Расчет каркаса катушки трансформатора: 404 — страница не найдена

Содержание

пошаговый процесс изготовления и намотки

Автор Andrey Ku На чтение 7 мин Опубликовано

Каркас представляет собой необходимое устройство внутри трансформатора, к изготовлению которого применяются особые требования. Это устройство служит для крепления обмоток, при том в зависимости от вида тс изменяются особенности, применяемые материалы, разметка и тому подобное. Каркас для трансформатора иногда делают своими руками, на самом деле это затруднительная процедура.

Содержание

  1. Почему нужно использовать текстолит
  2. Особенности
  3. Дополнительные требования
  4. Разметка
  5. Как сделать вручную
  6. Выбор класса
  7. Расчет при помощи программ
  8. Вырезание
  9. Сборка
  10. Окончательная подготовка
  11. Намотка провода и установка клемм
  12. Изготовление каркаса катушек с использованием деревянной модели
  13. Как можно отремонтировать щечки

Почему нужно использовать текстолит

По стандарту обмотки силового трансформатора выполняются на специальных каркасах. Для изготовления каркасов на заводах, то есть на серийном производстве, применяют прессованные варианты из пресс порошков. Состав этих пресс порошков определяет основные химически и физические свойства, которыми будет обладать деталь в дальнейшем. Но если производство мелкосерийное или же трансформатор, в частности его каркас, изготовляется в домашних условиях, то используют слоистые пластинки, а также гетинакс, картон.

Ранее наиболее часто применяющимся вариантом служил гетинакс, который обладал средними характеристиками, но минимальной стоимостью. Потом стали использовать картон. Несмотря на его отличительные свойства и простоту использовании он не сумел прижиться, так как требовалась обязательная пропитка гигроскопичному материалу.

Особенности

Текстолит является оптимальным в плане соотношения качества, удобства и цены. Он отлично поддается любой обработке, например, механической или термической. Обрезка листов до 1,5 миллиметров проводится и в холодном состоянии, что удобно, если речь идет не о крупном серийном производстве. Используются для минимальных по толщине пластов гильотинные ножницы. А если листы немного толще, то используется циркулярная пила.

Текстолит, толщина пласта которого превышает 3 миллиметра, распиливается уже в горячем состоянии. Но можно не нагревать до температуры плавления, оптимальным будет нагрев от 80 градусов (в крайнем случае 120 градусов).

Удобный этот материал и для тех, кто занимается изготовлением каркасов в домашних условиях. Можно брать только часть, а после этого провести опиловку над профилем. Швы покрываются специальным слоем, а каркас лаком для обеспечения защиты от влажности, повышения жесткости и улучшения защиты обмоток. Также тонкий слой лака служит для обеспечения гигроскопичности, обязательно требуется выбирать качественный состав.

Дополнительные требования

Для гильзы каркаса используются гетинакс идентичной толщины. В некоторых ситуациях есть смысл брать большую по толщине катушку, чтоб получить ровную форму обмоток. Ребра гильзы делаются слегка круглой формы. Это поможет избежать излома или уменьшить его угол, что непременно проявляется при намотке на первых слоях инструмента. Но следует избегать и проявления излишней округленности. Это понизит прочность поверхности.

Размеры материала берутся в строгом соответствии с тем, каких размеров сам трансформатор и дроссель. Для минимальных по размерам устройств чаще прибегают к установке каркасов из материала толщиной от 0,2 до 0,5 миллиметров. Для больших катушек берутся варианты с толщиной от 2 миллиметров.

Отдельно стоит отметить важность использования качественного клея. Текстолитовые каркасы обязательно просто автоматически складываются и закрепляются друг с другом, но бывают ситуации, когда они соединяются между собой при помощи клея. Столярный клей или универсальный, который можно купить в любом строительном магазине, подходит только для проклейки каркаса трансформатора из картона, но для текстолита использовать его не разрешается.

Разметка

Разметка — первый этап, который проводится при наличии материалов и инструментов. Важно тщательное исследование, позволяющее определить технические характеристики.

Допустимо делать ее вручную при помощи специальных таблиц (но обратите внимание, что в таком случае придется рассчитывать все самостоятельно, используя формулы).

Можно выбрать и разметку при помощи программ — есть в бесплатном доступе такие в интернет. Но в таком случае начинающий радиолюбитель не сможет понять алгоритм расчета и научиться выполнять рамку самостоятельно, без использования компьютеризированного оборудования.

Как сделать вручную

Проверка прочности и особенностей закрепления проводится опытным путем. Берется катушка, точней ее образец, который будет не жалко выкинуть, на него накладываются 10 витков, которые будут использоваться для основного трансформатора.

Выбирается стержень с диаметром в четыре раза большим для проводов с толщиной от 0,96 миллиметров, в пять раз больше, если берутся провода до 1,56 миллиметров и в шесть раз толще, если толщина провода превышает 2,44 миллиметра. Это необходимо обязательно учитывать, подобранные инструкции есть в специальной технической литературе.

Отдельно следует рассчитывать то, что кроме определенного изгиба, который непременно образуется на первых нескольких слоях сильней, а после начнет закругляться, есть и сильное натяжение, и растяжение. Во время разметки каркаса учитывают, что кратность увеличивается в несколько раз. Например, для провода, который имеет толщину 1 миллиметров, радиус закругления будет около 5 миллиметров. Радиусы для любых по диаметру проводов также размещается в соответствующих таблицах.

Выбор класса

Проведение разметки по образцам позволяет избежать появления неплотных и неровных поверхностей в обмотке. Тонкий гетинакс используется, если требуется увеличить жесткость каркаса. Например, если мощность устройства составляет до 10 Вт, то размеры деталей маленьких будут составлять 0,5, средних — 0,7 до 1,5, а больших — от 1. Мощность до 100 Вт подразумевает использование 0,7 — 1, 2,0 — 4, 1 — 2 миллиметровых деталей соответственно. Для приборов с мощностными показателями от 100 до 500 Вт берутся до 1 до 2 мм для класса а, от 3 до 6 для б, от 1,5 до 3 для класса в.

Для последнего типа, с наибольшими показателями мощности, целесообразно увеличить радиус закругления путем приближения к оптимальным показателям значения округления. Лучше брать специальные вкладыши из материала, который используется для витых магнитных проводов. Применяют их в том случае, если по толщине магнитопровод больше в два раза, чем рабочий стержень устройства.

Дополнительно устанавливают на детали большую часть выступающей части на 3 миллиметра. Это нужно для того, чтоб щеки каркаса крепились прочно у оборудования. Гильза по размеру делается чуть больше рабочего стержня на 0,5 мм, зазоры не должны превышать этого показателя. Обязательно учитывают, получается ли каркас с помощью аппаратного воздействия или же он поставляется в комплекте устройства.

Расчет при помощи программ

В интернете есть несколько десятков программ, при этом большинство из них в бесплатном доступе, которые проводят расчет трансформатора, его каркаса. В частности, популярностью пользуется программа CARCASS, от версии 1.0, 2.0 и далее. Она работает в онлайн-режиме, но при желании можно скачать файл и установить себе на компьютере. В программу вносятся данные о:

  • типе сердечника;
  • толщине материала и стяжке;
  • размерах сердечника А, В, С, Н.

После ввода всей информации нажимается кнопка «Ввод» или «Расчет». Появится расчет и на черте катушки, который можно распечатать и нанести на имеющийся в наличии текстолит. Есть вариант, рассчитываемый на каркас с замком.

Вырезание

Вырезание происходит после нанесения на материал чертежа катушки. Делается это при помощи обычного строительного карандаша или даже маркера.

Инструменты, которые понадобятся для вырезания, различные в зависимости от толщины текстолита. Для листов до 1,5 миллиметров, чья резка проводится в холодном состоянии, используют гильотинные ножницы. А если листы толще, то используется циркулярная пила. Текстолит с толщиной от 3 миллиметра пилят при температуре от 80 градусов по Цельсию пилой.

Сборка

Сборка текстолитовых плит обычно не требует использования дополнительных материалов. Собираются в замок руками.

Но другие поверхности, например, стандартный картон, просто так не закрепляются. Соединить конструкцию столярным клеем, нитроклеем с высокими показателями водоустойчивости и теплоустойчивости.

Окончательная подготовка

Важно обращать внимание на согласование отдельных частей каркаса. При сборке не по типу замок изменить ничего не будет возможно. Придется выкинуть устройства, так как повторное нанесение клея не гарантирует отличный результат. После сборки каркас обрабатывают бакелитовым или клеящим лаком. Можно пропитать специальным лаком с церезином или головаксом.

Намотка провода и установка клемм

Наматывают на катушку провода, затем устанавливают клеммы уже после полной пропитки лаком и окончательной сушки. Выводы и отводы делают поводом немного с большим сечением. Подойдет провод с изоляцией многожильный, лучше применять цветные маркировки.

Катушка зажимается между щеками, шпилька монтируется в конусах. Намоточное оборудование устанавливается как минимум на один метр. Станок вращается так, что провод ложился сверху, левой рукой придерживать по направлению. Клеммы монтируются после изоляции.

Изготовление каркаса катушек с использованием деревянной модели

Деревянная модель предназначена для удобства склейки. Проводится расчет, при помощи инструментов вырезаются детали.

Деревянная бобышка с отверстием экономит время при изготовлении и намотке. Выступающие края просто срезаются ножницами и загибаются внутрь.

Как можно отремонтировать щечки

Производство каркасов своими руками сопряжено с намоткой. При намотке отгибают отводы гильзы и раздвинув щечки проводят действия. Вклейка материала поможет, если образовались зазоры. Приклеить щечки на края можно только при достаточном качестве клея. Если возникают проблемы в задевании деталей, то округлить углы при помощи напильника.

Расчёт трансформатора-2. Параметры катушки | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об определении размеров сердечника и предварительном выборе основных параметров трансформатора. Следующим этапом должен быть электрический расчёт трансформатора с окончательным выбором электрических параметров: ЭДС, напряжений, токов и сопротивлений обмоток. Однако здесь существует некоторая проблема: для точного электрического расчёта необходимо проверить размещение обмоток в окне сердечника, а также точно определить средние длины витков, вес и сопротивление проводов каждой обмотки.

Это связано с тем, что с ростом частоты переменного напряжения происходит увеличение сопротивления обмоток в зависимости от числа слоёв, а также типа проводника (обычный провод, фольга или литцендрат). В связи с этим необходимо дать некоторые пояснения по расчёту конструкции обмоток.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Конструкция обмоток

Конструктивная схема размещения обмоток обычной катушки показана на рисунке ниже.


Конструкция катушки рядовой намотки в окне сердечника.


Конструкция катушки тороидального трансформатора.

Для данных изображений введены следующие обозначения:

СKi – толщина i-й обмотки, Сi – толщина катушки после намотки i-й обмотки, СK – полная толщина катушки в окне, h – высота окна, hK – высота катушки, Δh/2 – толщина изоляционного буртика в окне (для гильзовой намотки) или суммарная толщина щечки каркаса и технологического зазора по высоте окна (для каркасной катушки), dИЗ. i – диаметр провода вместе с витковой изоляцией для i-й обмотки, ΔСЛ.i, ΔОБ.i – толщина слоевой и межобмоточной изоляции между i-й обмотки и смежной (предыдущей) обмоткой, ΔКОРП – толщина корпусной изоляции, ΔНАР – толщина наружной изоляции, δ – зазор в окне между боковой поверхностью катушки и продольным ярмом сердечника. Для тороидального трансформатора дополнительными параметрами являются: С

i и С – толщина обмоток катушек расположенной по наружному диаметру сердечника.

Все выше перечисленные параметры являются заданными или же их необходимо выбрать, при этом должно выполняться следующее условие

где nΔ – число сечений катушки в окне, для БТ nΔ = 1, для СТ, ТТ nΔ = 2,

δ0 – технологический зазор, для БТ, СТ δ0 = 0,7 мм, для ТТ – технологическое отверстие для прохода челнока, определяется ориентировочным выражением

где b – толщина сердечника.

Определяем толщину катушки

В общем виде толщина катушки после намотки i-й обмотки определяется выражением

Тогда толщина полностью намотанной катушки

Все изоляционные расстояния Δi берутся в зависимости от испытательного напряжения, диаметра проводов и размеров трансформатора. Об этих расстояниях будет сказано ниже.

Толщина i-й обмотки СKi определяют с учётом размещения проводов и технологических факторов намотки

где nСЛ i – число слоёв провода в данной обмотке,

nСЛ И i – число слоёв изоляции в данной обмотке,

СЭ – толщина электрического экрана между обмотками, при его наличии (СЭ = 0,05…0,1 мм),

Kразбi – коэффициент разбухания обмотки, учитывающий увеличение размеров катушки из-за вспучивания проводов. Он зависит от диаметра провода и соотношения размеров сердечника.

Для определения коэффициента разбухания можно воспользоваться следующим рисунком


Определение коэффициента разбухания Kразб i.

Слоевую изоляцию обычно кладут через несколько слоёв обмотки при условии суммарного напряжения 100…150 В, а в случае высоких требований к надёжности трансформатора укладываю через каждый слой обмотки.

Определяем число слоёв обмотки

Число слоёв i-й обмотки определяется отношением общего числа витков ωi к числу витков в одном слое ωСЛ i

При определении числа витков в одном слое необходимо учитывать неплотность прилегания витков друг к другу

Коэффициент укладки можно определить из следующей таблицы

Диаметр провода,

 

мм

Коэффициент укладки

 

kУКЛ

Рядовая

 

намотка

Намотка

 

«внавал»

0,0635…0,0863 0,85 0,75
0,096…0,109 0,86 0,8
0,124…0,0152 0,87
0,17…0,267 0,88
0,294…0,452 0,89
0,505…2,67 0,9 0,9

В случае использования гильзовой намотки в каждом следующем слое необходимо уменьшать число витков на несколько единиц с каждой стороны. Неполностью заполненный проводом слой после наложения обмотки заполняется изоляцией.

Высота катушки hK определяется следующим выражением

Величину Δh/2 берётся также как и межобмоточная изоляция.

Для тороидального трансформатора определение числа слоёв несколько сложнее из-за неравномерного заполнения обмотки снаружи и внутри сердечника. Для первой обмотке будет определяться

Для второй обмотки вместо ω1 берется ω2, вместо dИЗ 1 берётся dИЗ 2, вместо с01 берётся с01-2(сК1ОБ 1), где сК1 определяется при i=1.

И в общем случае для i-й обмотки число слоёв в окне

По наружному диаметр тороидального сердечника число слоёв

Диаметр провода без изоляции («по меди») определяется из площади сечения

В случае прямоугольных проводов вместо di берется толщина прямоугольника.

Определение толщины изоляционных параметров

При определение толщины катушки, обмоток и числа слоёв необходимо знать толщины изоляции корпусной, межслоевой, межобмоточной, наружной и толщина изоляционного буртика в окне (для гильзовой намотки) или суммарная толщина щечки каркаса и технологического зазора по высоте окна (для каркасной катушки). Они зависят от нескольких параметров, основными из которых являются: тип изоляционного материала, размеры проводов и трансформатора, значения испытательного напряжения.

Изоляция корпуса обмотки ΔКОРП состоит из толщины стенки каркаса, бумажной подложки и технологического зазора между стержнем и каркасом. Толщина стенки каркаса в зависимости от размера трансформатора составляет 0,5…2,5 мм, для прессшпановых и бумажных каркасов в 1,3…1,7 раза больше. Толщина бумажнай подложки составляет 0,1…0,2 мм, а технологический зазор – 0,2…0,4 мм.

