transformator nie powinien być zbyt gorący i głośno brzęczeć. Jeśli brzęczenie jest silne, powinieneś albo pociągnąć go jeszcze mocniej, albo wsunąć drewniane lub plastikowe płytki w szczelinę między płytami.
W końcowym teście znamionowe obciążenie jest podłączone do transformatora, sprawdzane są napięcia na wszystkich uzwojeniach. Jeśli wszystko jest w porządku, transformator jest utrzymywany pod obciążeniem przez 3-4 godziny. Jeśli nie ma brzęczenia, nie ma zapachu spalania, a transformator nie nagrzewa się powyżej 70 ° C, test można uznać za zakończony pomyślnie.
Nie zawsze w sprzedaży można znaleźć transformator o niezbędnych parametrach.