Величина Δh/2 – толщина изоляционного буртика в окне (для гильзовой намотки) или суммарная толщина щечки каркаса и технологического зазора по высоте окна (для каркасной катушки) равна суммарной толщине корпусной изоляции 0,8…3 мм.

Наружная изоляция ΔНАР обычно составляет 0,16…0,24 мм.

Толщину межобмоточной изоляции ΔОБ выбирают в зависимости от испытательного напряжения UИСП трансформатора

UИСП, В Величина ΔОБ в зависимости от диаметра провода, мм
< 0,4 0,4…1,0 1…1,5 > 1,5
< 700 0,05 0,08 0,12 0,17
1000 0,1 0,16 0,24 0,34
1500 0,2 0,32 0,48 0,51
2000 0,25 0,4 0,6 0,68
2500 0,3 0,48 0,6 0,85
3500 0,35 0,56 0,72 1,02

Величина испытательного напряжения UИСП зависит от напряжения обмоток трансформатора Ui

Ui, В До 24 24 — 100 100 — 250
UИСП, В 250 500 1000

При рабочем напряжении обмоток свыше 250 В испытательное напряжение определяется по следующему выражению

Для низковольтных трансформаторов выражением, заключенным в скобках, можно пренебречь.

Как выполнить выводы обмоток

Выводы обмоток трансформаторов, диаметр провода, которых менее 0,2…0,35 мм, выполняют гибким монтажным проводом сечением 0,05…0,2 мм. Если диаметр провода составляет от 0,35 до 2 мм, то выводы и отводы делают самим обмоточным проводом, а при диаметрах более 2 мм используют также гибкий монтажный провод.

После того как произведён расчёт размещения обмоток можно определить точные значения их параметров.

Средняя длина витка

Для любой обмотки определяется выражением

—  для первичной обмотки lω1

—  для вторичной обмотки lω2

— для всей катушки с толщиной СК

Для тороидального трансформатора в качестве толщины i-й обмотки CKi используют эквивалентную среднюю величину CKiЭ между её значениями снаружи и внутри сердечника

Как определить сопротивление обмоток трансформатора?

Сопротивление i–обмотки трансформатора постоянному току вычисляется по выражению

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, при заданной температуре,

lωi – длина витка обмотки, см,

qi – сечение провода обмотки, мм2.

При проектировании трансформаторов на средних и высоких частотах (выше 1кГц) необходимо учитывать влияние высокочастотных эффектов: скин-эффект и эффект влияния близости витков. Поэтому сопротивление обмотки трансформатора возрастает в kδ раз. Где kδ – коэффициент добавочных потерь

где hi – высота одного слоя обмотки,

μ – абсолютная магнитная проницаемость вещества проводника,

ρ – удельное электрическое сопротивление проводника,

nСЛi – количество слоёв обмотки,

sinh() и cosh() – гиперболические синус и косинус.

В данных выражениях параметр hi соответствует высоте прямоугольного проводника, при использовании круглого проводника используют эквивалентную высоту hЭ, так что hi = hЭ

где d0 – диаметр проводника без изоляции («по меди»),

p – расстояние между центрами проводников в одном слое.

При использовании литцендрата, состоящего из множества изолированных проводников, количество слоёв обмотки пересчитывается берётся эквивалентным с учётом количества жил литцендрата

где nСЛ i Э – эквивалентное количество слоёв обмотки,

nСЛ i – количество слоёв обмотки из литцендрата,

m – количество жил в литцендрате.

Показатели заполнения окна сердечника

После размещения обмотки в окне сердечника и выбора изоляционных материалов можно определить коэффициенты характеризующие заполнение окна:

— коэффициент заполнения проводниковым материалом чистого сечения катушки

— степень заполнения окна катушкой

— коэффициент заполнения окна проводниковым материалом

где mOK – число фаз в одном окне сердечника, для однофазных mOK = 1, для трёхфазных mOK = 2,

nΔ – число сечений катушки в окне, для БТ nΔ = 1, для СТ и ТТ nΔ = 2,

SO – чистое сечение катушки в окне сердечника на фазу.

В следующей статье я расскажу как выполнить электрический расчёт трансформатора.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Сечение сердечника трансформатора формула. Правильный расчет силового трансформатора

Наиболее ответственной и дорогой деталью силового блока радиоустройства, питающегося от сети переменного тока, является силовой трансформатор. Один из примеров принципиальной схемы трансформатора приведён на рис. 1. Трансформатор имеет сердечник, собранный из тонких пластин трансформаторной стали. Обмотки трансформатора выполняются из медного изолированного провода на прессшпановом каркасе.

Сердечники трансформатора собираются из пластин двух типов: Г-образных и Ш-образных. Типом пластин определяется и конструкция трансформаторов, которые показаны на рис. 2.


На стержневом сердечнике (Г-образные пластины) обмотки трансформатора размещаются равномерно на обоих стержнях (рис. 2, а), например на одном стержне размещаются первичная (сетевая) обмотка и понижающая для накала ламп, а на другом — вторичная повышающая (высоковольтная) обмотка. При этом типе пластин обмотки иногда размещаются и на одном стержне сердечника.

На броневом сердечнике (Ш-образные пластины) все обмотки помещаются на его среднем стержне (рис. 2, б).

Если мы подключим первичную обмотку I трансформатора к источнику переменного тока (рис. 3), по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике переменный магнитный поток. Так как на втором стержне трансформатора расположена вторичная обмотка II, переменный магнитный поток будет пересекать витки вторичной обмотки, вследствие чего в ней (по закону электромагнитной индукции) будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Если параллельно вторичной обмотке включить прибор (вольтметр), он покажет величину индуктированного напряжения.

Для того чтобы понизить напряжение электросети, вторичная обмотка должна иметь меньшее количество витков, чем сетевая, а для повышения напряжения — большее по сравнению с первичной (сетевой) обмоткой.

Для питания радиоаппаратуры требуются различные напряжения: высокое (с последующим выпрямлением) для питания анодных цепей и цепей экранных сеток ламп и два низких — для питания цепей накала ламп и отдельно для накала кенотрона, если он применяется в выпрямителе (исключение составляет только кенотрон 6Ц5С, нить накала которого можно питать от общей обмотки накала).

Вследствие потерь в сердечнике и обмотках от вторичной обмотки трансформатора никогда нельзя получить ту же мощность, какая была подведена к первичной обмотке. Отсюда существует понятие о КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора. Самодельные трансформаторы, рассчитанные по упрощенным формулам к выполненные на обычной трансформаторной стали, имеют КПД обычно ее выше 70-80%.

Предположим, что трансформатор должен обеспечить питанием усилитель или приёмник, потребляющий по анодным цепям ток 100 мА при напряжении 250 В и по цепи накала ток 2 А при напряжении 6,3 В. Для выпрямления переменного тока берем кенотрон 5Ц4С, для накала нити которого требуется ток 2 а при напряжении 5 В (для определения токов, потребляемых электродами той или иной лампы, следует пользоваться их справочными данными).

Таким образом, с большим приближением (без учета падения напряжения на внутреннем сопротивлении кенотрона и дросселе фильтра) вторичная обмотка должна быть рассчитана на напряжение 250 В и силу тока 100 мА (0,1 А), обмотка накала ламп на напряжение 6,3 В и силу тока 2 А, а обмотка накала кенотрона на 5 В и ток 2 А. Подсчитываем их мощность по формуле

где U в вольтах, а I в амперах. Следовательно, P1=250*0,1=25 Вт, Р2=5*2=10 Вт, Р3=6,3*2=12,6 Вт.

P сб = P1 + P2 + P3 … Вт (2)

Мощность во всех трех вторичных обмотках будет равна

Р сб = 25 + 10+ 12,6 = 47,6 Вт.

Если принять КПД трансформатора, изготовленного в любительских условиях, не выше 80%, потребляемую от сети мощность можно подсчитать по формуле

Р пер = 1,2*Р сб. (3)

В нашем случае мощность, потребляемая от сети, будет равна

Р пр = 1,2*47,6 = 57,12 Вт.

Следующий этап расчёта — определение сечения сердечника, т, е площади сердечника в квадратных сантиметрах — Q см 2 . Рассчитывается она по формуле

Qсм 2 = 1,2*P пер 0,5 = см 2 . (4)

Так как сердечник собирается из тонких пластин, изолированных друг от друга, в формулу введён коэффициент 1,2, учитывающий заполнение сердечника. Таким образом, сечение сердечника нашего трансформатора будет равно

Q см 2 = 1*2 57,12 0,5 = 9,07 см 2

(считаем округленно 9,0 см 2).

После этого нужно определить ширину пластин среднего стержня (если пластины Ш-образные) и толщину набора в см. Перемножив эти величины, получим площадь сечения стержня. Так как расчет всех геометрических размеров сердечника (площадь окна, толщина набора и ширина пластин) для начинающего радиолюбителя — дело довольно сложное, можно просто считать отношение ширины пластин стержня к толщине набора равным от 1 до 2.

Таблица 1

При таком соотношении можно быть уверенным, что полученное из дальнейшего расчёта количество витков уложится в окно сердечника. Из приведенных в табл. 1 данных выбираем пластины Ш-25, при которых толщина набора получится 3,6 см, а отношение сторон будет равно 1,44, так как 9 см 2: 2,5 см = 3,6 см, а 3,6:2,5 = 1,44.

n0 = (45 — 60)/Q = витков, (5)

где Q — сечение сердечника в см 2 . Если имеются пластины из трансформаторной стали хорошего качества, в числитель следует подставлять число 45, если сталь плохая — 60. При расчете считаем, что сердечник взят от заводского трансформатора, тогда число витков на один вольт будет равно

Дальнейший расчёт обмоток уже не представляет никакой сложности, следует только перемножить количество витков, приходящееся на один вольт, на заданное напряжение той или иной обмотки. Первичная обмотка для включения в сеть с напряжением 127 В должна иметь П1 = 127х5 = 635 витков, повышающая на 250 В — П2 = 250х5 = 1250 витков, для накала кенотрона 5 В — П3 = 5х5 = 25 витков и для накала ламп 6,3 В — П4 = 6,3х5 = 31,5 витка (округляем до 32 витков).

Последний этап расчёта обмоток — определение диаметра обмоточного провода по формуле, предусматривающей длительную, беспрерывную нагрузку трансформатора, при которой плотность (сила) тока на один квадратный миллиметр сечения провода берётся не более двух ампер,

d = 0,8*I 0,5 = мм, (6)

где d — диаметр провода в миллиметрах, I — сила тока в амперах.

В нашем случае d2 = 0,8*0,1 0,5 = 0,8х0,316 = 0,25 мм; d3 = d = 0,8*2 0,5 = 8х1,41= 1,1 мм (округлённо).

I1 = 57,12/127 = 0,45 А (округлённо),

отсюда d1= 0,8*0,45 0,5 = 0,54 мм, или, округлённо, 0,55 мм.

Для большей уверенности можно проверить, уложатся ли обмотки в окне выбранного нами сердечника. Делается это так. Из табл. 1 видно, что длина окна пластины сердечника равна 6 см, а ширина 2,5 см, но так как обмотки наматываются на каркас, который в окне занимает много места, указанные размеры следует уменьшить на толщину щёк каркаса и толщину гильзы. В результате длина окна получится примерно 5,2 см, а ширина 2,2 см. По табл. 2 находим, что провода обмоток в эмалевой изоляции будут иметь следующие внешние диаметры: d1 = 0,59 мм, d2 = 0,27 мм, d3 = d4 = 1,15 мм.

Таблица 2

Диаметр провода без изоляции, мм

Диаметр провода в изоляции, мм

ПЭЛ ПШО ПШД ПБО ПБД
0,1 0,115 0,15 0,2 0,19
0,15 0,165 0,2 0,25 0,24
0,2 0,215 0,26 0,32 0,29 0,37
0,25 0,27 0,31 0,37 0,34 0,42
0,31 0,33 0,37 0,43 0,42 0,51
0,35 0,38 0,41 0,47 0,46 0,55
0,41 0,44 0,47 0,53 0,52 0,61
0,44 0,475 0,5 0,56 0,55 0,64
0,51 0,545 0,57 0,63 0,62 0,71
0,55 0,59 0,61 0,67 0,66 0,75
0,64 0,68 0,7 0,76 0,75 0,84
0,8 0,85 0,91 1,00
1,0 1,05 1,125 1,25
1,2 1,26 1,325 1,45

Таким образом, в одном слое из провода диаметром 0,59 уложится 52/0,59 = 88 витков, а число слоев этой обмотки будет равно

685/88 = 7 (округлённо). По ширине окна слои займут 7×0,59 = 4,2 мм, или 0,42 см.

Для провода диаметром 0,27 (с изоляцией) число витков в слое будет 2/0,27 = 192. Соответственно получим количество слоев 6,5, считаем с запасом семь слоев. Они займут по ширине окна 2 мм, или 0,2 см.

Количество витков в слое провода диаметром 1,15 равно 52/1,15 = 45. Таким образом, обмотки накала уложатся в два слоя, что займёт по ширине окна 2,3 мм, или 0,23 см.

Сложив полученные величины 0,42+0,2+0,23, получим, что все обмотки по ширине окна займут 0,85 см.

В своём расчете мы не предусмотрели, что много места займут выводные концы обмоток, прокладки между слоями из папиросной или конденсаторной бумаги и прокладки между обмотками из лакоткани или нескольких слоев кабельной бумаги.

Следует учесть, что начинающие радиолюбители не смогут сразу плотно и аккуратно, виток к витку, наматывать обмотки. Поэтому мы примем, что обмотки в окне займут не 0,85 см, а 1 см. Если же при подсчете окажется, что обмотки в окне не уместятся, тогда следует взять пластины большего размера или увеличить толщину пакета пластин. Таким образом, можно будет уменьшить число витков обмоток на одни вольт.

Для изготовления трансформатора необходимы также прессшпан, фибра или гетинакс толщиной 1,5-2 мм. Для изоляции обмоток друг от друга и между слоями обмоток понадобится лакоткань, кабельная или, в крайнем случае, обычная писчая бумага. Лакоткань, обладающая высокими изоляционными свойствами, можно заменить несколькими слоями чертежной кальки.

Изготовление катушки трансформатора начинается с изготовления деревянной болванки для каркаса, стороны которой должны быть несколько больше (на 0,5 мм) сторон стержня сердечника, а её длина на 1,5-2 см больше длины стержня трансформатора.

В центр деревянной болванки нужно вбить гвоздь без шляпки, как показано на рис. 4.

После этого приступают к изготовлению каркаса из прессшпана или гетинакса указанной толщины, на котором делается разметка сторон гильзы и щёк каркаса, как показано на рис. 5. Длина каркаса должна быть несколько меньше длины стержня (на 1-2 мм).

Несмотря на то что такой каркас изготовляется без клея, он при аккуратном выполнении обладает большой прочностью. Собранный каркас (рис. 5) надевается на болванку, и в том случае, если он держится на ней неплотно, между каркасом и болванкой следует проложить полоску картона или обвернуть болванку несколькими слоями бумаги.

Если у радиолюбителя имеются дрель и тиски, намотка катушки трансформатора не представляет больших трудностей. В тисках нужно зажать в горизонтальном положении дрель, в патрон которой зажать гвоздь болванки. При вращении дрели гильза ни в коем случае не должна бить вследствие перекосов или эксцентриситета, так как витки будут ложиться неправильно, что затруднит процесс намотки, ухудшит её качество, вследствие чего обмотка займёт значительно больше места. После того как каркас укреплён в патроне дрели, следует заготовить полоски из бумаги, лакоткани или другого изоляционного материала, ширина которых должна быть на 4-5 мм больше расстояния между щеками гильзы.


Выводы обмоток (за исключением обмоток накала) ни в коем случае нельзя делать той же проволокой, а многожильным, хорошо изолированным проводом длиной 10-12 см, к которому припаивается намоточный провод. Место спайки нужно хорошо изолировать путем обвертывания его кусочком лакоткани, укрепить катушку с проволокой, как показано на рис. 6, и приступить к намотке.

При намотке рекомендуется вращать рукоятку дрели правой рукой, а локоть левой руки класть на стол так, чтобы пальцы, держащие провод, находились на расстоянии 20-30 см перед каркасом. Таким способом легче производить намотку виток к витку (витки реже, сбиваются).

Если радиолюбитель не располагает счетчиком, то после намотки каждого слоя следует сосчитать количество витков в слое и записать результат.

Считать витки можно и так. Сначала определить, сколько оборотов делает патрон дрели за один оборот рукоятки, и записывать число сделанных оборотов, предварительно умножив на полученное отношение. Например: за один оборот рукоятки дрели патрон делает 3,8 оборота, следовательно, за 100 оборотов, сделанных рукой во время намотки, будет намотано 380 витков.

Каждый слой наматываемой обмотки следует прокладывать заготовленной полоской бумаги и внимательно следить, чтобы последние витки каждого слоя не проваливались между щекой в нижний слой, так как в этом месте возможен пробой изоляции между слоями, который можно объяснить следующим. В нашем расчёте получилось, что на один вольт приходится 5 витков, а в двух слоях высоковольтной обмотки укладывается 192х2 = 384 витка, следовательно, эффективное напряжение, действующее между двумя слоями, будет равно 386/5, или 77 В, а амплитудное напряжение — 108 В, что при нагреве обмоток может привести к пробою изоляции.

Перед тем как приступить к намотке вторичных обмоток, в первую очередь высоковольтной, поверх первичной обмотки следует положить два слоя лакоткани или два-три слоя кабельной бумаги. Все обмотки должны быть хорошо изолированы друг от друга.

Выводные концы обмоток следует располагать на какой-либо одной стороне щёк катушки, в противном случае их легко попортить при набивке катушки, особенно если пластины изготовлены с просечкой, как показано на рис. 7. Для набивки стальными пластинами катушку кладут на стол, после чего одну половину пластин располагают с правой стороны катушки, а другую с левой. Набивка производится вперекрышку, т. е. одна пластина вдвигается в катушку с правой стороны, а другая с левой. Обычно готовые пластины с одной стороны бывают покрыты лаком, поэтому при набивке катушки нужно следить, чтобы лакированные стороны пластин были всегда обращены вверх или вниз. Набивку пластин нужно производить с максимальной плотностью, для чего перед окончанием набивки сердечник следует спрессовать путём сжатия его в тисках и тогда можно будет вставить еще большее количество пластин.

Собранный сердечник трансформатора следует со всех сторон подбить молотком, чтобы все пластины улеглись в ровную стопку, а после этого стянуть сердечник шпильками.

Изготовленный трансформатор следует испытать, включив его в электросеть. Если по истечении одного-двух часов обмотки не нагреются, значит трансформатор рассчитан и сделан правильно.

Нагрев обмотки может объясняться наличием замкнутых витков (неаккуратная намотка). Перед тем как трансформатор включить, необходимо проверить, чтобы выводные концы обмотки случайно не замкнулись между собой. Дребезжание пластин сердечника указывает на неплотную сборку. В этом случае нужно вставить сердечник ещё несколько штук пластин и сильнее затянуть тайки на шпильках. Если радиолюбитель располагает вольтметром переменного тока или авометром, следует проверить напряжения на всех вторичных обмотках.

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором . Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания , начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (I н на напряжение питания прибора (U н ). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

P=U н * I н

Где U н – напряжение в вольтах; I н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД ). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным , но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см .) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.

Где S — площадь сечения магнитопровода; P тр — мощность трансформатора; 1,3 — усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов — «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.

Входное напряжение (В):

Габаритный размер a (см):

Габаритный размер b (см):

Габаритный размер c (см):

Габаритный размер h (см):

Выходное напряжение (В):


Результаты расчета

Мощность:

Первичная обмотка

Количество витков (Шт):

Диаметр провода (мм):

Вторичная обмотка

Количество витков (Шт):

Диаметр провода (мм):

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.


Существуют , позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора. Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками. Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления. Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.


Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами — броневым, стержневым и . Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

  • Что делать, если вы приобрели б/у оборудование?
  • Самостоятельный расчет обмотки мощности трансформатора
  • Формула расчета мощности
  • Закрепление пройденного материала расчета мощности

Каждый из нас знает, что такое трансформатор. Он служит для преобразования напряжения в большее или меньшее значение. Когда мы приобретаем трансформатор в специализированных магазинах, как правило, в инструкции к ним имеется полное техническое описание. Вам нет необходимости считать все его параметры и измерять их, так как они все уже подсчитаны и выведены заводом-изготовителем. В инструкции вы сможете найти такие параметры, как мощность трансформатора, входное напряжение, выходное напряжение, количество вторичных обмоток, если их количество превышает одну.

Что делать, если вы приобрели б/у оборудование?

Но если к вам в руки попало уже использовавшееся оборудование и его функциональность вам неизвестна, необходимо самостоятельно рассчитать обмотку трансформатора и его мощность. Но как рассчитать обмотку трансформатора и его мощность хотя бы приблизительно? Стоит отметить, что такой параметр, как мощность трансформатора, очень важный показатель для данного устройства, так как от него будет зависеть, насколько функциональным будет устройство, собранное из него. Чаще всего его используют для создания блоков питания.

В первую очередь следует обозначить, что мощность трансформатора зависит от потребляемого тока и напряжения, которые необходимы для его функционирования. Для того чтобы подсчитать мощность, вам необходимо перемножить эти два показателя: силу потребляемого тока и напряжение питания устройства. Данная формула знакома каждому еще со школьной скамьи, выглядит она следующим образом:

P=Uн*Iн, где

Uн — напряжение питания, измеряется в вольтах, Iн — сила потребляемого тока, измеряется в амперах, P — потребляемая мощность, измеряется в ваттах.

Если у вас имеется трансформатор, который вы бы хотели измерить, то можете делать это прямо сейчас по следующей методике. Для начала необходимо осмотреть сам трансформатор и определиться с его типом и используемыми в нем сердечниками. Всматриваясь в трансформатор, необходимо понять, какой тип сердечника в нем используется. Самым распространенным считается Ш-образный тип сердечника.

Данный сердечник используется в не самых лучших трансформаторах, с точки зрения коэффициента полезного действия, но их вы можете легко найти на прилавках магазинов по продаже электротехники или выкрутить у старой и неисправной техники. Доступность и достаточно низкая цена делают их достаточно популярными среди любителей собрать устройство своими руками. Также можете приобрести тороидальный трансформатор, который иногда называют кольцевым. Он значительно дороже первого и обладает лучшим коэффициентом полезного действия и другими качественными показателями, используется в достаточно мощных и высокотехнологичных устройствах.

Вернуться к оглавлению

Самостоятельный расчет обмотки мощности трансформатора

Воспользовавшись книгами по радиотехнике и электронике, мы можем самостоятельно рассчитать со стандартным Ш-образным сердечником. Для того чтобы рассчитать мощность такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода. Что касается стандартных трансформаторов с Ш-образным сердечником, размер сечения магнитопровода будет измеряться длиной поставленных пластин, выполненных из специальной электротехнической стали. Итак, для того чтобы определить сечение магнитопровода, необходимо перемножить два таких показателя, как толщина набора пластин и ширина центрального лепестка Ш-образной пластины.

Взяв линейку, мы сможем измерить ширину набора излучаемого трансформатора. Очень важно, что лучше всего все измерения проводить в сантиметрах, как и вычисления. Это сможет исключить появления ошибок в формулах и избавит вас от ненужных вычислений в переводы с сантиметров на метры. Итак, образно возьмем ширину рядов, равную трем сантиметрам.

Дальше необходимо измерить ширину его центрального лепестка. Данная задача может стать проблемной, так как многие трансформаторы могут по своим технологическим особенностям быть закрыты пластиковым каркасом. В таком случае вам будет нельзя, предварительно не видя реальной ширины, сделать какие-либо расчеты, которые хотя бы близко будут походить на реальные. Для того чтобы измерить данный параметр, вам понадобится поискать такие места, где это было бы возможно сделать. В ином случае можно аккуратно разобрать его корпус и измерить данный параметр, но стоит делать это с ювелирной точностью.

Вернуться к оглавлению

Формула расчета мощности

Найдя открытое место или разобрав прибор, вы сможете измерить толщину центрального лепестка. Абстрактно возьмем данный параметр, равный двум сантиметрам. Стоит напомнить, что, примерно рассчитывая мощность, следует как можно точнее проводить измерения. Далее вам необходимо перемножить размер набора магнитопровода, равного трем сантиметрам, и толщину лепестка пластины, равную двум сантиметрам. В итоге мы получаем сечение магнитопровода в шесть квадратных сантиметров. Чтобы делать дальнейший расчет, вам необходимо ознакомиться с такой формулой, как S=1,3*√Pтр, где:

  1. S — это площадь сечения магнитопровода.
  2. Pтр — это мощность трансформатора.
  3. Коэффициент 1,3 является усредненным значением. 2=20.35 Вт

    После всех подсчетов получаем абстрактное значение в 20,35 ватт, которое будет тяжело найти в трансформаторах с Ш-образным сердечником. Реальные значения колеблются в области семи ватт. Данной мощности будет вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для аппаратуры, работающей на звуковых частотах и имеющей мощность в пределах от 3 до 5 ватт.

    В комплекте домашнего мастера необходимо иметь паяльник, иногда даже несколько разных мощностей и конструкций. Промышленность выпускает много различных моделей, их не сложно приобрести. На фото показан работающий образец выпуска 80-х годов.

    Однако, многих умельцев интересуют самодельные конструкции. Одна из них на 80 ватт показана фотографиями ниже.

    Этим паяльником удавалось спаивать медные провода 2,5 квадрата на улице при морозе и менять транзисторы и другие компоненты электронных схем на печатных платах в лабораторных условиях.

    Принцип работы

    Паяльник «Момент» работает от электрической сети ~220 вольт, представляя собой обыкновенный трансформатор, у которого вторичная обмотка закорочена медной перемычкой. При включении под напряжение на несколько секунд через нее протекает ток короткого замыкания, разогревающий медный наконечник паяльника до температур, расплавляющих припой.

    Первичная обмотка подключается шнуром с вилкой в розетку, а для подачи напряжения используется выключатель с механическим пружинным самовозвратом. Когда кнопка нажата и удерживается, то через наконечник паяльника идет ток нагрева. Стоит только отпустить кнопку, как нагрев сразу прекращается.

    В некоторых моделях, для удобства работы при недостаточном освещении, от первичной обмотки по принципу автотрансформатора делают отвод на 4 вольта, которые подводят к патрону с лампочкой от карманного фонарика. Направленный свет собранного источника освещает место пайки.


    Конструкция трансформатора

    Перед началом сборки паяльника следует определиться с его мощностью. Обычно 60 ватт хватает для выполнения простых электромонтажных и радиолюбительских работ. Чтобы постоянно паять транзисторы и микросхемы желательно мощность снизить, а для обработки массивных деталей ее увеличивают.

    Для изготовления потребуется использовать силовой трансформатор соответствующей мощности, желательно от старых устройств выпуска времен СССР, когда вся электротехническую сталь магнитопроводов производилась по требованиям ГОСТ. К сожалению, у современных конструкций встречаются факты изготовления трансформаторного железа из низкокачественной и даже обычной стали, особенно в дешевых китайских устройствах.

    Виды магнитопровода

    Железо необходимо подбирать по мощности передаваемой энергии. Для этого допустимо использовать не один, а несколько одинаковых трансформаторов. Форма магнитопровода может быть прямоугольной, круглой или Ш-образной.


    Использовать можно железо любой формы, но удобнее выбрать броневой пластинчатый потому, что у нее более высокий кпд передачи мощности и она позволяет делать составные конструкции путем простого добавления пластин.

    При выборе железа следует обращать внимание на отсутствие воздушного зазора, который используется только в дросселях для создания магнитного сопротивления.

    Методика упрощенного расчета

    Как подобрать железо по требуемой мощности трансформатора

    Сразу оговоримся, что предлагаемая методика разработана опытным путем и позволяет в домашних условиях из случайно подобранных деталей собирать трансформатор, который нормально работает, но может при определенных стечениях обстоятельств выдавать немного отличающие параметры от расчетных. Это несложно исправить доводкой, которая в большинстве случаев не требуется.

    Связь между объемом железа и мощностью первичной обмотки трансформатора выражается через поперечное сечение магнитопровода и представлена на рисунке.


    Мощность первичной обмотки S1 больше вторичной S2 на величину кпд ŋ.

    Площадь сечения прямоугольника Qc вычисляется по известной формуле через его стороны, которые легко замерить простой линейкой или штангенциркулем. Для броневого трансформатора объем железа требуется меньше на 30%, чем для стержневого. Это хорошо видно из приведенных эмпирических формул, где Qc выражена в сантиметрах квадратных, а S1 — в ваттах.

    Для каждого вида трансформатора по своей формуле вычисляется мощность первичной обмотки через Qc, а затем через кпд оценивается ее величина во вторичной цепи, которая будет разогревать жало паяльника.

    Например, если для 60 ватт мощности выбран Ш-образный магнитопровод, то его сечение Qc=0,7∙√60=5,42см 2 .

    Как подобрать диаметр провода для обмоток трансформатора

    В качестве материала для провода следует использовать медь, которая покрыта слоем лака для изоляции. При намотке витков на катушки лак исключает появление межвитковых замыканий. Толщина провода подбирается по максимальному току.

    Для первичной обмотки мы знаем напряжение 220 вольт и определились с первичной мощностью трансформатора, подбирая поперечное сечение для магнитопровода. Разделив ватты этой мощности на вольты первичного напряжения, получим ток обмотки в амперах.

    Например, для трансформатора мощностью 60 ватт ток в первично обмотке получится меньше 300 миллиампер: 60 [ватт]/220 [вольт]=0,272727. .[ампера].

    Таким же способом вычисляется ток вторичной обмотки от своих величин напряжения и мощности. В нашем случае это не нужно: обмотка из двух витков, напряжение будет маленькое, а ток большой. Поэтому поперечное сечение токовода выбирается с огромным запасом из медной шинки, которая максимально снизит потери от электрического сопротивления вторичной обмотки.

    Определив ток, например, 300 мА, можно вычислить диаметр провода по эмпирической формуле: d провода [мм]=0,8∙√I [А]; или 0,8∙√0,3=0,8 0.547722557505=0,4382 мм.

    Такая точность, естественно, не нужна. Вычисленный диаметр позволит очень длительно и надежно работать трансформатору без перегрева на максимальной нагрузке. А мы делаем паяльник, который периодически включается всего на пару секунд. Затем отключается и остывает.

    Практика показала, что для этих целей вполне подходит диаметр 0,14÷0,16 мм.

    Как определить число витков обмотки

    Напряжение на выводах трансформатора зависит от количества витков и характеристик магнитопровода. Обычно мы не знаем марки электротехнической стали и ее свойства. Для наших целей этот параметр просто усредняется, а весь расчет количества витков упрощается до вида: ώ=45/Qc, где ώ — число витков, приходящихся на 1 вольт напряжения на любой обмотке трансформатора.

    Например, для рассматриваемого трансформатора в 60 ватт: ώ=45/Qc =45/5,42=8,3026 витка на вольт.

    Поскольку мы подключаем первичную обмотку на 220 вольт, то для нее число витков составит величину ω1=220∙8,3026=1827 витков.

    Во вторичной цепи используется 2 витка. Они выдадут напряжение всего около четверти вольта.

    Для равномерного распределения витков проволоки внутри магнитопровода необходимо изготовить каркас из электротехнического картона, гетинакса или стеклотекстолита. Технология работ показана на рисунке, а размеры выбирают с учетом конструкции магнитопровода. Изолированные каркасом обмотки располагают в катушке, вокруг которой собирают пластины магнитопровода.


    Часто удается использовать заводской каркас, но если для повышения мощности необходимо добавить пластины, то придется увеличить габариты. Детали из картона можно сшить обыкновенными нитками или склеить. Корпус из стеклотекстолита при точной подгонке деталей можно собирать даже без клея.

    При изготовлении катушки надо постараться как можно больше пространства выделить для размещения обмоток, а при намотке витков располагать их вплотную и равномерно. При размещении провода «внавал» может просто не хватить места и всю работу придется переделывать.

    В приведенном на фотографии паяльнике вторичная обмотка изготовлена из медной шинки с прямоугольным сечением. Его размеры 8 на 2 мм. Можно использовать и другие профили. К примеру, круглую проволоку удобно будет изгибать для размещения внутри магнитопровода. С плоской шинкой пришлось усердно повозиться, использовать тиски, молоток, шаблоны и напильник для равномерного изгиба строго по конфигурации каркаса катушки.


    На рисунке в позиции 1 показана плоская шинка. После изготовления каркаса нужно определить ее длину, учитывая расстояние, которое уйдет на витки и дистанцию до наконечника из медной проволоки.

    В положении 2 она примерно посередине плавно изгибается в тисках небольшими ударами молотка с соблюдением плоскости ориентирования. При переходе изгиба через прямой угол необходимо использовать шаблон из мягкой стали с формой, строго соответствующей размерам каркаса катушки, в которую обмотка будет помещаться.

    Шаблон значительно облегчает слесарные работы по приданию обмотке нужной формы. Вокруг него вначале обвивается одна половина шинки, что показано на позициях 4, 5 и 6, а затем другая (см 7 и 8).

    Для облегчения понимания процесса рядом с изображениями шинки на позициях черными линиями с небольшими искажениями показана последовательность изгибов.

    На позиции 8 условно показано сечение А-А. Около него надо будет выполнить изгиб шинки на 90 градусов для удобства работы, как показано на фотографии.

    Если возникнут изгибы, которые мешают свободно размещать силовую обмотку внутри каркаса катушки, то их можно спилить напильником. Витки металла не должны соприкасаться между собой и корпусом. Для этого их разделяют слоем не толстой изоляции.

    На концах вторичной обмотки высверливают отверстия и нарезают резьбу для вкручивания винтов М4. Они служат для крепления медного наконечника из проволоки 2,5 или 1,5 квадрата. Поскольку напряжение на вторичной обмотке очень маленькое, то за качеством электрических контактов наконечника надо следить, поддерживать их в чистоте, очищать от окислов и надежно прожимать гайками с шайбами.

    Изготовление первичной обмотки паяльника

    После того как силовая обмотка паяльника готова и изолирована станет понятно сколько свободного места осталось в катушке для тонкой проволоки. При дефиците пространства витки располагают плотно между собой.

    Намоточная проволока состоит из медной жилы и одного или нескольких слоев лака и обозначается маркировкой ПЭВ-1 (однослойное покрытие лаком), ПЭВ-2 (два слоя), ПЭТВ-2 (более термостойкий, чем ПЭВ-2), ПЭВТЛК-2 (термостойкий специальный).

    Измеряя диаметр провода микрометром, следует уменьшать полученное показание на толщину изоляции. Но эта общая рекомендация для нашего паяльника не критична.

    Учитывая работу в условиях нагрева от марки ПЭВ-1 лучше отказаться, кстати, мотать его «внавал» тоже не рекомендуется.

    Обычно проволоку на катушку наматывают на самодельных станках.


    При надетой на каркас силовой обмотке придется витки делать вручную и записывать на бумаге их количество через определенный интервал, например, сто или двести.

    Перед началом работы следует припаять к началу обмотки многожильный провод в прочной изоляции, желательно марки МГТФ. Он будет длительно выдерживать многократные изгибы, нагрев, механические воздействия. Соединение концов выполняется пайкой, изолируется. Флюс выбирается только канифоль, кислота не допускается.

    Гибкая жила закрепляется в катушке от выдергивания и выводится наружу через отверстие в боковой стенке. После окончания намотки второй конец обмотки тоже припаивают к проводу МГТФ, который выводят наружу.

    Поскольку на провод будет подано 220 вольт, то его следует хорошо изолировать от корпуса и вторичной обмотки.

    Доводка конструкции

    После намотки катушки на нее плотно устанавливают железо, закрепляя его клиньями от выпадения. До окончательной сборки корпуса можно проверить работу паяльника подачей напряжения в первичную обмотку для разогрева наконечника и оценить вольтамперную характеристику.


    Если собранная конструкция хорошо паяет, то этим можно и не заниматься. Но, для сведения: желательно угадать рабочую точку ВАХ в месте перегиба кривой, когда железо достигло своего насыщения. Делается это изменением числа витков.

    Способ определения основан на подаче переменного напряжения от регулируемого источника на обмотку трансформатора через амперметр и вольтметр. Делается несколько замеров и по ним строится график, показывающий точку перелома (насыщения железа). Затем принимается решение об изменении числа витков.

    Ручка, корпус, выключатель

    В качестве выключателя подойдет любая кнопка с самовозратом, рассчитанная на токи до 0,5 А. На фотографии показано микропереключатель от старого магнитофона.

    Ручка паяльника сделана из двух половинок твердого дерева, в которых вырезаны полости для размещения проводов, кнопки и лампочки. Вообще-то, подсветка не обязательна, для нее надо делать отдельную отпайку или резистивно-емкостной делитель.

    Половинки ручек стянуты шпильками с гайками. На них же монтируется металлический хомут крепления, который необходимо изолировать от железа магнитопровода.

    Показанная на фотографии открытая самодельная конструкция корпуса обеспечивает лучшее охлаждение, но от работника требует внимания и соблюдения правил безопасности.

    Бравый Алексей Семенович

    Как расситать диаметр провода первичной и вторичной обмотки трансформатора

    РасчетБлок питания, Расчет трансформатора, Ремонт трансформаторов1 комментарий к записи Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки

    Содержание:

    Чем толще, тем лучше, но с условием, что он поместится в окно магнитопровода. Если окно небольшое, то желательно посчитать ток каждой наматываемой обмотки, чтобы рассчитать  оптимальный диаметр провода обмотки трансформатора из имеющихся в наличии.

    Рассчитать ток катушки можно по формуле:

    I = P / U

    I – ток обмотки,

    P – мощность потребляемая от данной обмотки,

    U – действующее напряжение данной обмотки.

    Например, у меня потребляемая мощность 31 Ватт и вся она будет отдаваться катушками «III» и «IV».

    31 / (12,8+12,8) = 1,2 Ампер

    Диаметр  провода обмотки трансформатора, первичной или вторичной  можно вычислить по формуле:

    D = 1,13 √(I / j)

    D – диаметр провода в мм,

    I – ток обмотки в Амперах,

    j – плотность тока в Ампер/мм².

    Конструкция трансформатора Плотность тока (а/мм2) при мощности трансформатора (Вт)
    5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
    Однокаркасная 3,0-4,0 2,5-3,0 2,0-2,5 1,7-2,0 1,4-1,7
    Двухкаркасная 3,5-4,0 2,7-3,5 2,4-2,7 2,0-2,5 1,7-2,3
    Кольцевая 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,5 3,0-3,5 2,5-3,0

    Пример:

    Ток, протекающий через катушки «III» и «IV» – 1,2 Ампера.

    А плотность тока я выбрал – 2,5 А/ мм².

    1,13√ (1,2 / 2,5) = 0,78 мм

    У меня нет провода диаметром 0,78 мм, но зато есть провод диаметром 1,0мм. Поэтому, я на всякий случай посчитаю, хватит ли мне места для этих катушек.

    На картинке два варианта конструкции каркаса: А – обычная, В– секционная.
    1. Количество витков в одном слое.
    2. Количество слоёв.

    Ширина моего не секционированного каркаса 40мм.

    Мне нужно намотать 124 витка проводом 1,0 мм, у которого диаметр с изоляцией равен 1,08 мм. Таких обмоток требуется две.

    124 * 1,08 * 1,1 : 40 ≈ 3,68 слоя

    1,1 – коэффициент. На практике, при расчёте заполнения нужно прибавить 10 – 20% к полученному результату. Я буду мотать аккуратно, виток к витку, поэтому добавил 10%.

    Получилось 4 слоя провода диаметром 1,08мм. Хотя, последний, четвёртый слой заполнен только на несколько процентов.

    Определяем толщину обмотки:

    1,08 * 4 ≈ 4,5 мм

    У меня в распоряжении 9мм глубины каркаса, а значит, обмотка влезет и ещё останется свободное место.

    Ток катушки «II» вряд ли будет больше чем – 100мА.

    1,13√ (0,1 / 2,5) = 0,23 мм

    Диметр провода катушки «II» – 0,23мм.

    Это малюсенькая по заполнению окна обмоточка и её можно даже не принимать в расчёт, когда остаётся так много свободного места.

    Конечно, на практике у радиолюбителя выбор проводов невелик. Если нет провода подходящего сечения, то можно намотать обмотку сразу несколькими проводами меньшего диаметра. Только, чтобы не возникло перетоков, мотать нужно одновременно двумя, тремя или даже четырьмя проводами. Перетоки, возникают тогда, когда есть даже незначительные отклонения в длине обмоток соединённых параллельно. При этом, из-за разности напряжений, возникает ток, который греет обмотки и создаёт лишние потери.

    Перед намоткой в несколько проводов, сначала нужно посчитать длину провода обмотки, а затем разрезать провод на требуемые куски.

    Длина проводов будет равна:

    L = p * ω * 1,2

    L – длина провода,

    p – периметр каркаса в середине намотки,

    ω – количество витков,

    1,2* – коэффициент.

    Укладывать обмотку при намотке в несколько проводов сложно и утомительно, поэтому лучше перестраховаться и использовать этот коэффициент, компенсирующий ошибки расчёта и неаккуратной укладки.

    Толстый провод необходимо мотать виток к витку, а более тонкие провода можно намотать и в навал. Главное, чтобы обмотка поместилась в окно магнитопровода.

    Если намотка производится аккуратно без повреждения изоляции, то никаких прокладок между слоями можно не применять, так как, при постройке УНЧ средней мощности, большие напряжения не используются. Изоляция же обмоточного провода рассчитана на напряжение в сотни вольт. Чем толще провод, тем выше пробивное напряжение изоляции провода. У тонкого провода пробивное напряжение изоляции около 400 Вольт, а у толстого может достигать 2000 Вольт.

    Закрепить конец провода можно обычными нитками.

    Если при удалении вторичной обмотки повредилась межобмоточная изоляция, защищающая первичную обмотку, то её нужно обязательно восстановить. Тут можно применить плотную бумагу или тонкий картон. Не рекомендуется использовать всякие синтетические материалы вроде скотча, изоленты и им подобные.

    Если катушка разделена на секции для первичных и вторичных обмоток трансформатора, то тогда и вовсе можно обойтись без изоляционных прокладок.

    Видео: Расчет сечения провода в силовом трансформаторе. Excel

    Пример использования Excel в качестве универсального калькулятора для расчета диаметра провода в импульсном трансформаторе. Произведен расчет зависимости максимального тока от сечения проводника.

    Расчёт и перемотка трансформатора

    Специальное устройство для намотки катушек трансформаторов тока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

    Специальное устройство для намотки катушек трансформаторов тока

    Е. А. Антипова, Л.К. Гостищева, А.И. Сижажев, Ф.М. Шогенова

    ГОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им Х.М. Бербекова», Нальчик, Россия (360004, Нальчик, ул. Чернышевского, 173).

    Аннотация: Промышленные станки обеспечивают намотку катушек трансформаторов тока круглого контура. В возникшей необходимости на предприятии в намотке катушек квадратного контура и для расширения технологических возможностей имеющегося станка предложено специальное приспособление. Оно устанавливается на станке посредством плиты, на которой закреплено все устройство. Катушка базируется по внутреннему контуру. Намотка осуществляется челноком-шпулей, принадлежащей станку, при этом катушка перемещается относительно челнока-шпули по траектории, соответствующей шатунной кривой четырех шарнирного Х-образного механизма Чебышева.

    Ключевые слова: катушка, трансформатор, намотка, станок, приспособление, плита, шарнирный механизм, челнок-шпуля, кривошип.

    Для расширения технологических возможностей станка для намотки электрических тороидальных катушек используется специальное приспособление, конструкция которого приводится ниже. У7

    \\ ■ ■

    //

    Рисунок 2.

    Приспособление содержит установочно-зажимные опоры 1 (рис.1), выполненные в виде Г-образных ложементов для каркаса 22 квадратного контура, которые центрируют его по поверхностям внутреннего контура. Каждая из установочно-зажимных опор снабжена роликом 2, ось вращения 3 которого параллельна установочно-зажимной плоскости опоры 1, а также направляющим элементом 4, который в свою очередь осуществляет взаимосвязь с валом 5. К валу 5 с помощью упругих элементов 6 присоединены установочно-зажимные опоры 1. Вал 5 с опорами 1 установлен в осевое гнездо корпуса 7. Корпус 7 снабжён фиксирующим механизмом 8 и жестко присоединенным к нему кулачком 9,установленным на валу 5, который находится в постоянном контакте с роликом 2. Вал 5 обладает возможностью поворота вокруг собственной оси с помощью рукоятки 10 и фиксации этого поворота с помощью фиксирующего механизма 8. Корпус 7 установлен и закреплен на свободном конце шатуна 11 четырех шарнирного — образного механизма Чебышева. Коромысло 12

    этого механизма шарнирно соединено с осью 13, прикрепленной к опорной

    плите приспособления 14, которое устанавливается и закрепляется на столе станка. Кривошип 16 четырех шарнирного /. -образного механизма Чебышева

    связан через шестерни 17 и 18 с шестерней 19, сидящей на выходном валу 20 привода коробки скоростей станка. Станок содержит вращающийся челнок -шпулю 21, относительно которого перемещается каркас 22, зажатый установочно-зажимными опорами 1. Кулачок 9, контактирующий с роликом 2 имеет такой профиль, который позволяет ему обеспечить установку двух противолежащих установочно-зажимных опор в положение зажима изделия по внутреннему контуру и поочередное перемещение установочно-зажимной опоры, попадающей в зону намотки, удаляя её из этой зоны. Помимо этого, профиль кулачка обеспечивает возможность минимального смещения одновременно двух смежных установочно-зажимных опор к центру кулачка при установке каркаса и съеме готовой катушки.

    Переустановкой каркаса катушки две смежные установочно-зажимные опоры 1 устанавливают относительно кулачка 9 в положение с зазором 2 (рис. (5- 3,0)0+Д)~ 2¥’2С1-Д)]

    Величина Ь берется в зависимости от длины прямоугольного участка катушки трансформатора.

    Расчёт длин г, а, I произведен из условия р=0,643.

    При подходе радиусных участков профиля катушки к зоне намотке рукояткой 10 вал 5 с опорами поворачивают вокруг собственной оси на 900, обеспечивая при этом вывод установочно-зажимной опоры, приближающееся к зоне намотки за пределы этой зоны.

    Таким образом, применение данного приспособления на станке, предназначенное для намотки только тороидальных катушек, позволит производить намотку катушек квадратного профиля, что также сократит номенклатуру используемых намоточных станков на участке.

    Литература

    1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Издательство «Наука»,1975. 640 с.

    2. Антипова Е.А., Гостищева Л.К., Кукина Н.В. Устройство для намотки катушек трансформаторов тока. Авторское свидетельство № 1576914.

    3. Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Справочное пособие. В 7 томах. 2-е изд., переработанное. М.: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1979. 560 с.

    4. Анурьев В. И.Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т.- 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. 920 с.

    5. Миньков Д.В., Зотов В.В., Белоусов М.Н., Башкиров О.М., Седин Е.Б. Автоматизированная система подготовки производства инновационной продукции // Инженерный вестник Дона, 2008, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2008/91/.

    6. Осипов В.А., Боева А.И. Альтернативный способ симметрирования тяговых нагрузок железных дорог переменного тока. // Инженерный вестник Дона, 2014, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2014/2428/.

    7. Heathcote MJ, The J&P. Transformer Book. 12th ed. London, UK: Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 1998.945 p.

    8. Zhang ZW, Wu B, Kang JS, Luo LF. A multi-purpose balanced transformer for railway traction applications. IEEE Transactions Power Delivery 2009. 711-718 p.

    9. П.Ф. Дунаев, О.П.Леликов Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для студ. техн спец. вузов . 8-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский центр «Академия». 2003. 496 с.

    10. М. Н. Иванов, В. А. Финогенов Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов 10-е изд., испр. М.: Высш. шк., 2006. 408 с.

    References

    1. Artobolevskiy I.I. Teoriya mekhanizmov i mashin [Theory of mechanisms and machines]. M.: Izdatel’stvo «Nauka», 1975. 640p.

    2. Antipova E.A., Gostishcheva L.K., Kukina N.V. Ustroystvo dlya namotki katushek transformatorov toka. [A device for winding the coils of current transformers]. Avtorskoye svidetel’stvo № 1576914.

    3. Artobolevskiy I. I. Mekhanizmy v sovremennoy tekhnike. [Mechanisms in modern engineering]. Spravochnoye posobiye. V 7 tomakh. 2-ye izd., pererabotannoye. M.: «Nauka». Glavnaya redaktsiya fiziko-matematicheskoy literatury, 1979. 560 p.

    4. Anur’yev V. I.Spravochnik konstruktora-mashinostroitelya. [Reference Design, Machinist]. V 3 t. 8-ye izd., pererab. i dop. Pod red. I. N. Zhestkovoy. M.: Mashinostroyeniye, 2001. 920 p.

    5. Min’kov D.V., Zotov V.V., Belousov M.N., Bashkirov O.M., Sedin Ye.B. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), №3 (2008) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2008/91.

    6. Osipov V.A., Boyeva A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), №2 (2014) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2428

    7. Heathcote MJ, The J&P. Transformer Book. 12th ed. London, UK: Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 1998.

    8. Zhang ZW, Wu B, Kang JS, Luo LF. A multi-purpose balanced transformer for railway traction applications. IEEE Transactions Power Delivery 2009; 24: 711-718.

    9. P.F. Dunayev, O.P.Lelikov Konstruirovaniye uzlov i detaley mashin. [Construction units and machine parts]. Ucheb. posobiye dlya stud. tekhn spets. vuzov. 8-ye izd., pererab. i dop. M.: Izdatel’skiy tsentr «Akademiya». 2003. 496 p.

    10.M. N. Ivanov, V. A. Finogenov Detali mashin. [Machine parts]. Uchebnik dlya mashinostroitel’nykh spetsial’nostey vuzov. 10-ye izd., ispr. M.: Vyssh. shk., 2006. 408 p.

    Трансформатор своими руками. Намотка трансформатора

    Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.

    Подбор материалов

    Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.

    Пропитка нужна для повышения времени работы, но, она повышает паразитную емкость катушки. Для этой цели применяют лак. Для простого трансформатора можно использовать масляный лак. Покрывается каждый слой. Сразу все слои пропитать невозможно. Лак не должен быстро засохнуть до окончания намотки.

    Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.

    Расчеты параметров самодельного трансформатора

    На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

    N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см2.

    Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

    Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

    Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

    • Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
    • Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
    • Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

    Количество витков первичной обмотки:

    берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

    Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

    Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

    Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

    Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе:  7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

    Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

    При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

    Изготовление каркаса катушки трансформатора своими руками

    Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.

    На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.

    Намотка трансформатора своими руками

    Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

    Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

    На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

    Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

    Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

    Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

    Окончание изготовления трансформатора своими руками

    Припаиваем выводные концы обмоток, изолируем поверхность простого трансформатора, подписываем на нем данные характеристики и производим сборку сердечника. После этого надо проверить этот простой трансформатор своими руками.

    Замеряем ток самодельного трансформатора вхолостую, он должен быть минимальным. Смотрим на нагрев. Если греется сердечник, то неправильно подобрано железо. Если нагрелись обмотки, значит, есть короткое замыкание. Если нормально, то замыкаем ненадолго вторичную обмотку, треска и сильного гудения не должно быть.

    Пример как сделать самодельный трансформатор

    Перейдем к изготовлению самого трансформатора. По готовому сердечнику рассчитаем мощность трансформатора, витки и провод, намотаем первичную и вторичную обмотки, соберем трансформатор полностью.

    Чтобы мотать трансформатор напряжением 220 на 12 вольт нам необходимо подобрать магнитный сердечник. Подбираем магнитный сердечник Ш-образный, и каркас от старого трансформатора. Чтобы определить мощность, выдаваемую простым трансформатором, необходимо произвести предварительный расчет.

    Расчет трансформатора

    Рассчитываем диаметр провода первичной обмотки. Мощность трансформатора Р1 = 108 Вт:

    Р1 = U1 x I1

    где: I1 – ток в первичной обмотке;

    тогда ток в первичной обмотке:

    I1 = Р1 / U1 = 108 Вт / 220 В = 0,49 А.

    Возьмем I1 = 0,5 ампера.

    Из таблицы диаметр провода в зависимости от тока выбираем допустимый ток 0,56 А, диаметр 0,6 мм.

    Самодельный трансформатор своими руками можно намотать без станка. На это уйдет два-три часа, не больше. Приготовим полоски бумаги для прокладки ее между слоями провода. Полоску вырезаем шириной равной расстоянию между щечками катушки трансформатора плюс еще пару миллиметров, чтобы бумага легла плотно, по краям витки не залезали друг на друга.

    Длину полоски делаем с запасом два сантиметра для склеивания. По краям полоску слегка надрезаем ножницами, чтобы при изгибе бумага не рвалась.

    Затем приклеиваем полоску бумаги на каркас, плотно пригладив ее.

    Намотка первичной обмотки

    Теперь берем провод от старой катушки, у которой провод с хорошей не потрескавшейся изоляцией. Конец провода вставляем в гибкую трубочку изоляции от старого использованного провода соответствующего подходящего диаметра. Просовываем конец обмотки в отверстие каркаса катушки (они уже имеются в старом каркасе).

    Катушка мотается плотно, виток к витку. Намотав 3-4 витка, нужно прижать витки, друг к другу, чтобы намотка витков была плотной. Чтобы мотать трансформатор после намотки первого слоя, необходимо посчитать количество витков в ряду. У нас получилось 73 витка. Делаем прокладку полоской бумаги. Наматываем второй слой. Во время намотки нужно все время держать провод в натянутом состоянии, чтобы намотка получалась плотной. После второго слоя также делаем прокладку из бумаги. Если не хватает длины провода, то соединяем с ним другой провод путем спайки. Лудим лакированный провод, нагрев конец паяльником на таблетке аспирина. При этом лак хорошо снимается.

    Когда намотка первичной обмотки закончена, то конец провода изолируем в трубочку и выводим наружу катушки. Между первичной и вторичной обмотками делаем обмоточную изоляцию. Можно мотать трансформатор дальше.

    Вторичная обмотка

    Рассчитаем диаметр провода вторичной обмотки самодельного трансформатора. Мощность вторичной обмотки примем:

    Р2 = 100 ватт

    Р2 = U2  x I2

    где:

    U2 = 18 вольт;

    I2 – ток;

    Допустимый ток во вторичной обмотке будет равен:

    I2 = Р2 / U2 = 100 Вт / 18 В = 5,55 А.

    Из таблицы диаметр в зависимости от тока: диаметр для тока 5,55 А – ближайшее значение в таблице 6,28 ампера. Для такого тока необходим диаметр провода 2 мм.

    Берем провод, который мы получили при сматывании старого трансформатора. Наматываем провод вторичной обмотки по такому же принципу, как и первичную обмотку. Провод вторичной обмотки намного жестче, поэтому, чтобы он ровно ложился при намотке, периодически его необходимо осаживать ударами молотка через деревянный брусок, чтобы не повредить изоляцию. У нас получилось 3 слоя вторичной обмотки. Получился готовый намотанный каркас простого трансформатора.

    Сборка трансформатора своими руками

    Для ускорения сборки берем по две Ш-образные пластины. Вставляем их внутрь каркаса поочередно с двух сторон по две штуки.

    Перекрывающие пластины пока не ставим. Они будут установлены позже. Если вставлять все пластины сразу всем пакетом, то между пластинами появляются зазоры и индуктивность всего сердечника падает. После сборки Ш-образных пластин самодельного трансформатора вставляем перекрывающие пластины, также по две штуки.

    После сборки сердечника аккуратно обстукиваем его плоскости молотком для выравнивания пластин. При помощи стоек и шпилек будем стягивать сердечник. По правилам на шпильки надеваются бумажные гильзы для снижения потерь в сердечнике.

    Концы обмоток зачищаем и лудим. Затем припаиваем к выводным планкам, которые можно прикрепить к каркасу трансформатора. Получился готовый трансформатор своими руками.

    Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

    23.7 Трансформаторы – College Physics: OpenStax

    Глава 23 Электромагнитная индукция, цепи переменного тока и электрические технологии

    Цели обучения

    • Объяснить, как работает трансформатор.
    • Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков, зная другие величины.

    Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. 1), который преобразует переменное напряжение 120 или 240 В в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 2. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества энергии требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

    Рисунок 1. Подключаемый трансформатор становится все более популярным в связи с распространением электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme) Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

    Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте — см. рис. 3, — основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной и вторичными катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

    Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

    Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{s}}}[/латекс] почти полностью зависит от входного напряжения [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{ p}}}[/latex] и соотношение количества петель в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение [latex]\boldsymbol{V_s}[/latex] равным

    [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}} = -N _{\textbf{s}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} ,[/латекс]

    , где [латекс]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/латекс] — количество витков вторичной обмотки, а [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/ латекс] — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ([латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{s}} = ЭДС _{\textbf{s}}}[/латекс]), при условии, что сопротивление катушки мало трансформаторы). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/latex] одинаково сторона. Входное первичное напряжение [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/латекс] также связано с изменением потока на

    [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{p}} = -N _{\textbf{p}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} . [/латекс]

    Причина этого немного тоньше. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению потока, вызванному входным напряжением [латекс]\жирный символ{V _{\textbf{p}}}[/латекс], поэтому знак минус (это пример собственная индуктивность , эта тема будет подробно рассмотрена в следующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

    [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}} [/латекс].

    Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках.

    Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. А 9Повышающий трансформатор 0015 увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

    [латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {p}} V _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {s}} V _ {\ textbf {s}} = P_{\textbf{s}}}.[/латекс]

    Перестановка терминов дает

    [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {I _ {\ textbf {p}}} {I _ {\ textbf {s}}}} [/латекс].

    В сочетании с [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V _{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{s}}}{N _{\textbf {p}}}}[/latex], мы находим, что

    [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s}}}} [/ латекс]

    — соотношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

    Пример 1: Расчет характеристик повышающего трансформатора

    Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.

    Стратегия и решение для (a)

    Решаем [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\ textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] for [latex]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/latex], количество петель во вторичном, и введите известные значения. Это дает

    [латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p}} \frac {V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(50) \frac{100,000 \;\textbf{V}}{120 \;\ textbf{V}} = 4,17 \× 10^4}. \end{массив}[/латекс]

    Обсуждение для (a)

    Большое количество витков во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

    Стратегия и решение для (b)

    Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p }}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex ] и ввод известных значений. Это дает 94} = 12,0 \;\textbf{мА}} \end{массив}[/latex].

    Обсуждение для (b)

    Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь равна [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{p}} V_{\textbf{p}} =(10,00 \;\textbf{A})( 120 \;\textbf{В}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/латекс]. Это равно выходной мощности [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{s}} V_{\textbf{s}} =(12,0 \;\textbf{мА})(100 \ ;\textbf{кВ}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/latex], как мы и предполагали при выводе используемых уравнений.

    Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное показанному на рис. 4. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо повысить или понизить напряжение.

    Рисунок 4. Трансформаторы не работают на чистом входном напряжении постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

    Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

    Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

    Стратегия и решение для (a)

    Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение [латекс]\boldsymbol{\frac{V_s}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{s}}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] и ввод известных значений дает

    [латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p} } \frac{V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(200) \frac{15. 0 \;\textbf{V}}{120 \;\textbf{V}} = 25}. \end{массив}[/латекс]

    Стратегия и решение для (b)

    Текущие входные данные можно получить, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и вводом известных ценности. Это дает

    [латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{I _{\textbf{p}}} & \boldsymbol{I _{\textbf{s}} \frac {N_{\textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(16,0 \;\textbf{A}) \frac{25}{200} = 2,00 \;\textbf{А}}. \end{массив}[/латекс]

    Обсуждение

    Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз обратите внимание, что это решение основано на предположении о 100% эффективности, или выходная мощность равна входной ([latex]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = P_{\textbf{s}}}[/latex] ) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

    Трансформаторы

    имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в главе 23.7 Электробезопасность: системы и устройства.

    PhET Исследования: Генератор

    Генерировать электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

    Рис. 5. Генератор
    • Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
    • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

      [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex][латекс]\boldsymbol{=}[/latex][латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}}, [/ латекс]

      , где [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{s}}}[/latex] — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{p}}}[/латекс] и [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{s}}}[/латекс] повороты.

    • Токи [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex] в первичной и вторичной обмотках связаны by [латекс] \boldsymbol {\ frac {I _ {\ textbf {s}}} {I _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s} }}}[/латекс]
    • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

    Задачи и упражнения

    1: Подключаемый трансформатор, как на рис. 4, питает 90,00 В для системы видеоигр. а) Сколько витков во вторичной обмотке, если входное напряжение 120 В, а в первичной обмотке 400 витков? (б) Каков его входной ток, когда его выходной ток равен 1,30 А?

    2: Американка, путешествующая по Новой Зеландии, везет с собой трансформатор для преобразования стандартных новозеландских 240 В в 120 В, чтобы в поездке она могла пользоваться небольшими бытовыми приборами. а) Каково соотношение витков в первичной и вторичной обмотках ее трансформатора? б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландка, путешествующая по Соединенным Штатам, могла использовать этот же трансформатор для питания своих приборов на 240 В от 120 В?

    3: Кассетный магнитофон использует подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. а) Каков текущий вход? б) Какова потребляемая мощность? (c) Разумно ли такое количество энергии для небольшого электроприбора?

    4: (a) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарей, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток необходим для получения выходного тока 4,00 А? в) Какова потребляемая мощность?

    5: (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим, что эффективность 100%. (b) Если фактический КПД меньше 100%, должен ли входной ток быть больше или меньше? Объяснять.

    6: Универсальный трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, в которых может сниматься напряжение, что дает выходное напряжение 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В для первичной обмотки 280 В. повороты. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

    7: Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию на 12,0 кВ. Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение в 335 кВ. Вторичная часть этого трансформатора заменяется, чтобы его мощность могла составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности по модернизированным линиям электропередачи. а) Каково соотношение витков в новой вторичной обмотке по сравнению со старой вторичной обмоткой? (б) Каково отношение новой мощности по току к старой мощности (на 335 кВ) для той же мощности? (c) Если модернизированные линии электропередачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новой линии к потерям мощности в старой?

    8: Если выходная мощность в предыдущей задаче равна 1000 МВт, а сопротивление линии равно [латекс]\boldsymbol{2,00 \;\Омега}[/латекс], каковы были потери в старой и новой линии?

    9: Необоснованные результаты

    Электричество 335 кВ переменного тока от линии электропередачи подается в первичную катушку трансформатора. Отношение количества витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно [латекс]\жирный символ{N _{\textbf{s}}/N _{\textbf{p}} =1000}[/латекс]. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?

    10: Создайте свою собственную задачу

    Рассмотрим двойной трансформатор для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух ступеней. Первый — это трансформатор, который выдает гораздо большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение конечного каскада на основе входного напряжения первого каскада и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки). Также рассчитайте максимальный выходной ток конечной ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

    трансформатор
    устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
    уравнение трансформатора
    уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках; [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {s}}} {V _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}} }}[/латекс]
    Повышающий трансформатор
    трансформатор повышающий напряжение
    понижающий трансформатор
    трансформатор, понижающий напряжение

     

    Как рассчитать и собрать трансформатор на примере паяльника Момент

    В наборе домашнего мастера обязательно должен быть паяльник, иногда даже несколько разных мощностей и конструкций. Промышленность выпускает множество различных моделей, приобрести их не составит труда. На фото рабочий образец выпуска 80-х годов.

    Однако многих мастеров интересуют самодельные конструкции. Один из них на 80 Вт показан на фотографиях ниже.

    Этим паяльником можно было паять на морозе медные провода площадью 2,5 кв. кв., а также менять транзисторы и другие компоненты электронных схем на печатных платах в лабораторных условиях.

    Принцип работы

    Паяльник «Момент» питается от электрической сети ~220 вольт, представляя собой обычный трансформатор, у которого вторичная обмотка закорочена медной перемычкой. При включении на несколько секунд через него протекает ток короткого замыкания, нагревая медное жало паяльника до температур, плавящих припой.

    Первичная обмотка подключается шнуром с вилкой к розетке, а для подачи напряжения используется автоматический выключатель с механическим пружинным самовозвратом. Когда кнопка нажата и удерживается, через жало паяльника протекает ток нагрева. Как только вы отпустите кнопку, нагрев немедленно прекратится.

    В некоторых моделях для удобства работы при слабом освещении от первичной обмотки по принципу автотрансформатора сделан отвод на 4 вольта, который ведет к патрону с лампочкой от фонарика. Направленный свет собранного источника освещает место пайки.

    Конструкция трансформатора

    Перед началом сборки паяльника следует определить его мощность. Обычно для несложных электротехнических и радиолюбительских работ достаточно 60 Вт. Чтобы постоянно паять транзисторы и микросхемы, мощность желательно уменьшать, а для обработки массивных деталей увеличивать.

    Для изготовления потребуется использовать силовой трансформатор соответствующей мощности, желательно от старых приборов производства СССР, когда вся электротехническая сталь магнитопроводов производилась по требованиям ГОСТ. К сожалению, в современных конструкциях есть факты изготовления трансформаторного железа из низкосортной и даже обычной стали, особенно в дешевых китайских устройствах.

    Типы магнитопроводов

    Железо необходимо выбирать по мощности передаваемой энергии. Для этого допустимо использовать не один, а несколько одинаковых трансформаторов. Форма магнитопровода может быть прямоугольной, круглой или Ш-образной.

    Можно использовать железо любой формы, но удобнее выбрать бронеплиту, так как она обладает более высокой эффективностью передачи энергии и позволяет создавать составные конструкции, просто добавляя пластины.

    При выборе железа следует обратить внимание на отсутствие воздушного зазора, который используется только в дросселях для создания магнитного сопротивления.

    Упрощенная методика

    Как подобрать железо под необходимую мощность трансформатора

    Сразу оговоримся, что предлагаемая методика разработана опытным путем и позволяет собрать трансформатор из произвольно подобранных деталей в домашних условиях , который нормально работает, но может при определенных обстоятельствах выдавать немного отличающиеся от расчетных параметры. Это несложно исправить тонкой настройкой, которая в большинстве случаев не требуется.

    Зависимость между объемом железа и мощностью первичной обмотки трансформатора выражена через сечение магнитопровода и показана на рисунке.

    Мощность первичной обмотки S1 больше вторичной S2 на величину КПД ŋ.

    Площадь поперечного сечения прямоугольника Qc вычисляется по известной формуле через его стороны, которые легко измерить простой линейкой или штангенциркулем. Для бронированного трансформатора требуется на 30% меньше железа, чем для стержневого трансформатора. Это хорошо видно из приведенных эмпирических формул, где Qc выражено в квадратных сантиметрах, а S1 в ваттах.

    Для каждого типа трансформатора по его формуле рассчитывается мощность первичной обмотки через Qc, а затем через КПД оценивается ее значение во вторичной цепи, которая будет нагревать жало паяльника.

    Например, если выбрать магнитопровод Ш-образной формы на мощность 60 Вт, то его сечение Qc = 0,7∙√60 = 5,42 см 2 .

    Как подобрать диаметр провода для обмоток трансформатора

    В качестве материала провода следует использовать медь, которая покрыта слоем лака для изоляции. При намотке витков на катушки лак исключает появление межвитковых замыканий. Толщина провода подбирается по максимальному току.

    Для первичной обмотки знаем напряжение 220 вольт и определились с первичной мощностью трансформатора, подобрав сечение магнитопровода. Разделив ватты этой мощности на вольты первичного напряжения, получим ток обмотки в амперах.

    Например, для 60-ваттного трансформатора ток в первичной обмотке окажется меньше 300 миллиампер: 60 [ватт] / 220 [вольт] = 0,272727.. [ампер].

    Таким же образом рассчитывается вторичный ток из значений напряжения и мощности. В нашем случае в этом нет необходимости: обмотка из двух витков, напряжение будет маленькое, а ток большой. Поэтому сечение токопровода выбирается с огромным запасом от медной шины, что позволит минимизировать потери от электрического сопротивления вторичной обмотки.

    Определив ток, например, 300 мА, можно рассчитать диаметр провода по эмпирической формуле: d провода [мм] = 0,8 ∙ √I [А]; или 0,8 ∙ √0,3 = 0,8 0,547722557505 = 0,4382 мм.

    Такая точность, конечно, не нужна. Рассчитанный диаметр позволит трансформатору очень долго и надежно работать без перегрева при максимальной нагрузке. И делаем паяльник, который периодически включается буквально на пару секунд. Потом отключается и остывает.

    Практика показала, что для этих целей вполне подходит диаметр 0,14÷0,16 мм.

    Как определить количество витков обмотки

    Напряжение на зажимах трансформатора зависит от количества витков и характеристик магнитопровода. Обычно мы не знаем марку электротехнической стали и ее свойства. Для наших целей этот параметр просто усредняется, а весь расчет количества витков упрощается до вида: ώ = 45/Qc, где ώ — число витков на 1 вольт напряжения на любой обмотке трансформатора.

    Например, для рассматриваемого трансформатора на 60 Вт: ώ = 45/Qc = 45/5,42 = 8,3026 витков на вольт.

    Так как первичную обмотку мы подключаем на 220 вольт, то для нее количество витков будет ω1 = 220∙8,3026 = 1827 витков.

    Вторичная цепь использует 2 витка. Они будут выдавать напряжение всего около четверти вольта.


    Изготовление каркаса для катушки

    Для равномерного распределения витков провода внутри магнитопровода необходимо изготовить каркас из электрокартона, гетинакса или стеклотекстолита. Технология работы показана на рисунке, а размеры выбраны с учетом конструкции магнитопровода. Обмотки, изолированные каркасом, собраны в катушку, вокруг которой собраны пластины магнитопровода.

    Часто можно использовать заводскую раму, но если для увеличения мощности нужно добавить пластины, то придется увеличивать размер. Картонные детали можно сшить обычными нитками или склеить между собой. Кузов из стеклопластика с точной подгонкой деталей можно собрать даже без клея.

    При изготовлении катушки нужно постараться выделить как можно больше места для размещения обмоток, а при намотке катушек разместить их близко и ровно. При размещении провода «лаге» может просто не хватить места и всю работу придется переделывать.

    Изготовление вторичного паяльника

    В представленном на фотографии паяльнике вторичная обмотка выполнена из медного стержня прямоугольного сечения. Его размеры 8 на 2 мм. Вы можете использовать другие профили. Например, будет удобно согнуть круглый провод для размещения внутри магнитопровода. Пришлось потрудиться со спущенной шиной, использовать тиски, молоток, шаблоны и напильник для равномерного изгиба строго по конфигурации каркаса катушки.

    На рисунке в позиции 1 показана спущенная шина. После изготовления каркаса нужно определить его длину с учетом расстояния, которое будет идти до витков и расстояния до кончика медной проволоки.

    В положении 2 примерно посередине плавно сгибается в тисках небольшими ударами молотка с соблюдением плоскости ориентации. Когда изгиб проходит через прямой угол, необходимо использовать шаблон из мягкой стали, форма которого строго соответствует размерам каркаса катушки, в которую будет помещена обмотка.

    Шаблон значительно облегчает сантехнику для придания обмотке нужной формы. Вокруг него сначала оборачивают одну половину шины, показанную на позициях 4, 5 и 6, а затем другую (см. 7 и 8).

    Для облегчения понимания процесса рядом с изображениями шины показана последовательность изгибов в положениях с черными линиями с небольшим искажением.

    В позиции 8 условно показано сечение АА. Возле него надо будет согнуть покрышку 90 градусов для удобства работы, как показано на фото.

    Если возникают перегибы, мешающие свободно разместить силовую обмотку внутри каркаса катушки, их можно обрезать напильником. Витки металла не должны соприкасаться между собой и корпусом. Для этого их разделяет слой не толстого утеплителя.

    На концах вторичной обмотки сверлятся отверстия и нарезается резьба для затяжки винтов М4. Они служат для крепления медного наконечника из проволоки сечением 2,5 или 1,5 кв. Так как напряжение на вторичной обмотке очень мало, то за качеством электрических контактов наконечника необходимо следить, содержать их в чистоте, очищать от окислов и крепко сжимать гайками с шайбами.

    Изготовление первичной обмотки паяльника

    После того, как силовая обмотка паяльника готова и изолирована, становится понятно, сколько свободного места осталось в катушке для тонкого провода. При дефиците места витки тесно связаны между собой.

    Обмоточный провод состоит из медной жилы и одного или нескольких слоев лака и маркируется ПЭВ-1 (однослойный лак), ПЭВ-2 (два слоя), ПЭВ-2 (более термостойкий, чем ПЭВ- 2), ПЭВТЛК-2 ​​(жаростойкий специальный).

    Измерив микрометром диаметр провода, результат следует уменьшить на толщину изоляции. Но эта общая рекомендация не критична для нашего паяльника.

    Учитывая работу в условиях отопления, от марки ПЭВ-1 лучше отказаться, кстати, наматывать тоже не рекомендуется.

    Обычно проволоку наматывают на катушки на кустарных станках.

    При надевании силовой обмотки на каркас необходимо будет делать витки вручную и записывать их количество на бумаге через определенный интервал, например, сто или двести.

    Перед началом работ необходимо припаять к началу обмотки многожильный провод в прочной изоляции, желательно марки МГТФ. Он долго выдерживает многократные изгибы, нагревание, механические воздействия. Концы соединены пайкой, заизолированы. Флюс выбирается только канифоль, кислота не допускается.

    Гибкий сердечник закреплен в змеевике от вытягивания и вывода через отверстие в боковой стенке. Второй конец обмотки после намотки также припаивают к проводу МГТФ, который выводят наружу.

    Поскольку на провод будет подаваться 220 вольт, его следует хорошо изолировать от корпуса и вторичной обмотки.

    Доработка конструкции

    После намотки катушки на нее плотно насаживают утюг, фиксируя клиньями от выпадения. Перед окончательной сборкой корпуса можно проверить работу паяльника, подав напряжение на катушку первичную обмотку для нагрева острия и оценки ВАХ.

    Если собранная конструкция хорошо спаивается, то этого делать нельзя. Но, для справки: рабочую точку ВАХ желательно угадывать в точке перегиба кривой, когда железо достигает насыщения. Это делается изменением количества витков.

    Метод определения основан на подаче переменного напряжения от регулируемого источника на обмотку трансформатора через амперметр и вольтметр. Делается несколько измерений и на их основе строится график, показывающий точку разрушения (насыщение железом). Затем принимается решение об изменении количества витков.

    Ручка, корпус, переключатель

    В качестве переключателя подойдет любая кнопка с самовозвратом, рассчитанная на ток до 0,5 А. На фото микропереключатель от старого магнитофона.

    Ручка паяльника изготовлена ​​из двух половинок массива дерева, в которых прорезаны полости для размещения проводов, кнопок и лампочек. На самом деле подсветка не обязательна, для нее нужно делать отдельный отвод или резистивно-емкостной делитель.

    Половинки ручек стянуты шпильками и гайками. Также смонтировали металлический монтажный хомут, который необходимо изолировать от железа магнитопровода.

    Самодельная открытая конструкция корпуса, показанная на фото, обеспечивает лучшее охлаждение, но требует внимания и соблюдения техники безопасности от работника.

    Храбрый Алексей Семенович

    Трансформеры — Объяснение основ

    Объяснение различных типов трансформаторов

    Магазин трансформаторов

    Трансформатор представляет собой электротехническое устройство, которое по принципу электромагнитной индукции передает электрическую энергию из одной электрической цепи в другую, не изменяя частоты. Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо увеличивают, либо уменьшают переменное напряжение.

    Трансформаторы используются для удовлетворения самых разнообразных потребностей. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, такие, которые можно найти на электростанции, или достаточно маленькие, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с подставкой для зарядки видеокамеры. Независимо от формы или размера, цель трансформатора остается неизменной: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

    В настоящее время используется множество различных типов трансформаторов. В этом ресурсе более подробно рассматриваются силовые трансформаторы, автотрансформаторы, распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

    Как работают трансформаторы

    Важно помнить, что трансформаторы не генерируют электроэнергию; они передают электрическую мощность от одной цепи переменного тока к другой с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения управляемого пути для магнитного потока, создаваемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, также известные как катушки. Базовый трансформатор состоит из четырех основных частей. Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

    Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. При протекании тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке возникает переменное напряжение.

    Соотношение между числом фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Отношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками.

    Выходное напряжение трансформатора больше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышено и считается «повышающим трансформатором». Если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

    Конфигурации трансформатора

    Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.

    • Однофазный источник питания — Однофазные трансформаторы часто используются для подачи электроэнергии для освещения жилых помещений, розеток, кондиционирования воздуха и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей. Затем две части любой обмотки могут быть повторно соединены последовательно или параллельно.
    • Трехфазное питание — Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которой используется комплект из трех однофазных трансформаторов, или используется трехфазный трансформатор. Когда в преобразовании трехфазной мощности участвует значительная мощность, экономичнее использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника значительно экономит железо.
    • Треугольник и звезда Определено — Существуют две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. «Дельта» и «звезда» — греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводников на трансформаторах. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, то есть они соединены в одной общей точке.
    • Трехфазные трансформаторы — Трехфазные трансформаторы имеют шесть обмоток; три первичных и три вторичных. Шесть обмоток соединены производителем либо треугольником, либо звездой. Как указывалось ранее, первичная и вторичная обмотки могут быть соединены по схеме треугольник или звезда. Они не должны быть подключены в одной конфигурации в одном и том же трансформаторе. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

    Силовой трансформатор

    Силовой трансформатор используется в основном для передачи электроэнергии от линии электроснабжения к электрической цепи или к одному или нескольким компонентам системы. Силовой трансформатор, используемый с твердотельными цепями, называется выпрямительным трансформатором. Номинальные характеристики силового трансформатора определяются максимальным напряжением вторичной обмотки и пропускной способностью по току.

    Распределительный трансформатор

    Распределительный трансформатор опорного типа используется для подачи относительно небольшого количества электроэнергии в жилые дома. Он используется в конце системы подачи электроэнергии.

    Автотрансформатор

    Автотрансформатор представляет собой особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, на одной стороне которой имеется отвод, обеспечивающий либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником. Обмотки автотрансформатора связаны между собой как электрически, так и магнитно.

    Автотрансформатор изначально дешевле двухобмоточного трансформатора аналогичного номинала. Он также имеет лучшую стабилизацию (меньшие падения напряжения) и большую эффективность. Кроме того, его можно использовать для получения нейтрального провода трехпроводной сети 240/120 вольт, точно так же, как вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора. Автотрансформатор считается небезопасным для использования в обычных распределительных цепях. Это связано с тем, что первичные цепи высокого напряжения подключены непосредственно к вторичной цепи низкого напряжения.

    Изолирующий трансформатор

    Разделительный трансформатор — это уникальный трансформатор. Он имеет передаточное отношение 1:1. Следовательно, он не повышает или понижает напряжение. Вместо этого он служит защитным устройством. Он используется для изоляции заземленного проводника линии электропередачи от шасси или любой части нагрузки цепи. Использование изолирующего трансформатора не снижает опасности или поражения электрическим током при контакте со вторичной обмоткой трансформатора.

    Технически любой настоящий трансформатор, независимо от того, используется ли он для передачи сигналов или мощности, является изолирующим, поскольку первичная и вторичная обмотки соединены не проводниками, а только индукцией. Однако только трансформаторы, основной целью которых является изоляция цепей (в отличие от более распространенной функции трансформатора преобразования напряжения), обычно называют изолирующими трансформаторами.

    Приборный трансформатор

    Для измерения высоких значений тока или напряжения желательно использовать стандартные измерительные приборы малого диапазона вместе со специально сконструированными измерительными трансформаторами, также называемыми трансформаторами точного коэффициента. Трансформатор с точным коэффициентом соответствует своему названию. Он преобразуется с точным коэффициентом, позволяющим подключенному прибору измерять ток или напряжение, фактически не пропуская через прибор полную мощность. Требуется преобразовать относительно небольшое количество энергии, потому что единственная нагрузка, называемая нагрузкой, представляет собой тонкие подвижные элементы амперметра, вольтметра или ваттметра.

    Существует два типа измерительных трансформаторов:

    1. Ток — Используется с амперметром для измерения тока при переменном напряжении
    2. Потенциал — Используется с вольтметром для измерения напряжения (разности потенциалов) переменного тока.

    Трансформатор тока

    Трансформаторы тока относятся к типу приборных

    трансформаторов. Они используются для измерения

    электрических токов.

    Трансформатор тока имеет первичную обмотку из одного или нескольких витков толстой проволоки. Он всегда подключается последовательно в цепи, в которой измеряется ток. Вторичная катушка состоит из множества витков тонкого провода, который всегда должен быть подключен к клеммам амперметра. Вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна быть разомкнута. Это связано с тем, что первичка не подключена к постоянному источнику. Существует широкий диапазон возможных первичных напряжений, поскольку устройство можно подключать ко многим типам проводников. Вторичная обмотка всегда должна быть доступна (замкнута) для реакции с первичной, чтобы предотвратить полное намагничивание сердечника. Если это произойдет, приборы больше не будут точно считывать показания.

    Накладной амперметр работает аналогичным образом. При открытии зажима и размещении его вокруг проводника с током сам проводник действует как первичная обмотка с одним витком. Вторичка и амперметр удобно крепятся в рукоятке прибора. Циферблат позволяет точно измерять ряд текущих диапазонов.

    Трансформатор напряжения

    Трансформатор напряжения — это тщательно спроектированный, чрезвычайно точный понижающий трансформатор. Обычно он используется со стандартным 120-вольтовым вольтметром. Умножая показания вольтметра (называемые отклонениями) на коэффициент трансформации, пользователь может определить напряжение на стороне высокого напряжения. Общие коэффициенты трансформации составляют 10:1, 20:1, 40:1, 80:1, 100:1, 120:1 и даже выше.

    В целом трансформатор напряжения очень похож на стандартный двухобмоточный трансформатор, за исключением того, что он имеет очень небольшую мощность. Трансформаторы для этой службы всегда являются корпусными, поскольку доказано, что эта конструкция обеспечивает лучшую точность.

    Трансформаторы напряжения (подобные изображенному выше) предназначены для контроля однофазных и трехфазных напряжений в линиях электропередач в приложениях по измерению мощности.

    Трансформаторы постоянного напряжения

    — обзор видео

    (назад к трансформаторам)

    Рабочий лист повышающих, понижающих и изолирующих трансформаторов

    PDF-версия

  4. Вопрос 1

    Рассчитайте выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора, если первичное напряжение 35 вольт, вторичная обмотка имеет 4500 витков, а первичная обмотка имеет 355 витков.

    В вторичное =

    Показать ответ

    В вторичный = 443,7 В

    Примечания:

    Расчеты обмотки трансформатора — это просто упражнение в математических соотношениях. Если ваши ученики не сильны в своих навыках соотношения, этот вопрос дает приложение, чтобы отточить их!

  5. вопрос 2

    Рассчитайте ток нагрузки и напряжение нагрузки в этой цепи трансформатора:

    I нагрузка = В нагрузка =

    Показать ответ

    I нагрузка = 23,77 мА В нагрузка = 8,318 В

    Примечания:

    Большинство задач с трансформаторами представляют собой не более чем коэффициенты, но некоторым учащимся трудно справиться с коэффициентами. Подобные вопросы отлично подходят для того, чтобы учащиеся подходили к доске перед классом и демонстрировали, как они получили результаты.

  6. Вопрос 3

    Рассчитайте количество витков, необходимых во вторичной обмотке трансформатора для преобразования первичного напряжения 300 вольт во вторичное напряжение 180 вольт, если первичная обмотка состоит из 1150 витков провода.

    N вторичный =

    Показать ответ

    N вторичная обмотка = 690 витков

    Примечания:

    Большинство задач с трансформаторами представляют собой не что иное, как коэффициенты, но некоторым учащимся трудно справиться с коэффициентами. Подобные вопросы отлично подходят для того, чтобы учащиеся подходили к доске перед классом и демонстрировали, как они получили результаты.

  7. Вопрос 4

    Предскажите, как повлияют напряжения и токи всех компонентов в этой цепи в результате следующих неисправностей. Рассматривайте каждую неисправность отдельно (т. е. по одной, без множественных неисправностей):

    Трансформатор T 1 Неисправность первичной обмотки:
    Трансформатор Т 1 Неисправность первичной обмотки:
    Трансформатор T 1 Обрыв вторичной обмотки:
    Нагрузка закорочена:

    Для каждого из этих условий объясните, почему возникнут результирующие эффекты.

    Показать ответ

    Трансформатор T 1 Обрыв первичной обмотки: Нет тока через какой-либо компонент, нет напряжения на каком-либо компоненте вторичной стороны.
    Трансформатор T 1 Неисправность первичной обмотки, короткое замыкание: Большой ток через предохранитель (что приведет к его перегоранию), небольшой ток через вторичную обмотку или нагрузку, низкое напряжение на вторичной обмотке или нагрузке.
    Трансформатор T 1 Обрыв вторичной обмотки: Нет тока через какой-либо компонент вторичной обмотки, нет напряжения на каком-либо компоненте вторичной обмотки, небольшой ток через первичную обмотку.
    Короткое замыкание нагрузки: Большой ток через предохранитель (что приведет к его перегоранию), большой ток через вторичную обмотку и нагрузку, низкое напряжение на вторичной обмотке или нагрузке.

    Примечания:

    Цель этого вопроса состоит в том, чтобы подойти к области устранения неполадок цепи с точки зрения знания неисправности, а не только знания ее симптомов. Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, она помогает учащимся получить базовые знания, необходимые для диагностики неисправной цепи на основе эмпирических данных. За подобными вопросами должны следовать (в конечном итоге) другие вопросы, в которых учащимся предлагается определить вероятные неисправности на основе измерений.

  8. Вопрос 5

    Предположим, что 1200 витков медной проволоки намотаны на одну часть железного кольца, а 3000 витков проволоки намотаны на другую часть того же кольца. Если на катушку из 1200 витков подать напряжение переменного тока 15 вольт (среднеквадратичное значение), какое напряжение появится между концами катушки из 3000 витков?

    Показать ответ

    37,5 В переменного тока, среднеквадратичное значение.

    Примечания:

    Расчеты обмотки трансформатора — это просто упражнение в математических соотношениях. Если ваши ученики не сильны в своих навыках соотношения, этот вопрос дает приложение, чтобы отточить их!

  9. Вопрос 6

    Рассчитайте выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора, если первичное напряжение равно 230 вольт, вторичная обмотка имеет 290 витков, а первичная обмотка имеет 1120 витков.

    В вторичное =

    Показать ответ

    В вторичная = 59,6 В

    Примечания:

    Расчеты обмотки трансформатора — это просто упражнение в математических соотношениях. Если ваши ученики не сильны в своих навыках соотношения, этот вопрос дает приложение, чтобы отточить их!

  10. Вопрос 7

    Рассчитайте ток источника и ток нагрузки в этой цепи трансформатора:

    I источник = I нагрузка =

    Показать ответ

    I источник = 187,5 мА I нагрузка = 72,73 мА

    Примечания:

    Большинство задач с трансформаторами представляют собой не более чем коэффициенты, но некоторым учащимся трудно справиться с коэффициентами. Подобные вопросы отлично подходят для того, чтобы учащиеся подходили к доске перед классом и демонстрировали, как они получили результаты.

  11. Вопрос 8

    Если катушку изолированного провода намотать на железный сердечник, то образуется индуктивность. Даже если провод имеет незначительное сопротивление, ток через катушку от источника переменного тока будет ограничен индуктивным сопротивлением (X L ) катушки, поскольку магнитный поток в железном сердечнике колеблется взад-вперед, вызывая встречное сопротивление. -ЭДС:

    Постройте форму волны мгновенного магнитного потока (φ) в железном сердечнике, соответствующую мгновенному приложенному напряжению (v), показанному на этом графике:

    Показать ответ

    Примечания:

    Существует простая формула (хотя и содержащая производный член), описывающая взаимосвязь между мгновенным потоком (φ) и мгновенным наведенным напряжением (v). Ваши студенты должны знать, что это такое, и что это должно быть применено к этому вопросу!

  12. Вопрос 9

    Если мы запитаем катушку индуктора колебательным (переменным) напряжением, мы создадим колеблющийся магнитный поток в сердечнике индуктора:

    Если мы намотаем вторую катушку провода вокруг того же магнитного сердечника, что и первая катушка (катушка индуктивности), мы создадим ситуацию, когда существует взаимная индуктивность: изменение тока в одной катушке индуцирует напряжение в другой, и наоборот. Это, очевидно, приведет к тому, что во второй проволочной катушке будет индуцироваться переменное напряжение:

    Как называется такое устройство с двумя проволочными катушками, разделяющими общий магнитный поток? Кроме того, отобразите форму волны магнитного потока и форму волны вторичного (индуцированного) напряжения на том же графике, что и форму волны первичного (приложенного) напряжения:

    Показать ответ

    Это устройство называется трансформатором .

    Примечание: относительные амплитуды v p и v s произвольны. Я нарисовал их с разной амплитудой для удобства читателя: чтобы две формы волны не полностью перекрывались и не становились неотличимыми друг от друга.

    Примечания:

    Спросите учащихся, как должна быть изготовлена ​​вторичная катушка, чтобы действительно генерировать напряжение, превышающее приложенное (первичное) напряжение катушки. Как насчет создания вторичного напряжения меньше, чем первичное?

  13. Вопрос 10

    Здесь показана принципиальная схема трансформатора, питающего резистивную нагрузку, в тот момент времени, когда напряжение первичной обмотки достигает положительного ( ) пика:

    Определите полярность напряжения на нагрузочном резисторе в этот момент. точный момент времени, а также направление тока в каждой из обмоток.

    Показать ответ

    Дополнительный вопрос: обратите внимание на соотношение между направлением тока и полярностью напряжения для каждой из обмоток трансформатора. Что предлагают эти различные отношения в отношении «потока» мощности в цепи?

    Примечания:

    Одна точка зрения, которая может помочь учащимся понять направление тока через каждую обмотку трансформатора в зависимости от полярности напряжения, состоит в том, чтобы думать о каждой обмотке либо как о источнике электрической энергии, либо загрузите . Спросите своих учеников: «Какая обмотка действует как источник в этой схеме, а какая как нагрузка ? Представьте, что эти источники и нагрузки имеют постоянный ток (поэтому мы можем поддерживать ту же полярность напряжения для анализа). Каким образом вы бы рисовали токи для источника постоянного тока и для нагрузки постоянного тока?

  14. Вопрос 11

    Катушка зажигания автомобильного двигателя внутреннего сгорания с бензиновым двигателем является примером трансформатора, хотя он не питается переменным током. Объясните, как трансформатор может работать на электричестве , а не переменного тока:

    Показать ответ

    Чтобы трансформатор работал, ток первичной обмотки должен быстро меняться во времени. Является ли это током, который действительно переменный, или только тот, который импульсов в том же направлении, не имеет значения.

    Контрольный вопрос: синусоидальна ли форма волны вторичного напряжения? Почему или почему нет?

    Примечания:

    Это очень распространенное применение трансформаторной технологии: «катушка» зажигания, используемая для воспламенения воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания бензинового двигателя. Этот вопрос также затрагивает проблему, которую учащиеся иногда неправильно понимают, а именно то, что трансформаторы в основном являются устройствами переменного тока, а не постоянного тока.

    Было бы неплохо иметь автомобильную катушку зажигания для демонстрации в классе. Вместо свечи зажигания можно использовать неоновую лампу для индикации наличия высокого напряжения.

    Что касается ответа на контрольный вопрос, осциллограф быстро докажет характер формы волны для любого трансформатора, питаемого пульсирующим постоянным током.

  15. Вопрос 12

    Что-то в этой цепи не работает, потому что лампочка не загорается при замыкании выключателя:

    Какой тип неисправности трансформатора может вызвать подобную проблему, и как это можно проверить с помощью мультиметра?

    Показать ответ

    Наиболее распространенным типом неисправности трансформатора, вызывающей подобную проблему, является обрыв обмотки . Это очень легко проверить с помощью мультиметра (позвольте ответить на эту часть вопроса!).

    Примечания:

    Конечно, неисправности в этой цепи, не связанные с трансформатором, также могут привести к тому, что лампочка не загорится. Если позволяет время, было бы неплохо проанализировать несколько сценариев сбоя со своими учениками, попросив их как можно эффективнее определить источник проблемы.

  16. Вопрос 13

    Силовые трансформаторы управления Industrial используются для понижения напряжения 480 или 240 вольт до уровня, более приемлемого для схемы управления реле: обычно 120 вольт. Некоторые управляющие силовые трансформаторы имеют несколько первичных обмоток для облегчения подключения к источнику переменного тока на 480 или 240 В:

    Такие трансформаторы обычно рекламируются как имеющие первичные обмотки «240 × 480», символ «×». представляющие собой две независимые обмотки с четырьмя точками подключения (от h2 до h5).

    На следующих рисунках показаны соединения четырех клемм «Н», необходимые для работы от 240 В, а также для работы от 480 В:

    Показать ответ

    Примечания:

    Этот тип трансформатора очень распространен в промышленных системах управления. Обсудите со своими учащимися, почему клеммы первичной обмотки расположены именно так (h2-h4-h3-h5), чтобы упростить перемычки вблизи клемм с помощью металлических зажимов.

  17. Вопрос 14

    Если изолирующий трансформатор (трансформатор с одинаковым количеством «витков» в первичной и вторичной обмотках) подключен между источником переменного тока и нагрузкой переменного тока, мы будем измерять одинаковое напряжение и одинаковый ток в обоих источниках. и клеммы нагрузки:

    Если рассчитать мощность, выдаваемую источником, и мощность, рассеиваемую нагрузкой, то значение будет одинаковым: 420 Вт (P = IV).

    Теперь предположим, что мы анализируем схему, содержащую повышающий трансформатор (с большим количеством витков провода во вторичной обмотке, чем в первичной). С повышающим трансформатором напряжение нагрузки будет больше, чем напряжение питания. В этом примере я показываю повышающий трансформатор с коэффициентом ступеней 1:2:

    Предполагая, что сопротивление нагрузки полностью отличается от сопротивления первой цепи (изолирующего трансформатора), что вы можете сделать о токе нагрузки и мощности? (как источник, так и нагрузка) в этой цепи? Ток нагрузки меньше тока источника? Ток нагрузки больше тока источника? Мощность нагрузки больше мощности источника? Объясните свои ответы.

    Показать ответ

    Основной физический закон, известный как Закон сохранения энергии говорит вам все, что вам нужно знать о мощности источника и мощности нагрузки! И исходя из этого, вы должны не только качественно определить ток нагрузки в этой цепи, но и рассчитать его с достаточной степенью точности.

    Примечания:

    Единственная причина, по которой я не решаюсь сказать студентам, что они могут рассчитать ток нагрузки точно , заключается в том, что не было указано, является ли трансформатор вообще «с потерями». Конечно, ни один настоящий трансформатор не на 100% без потерь, и это то, что мы должны учитывать в «реальной жизни».

    Я обнаружил, что подход сбережения энергии не только имеет смысл для студентов, когда они учатся рассчитывать поведение трансформатора, но и является прекрасным подкреплением основного физического закона, хорошее понимание которого сослужит им хорошую службу на протяжении всей их карьеры.

  18. Вопрос 15

    Рассчитайте все перечисленные значения для этой схемы трансформатора:

    В первичная =
    В вторичное =
    I первичный =
    I вторичное =

    Объясните, является ли это повышающим , понижающим или разделительным трансформатором, а также объясните, чем отличается «первичная» обмотка от «вторичной» в любом трансформаторе.

    Показать ответ

    В первичная = 48 вольт
    В вторичное = 14,77 вольт
    I первичный = 30,3 мА
    I вторичный = 98,5 мА

    Это понижающий трансформатор .

    Примечания:

    Большинство задач на трансформаторы представляют собой не что иное, как коэффициенты, но некоторым учащимся трудно справиться с коэффициентами. Подобные вопросы отлично подходят для того, чтобы учащиеся подходили к доске перед классом и демонстрировали, как они получили результаты.

  19. Вопрос 16

    Рассчитайте все перечисленные значения для этой цепи трансформатора:

    В первичный =
    В вторичное =
    I первичный =
    I вторичное =

    Объясните, является ли это повышающим , понижающим или разделительным трансформатором, а также объясните, чем отличается «первичная» обмотка от «вторичной» в любом трансформаторе.

    Показать ответ

    В первичная = 3,7 В
    В вторичное = 12,0 вольт
    I первичный = 26,1 мА
    I вторичный = 8,02 мА

    Это повышающий трансформатор .

    Примечания:

    Большинство задач на трансформаторы представляют собой не что иное, как коэффициенты, но некоторым учащимся трудно справиться с коэффициентами. Подобные вопросы отлично подходят для того, чтобы учащиеся подходили к доске перед классом и демонстрировали, как они получили результаты.

    Обратите внимание учащихся на то, что различие между повышающим и понижающим трансформаторами заключается просто в использовании. Трансформатор можно использовать в любом случае!

  20. Вопрос 17

    В типичном повышающем или понижающем трансформаторе в обмотке более высокого напряжения обычно используется провод более тонкого сечения, чем в обмотке более низкого напряжения. Объясните, почему это так.

    Показать ответ

    Обмотка более высокого напряжения пропускает меньший ток, чем обмотка более низкого напряжения.

    Примечания:

    Если у вас есть трансформатор, разрезанный пополам (прямо через сердечник), он станет отличным демонстрационным материалом для обсуждения. Разница между обмотками будет сразу очевидна для учащихся, когда они ее увидят.

  21. Вопрос 18

    Механик учится в школе и изучает электрические цепи переменного тока. Узнав о повышающих и понижающих трансформаторах, он делает замечание, что «трансформаторы действуют как электрические версии шестерен с разными передаточными числами».

    Что механик имеет в виду под этим заявлением? Что такое «передаточное отношение» и является ли это точной аналогией трансформатора?

    Показать ответ

    Подобно тому, как зацепляющиеся шестерни с разным числом зубьев преобразуют механическую мощность между различными уровнями скорости и крутящего момента, электрические трансформаторы преобразуют мощность между различными уровнями напряжения и тока.

    Примечания:

    Это не только здравая аналогия, но и та, с которой легко справляются многие механически мыслящие люди! Если в вашем классе есть механики, предоставьте им возможность объяснить концепцию передаточных чисел тем ученикам, которые не знакомы с математикой зубчатых передач.

  22. Вопрос 19

    Объясните, каким образом этот специальный трансформатор может управлять питанием лампочки:

    Какие преимущества может иметь использование трансформатора для управления мощностью переменного тока по сравнению с переменным резистором?

    Примечание: аналогичный тип устройства называется Variac и обладает теми же преимуществами управления мощностью переменного тока, что и регулируемый трансформатор, показанный в вопросе.

    Показать ответ

    Этот трансформатор регулирует мощность лампочки, обеспечивая переменное отношение напряжения между источником и нагрузкой.

    Примечания:

    Это может помочь привести некоторые численные примеры коэффициента понижения напряжения для трансформатора в этой схеме, чтобы учащиеся лучше поняли, как это устройство управляет питанием лампочки. Напомните своим учащимся, что современные трансформаторы являются очень эффективными устройствами, чей КПД при полной нагрузке обычно превышает 95 %.

    Если учащиеся спросят о Variac, вы можете показать им эту схему:

    Конечно, Variac является разновидностью автотрансформатора и поэтому не обеспечивает гальваническую изоляцию обычного трансформатора. В некоторых случаях это может быть важно!

  23. Вопрос 20

    В этой схеме трансформатора переменного напряжения входное напряжение (120 В переменного тока) переключается на разные «отводы» на первичной обмотке трансформатора для создания различных коэффициентов понижения.

    Несмотря на то, что можно «переключить» вторичную обмотку трансформатора для получения различных выходных напряжений вместо первичной, есть веская причина для размещения переключателя на первичной стороне цепи. Определите эту практическую причину.

    Показать ответ

    Чтобы свести к минимуму ток, который должны выдерживать контакты переключателя.

    Примечания:

    При проектировании цепей важно всегда помнить о практических ограничениях таких компонентов, как переключающие контакты. Конечно, может быть много альтернативных способов построения рабочей схемы, но некоторые из них будут более практичными, чем другие.

    В некоторых случаях лучше расположить переключатель (и отводы обмотки) на вторичной стороне понижающего трансформатора, а не на первичной. Представьте, если бы напряжение первичной обмотки составляло 100 кВ переменного тока вместо 120 В переменного тока. Представьте этот сценарий своим ученикам и спросите их, какие практические ограничения переключателя могут привести к перемещению на вторичную обмотку трансформатора.

  24. Вопрос 21

    Предположим, что энергосистема подает мощность переменного тока на резистивную нагрузку, потребляющую 150 ампер:

    Рассчитайте напряжение нагрузки, рассеиваемую мощность нагрузки, мощность, рассеиваемую сопротивлением провода (R провода ), и общую энергоэффективность. (η = P , нагрузка /P , источник ).

    E нагрузка =
    P нагрузка =
    Р строки =
    η =

    Теперь предположим, что мы должны использовать пару трансформаторов с эффективным коэффициентом полезного действия 10:1 для повышения напряжения для передачи и обратного понижения для использования на нагрузке. Пересчитайте напряжение нагрузки, мощность нагрузки, потерянную мощность и общий КПД этой системы:

    E нагрузка =
    P нагрузка =
    Р строки =
    η =

    Показать ответ

    Простая система (без трансформаторов):

    E нагрузка = 210 вольт
    P нагрузка = 31,5 кВт
    P строки = 4,5 кВт
    η = 87,5 %

    Комплексная система (с трансформаторами):

    E нагрузка = 239,7 вольт
    P нагрузка = 35,96 кВт
    P строки = 45 Вт
    η = 99,88 %

    Дополнительный вопрос: можете ли вы назвать какие-либо недостатки схемы с использованием трансформаторов 10:1 по сравнению с исходной (бестрансформаторной) системой питания?

    Примечания:

    Пример, подобный этому, обычно разъясняет преимущества использования переменного тока вместо постоянного для передачи больших объемов электроэнергии на значительные расстояния, лучше, чем просто объясняя учащимся, почему трансформаторы используются в энергосистемах. Даже при скромных потерях мощности в трансформаторах (скажем, по 3% потерь в каждом) общий КПД в этой системе все же гораздо выше, чем без использования трансформаторов вообще.

    Обсуждая дополнительный вопрос, обязательно упомяните безопасность как соображение, если ни один из ваших учеников этого не сделает.

  25. Вопрос 22

    Шунтирующие резисторы обычно используются для измерения тока в силовых цепях, создавая небольшое падение напряжения, прямо пропорциональное току в цепи. Они особенно полезны для измерения сложных форм тока в цепях переменного тока, поскольку они вообще не искажают форму волны.

    Предположим, вы хотите измерить форму волны тока в этой силовой цепи, используя осциллограф для измерения падения напряжения на шунтирующем резисторе:

    Если вы подключите осциллограф к цепи питания, как показано, могут произойти очень плохие вещи, такие как плавление зажима заземления осциллографа с большим количеством искр!

    После замены поврежденного пробника в сборе и длительного перерыва, чтобы успокоить ваши нервы, опытный технический специалист предлагает вам подключить шнур питания осциллографа к разделительному трансформатору , чтобы избежать этой проблемы в будущем. Объясните, что такое разделительный трансформатор, почему он предотвращает проблему короткого замыкания в этой цепи и какие меры предосторожности необходимо соблюдать при его использовании.

    Показать ответ

    «Изолирующий трансформатор» не повышает и не понижает напряжение, а просто обеспечивает электрическую изоляцию между первичной и вторичной обмотками. В этом конкретном случае изолирующий трансформатор, вставленный в цепь питания осциллографа, разрывает цепь, образованную соединением зажима заземления пробника с металлическим корпусом осциллографа, который, в свою очередь, соединяется с контактом заземления на вилке шнура питания, который соединен с землей. грунт для безопасности.

    Если изолирующий трансформатор используется таким образом, это позволяет избежать проблемы короткого замыкания, но только за счет «отключения заземления» корпуса осциллографа, что делает его небезопасным для прикосновения!!!

    Дополнительный вопрос: определите способ безопасного использования осциллографа для измерения напряжения шунтирующего резистора без использования разделительного трансформатора.

    Примечания:

    Этот урок по использованию осциллографа является ценным, поскольку учащиеся наверняка столкнутся с проблемами в своих цепях, возникающими из-за заземления через заземление корпуса осциллографа. Было бы неплохо иметь в классе осциллограф и омметр во время обсуждения, чтобы учащиеся могли сами проверить общие соединения.

  26. Вопрос 23

    Предположим, вам нужно запитать нагревательный элемент на 120 вольт, 600 ватт от источника на 240 вольт. У вас есть несколько понижающих трансформаторов 240/120 В, но каждый из них рассчитан только на 400 ВА. Нарисуйте схему, показывающую, как можно использовать несколько трансформаторов для согласования нагрузки 120 вольт с источником 240 вольт.

    Показать ответ

    Примечания:

    Если вы еще не изучали мощность переменного тока (ватты, вольт-ампер и реактивные вольт-амперы), пусть они сначала определят, что означает «ВА», а затем сообщите об этом просто эквивалентно «ваттам» для резистивной нагрузки.

    Сопоставление доступных компонентов с конкретной задачей — очень реалистичная задача, поэтому ученики должны тщательно обсудить и понять этот вопрос.

  27. Вопрос 24

    Объясните, чем конструкция понижающего трансформатора отличается от конструкции повышающего трансформатора .

    Показать ответ

    Понижающие трансформаторы имеют меньше вторичных витков, чем первичные, а повышающие трансформаторы имеют больше вторичных витков, чем первичные.

    Примечания:

    Попросите учащихся объяснить взаимосвязь между первичными и вторичными витками и то, как это влияет на коэффициент трансформации напряжения, основанный на взаимной индуктивности.

  28. Вопрос 25

    Объясните, чем конструкция изолирующего трансформатора отличается от конструкции повышающего трансформатора или понижающего трансформатора .

    Показать ответ

    Понижающие трансформаторы имеют меньше вторичных витков, чем первичные, а повышающие трансформаторы имеют больше вторичных витков, чем первичные. Изолирующие трансформаторы имеют равные витки в обеих обмотках.

    Примечания:

    Попросите учащихся объяснить взаимосвязь между первичными и вторичными витками и то, как это влияет на коэффициент трансформации напряжения, основанный на взаимной индуктивности.

  29. Вопрос 26

    При расчете мощности в трансформаторных цепях как соотносятся мощности первичной и вторичной цепи (P первичная = V первичная I первичная и P вторичная = V вторичная I вторичная ) сравнить друг с другом? Одно больше другого? Если да, то какой и почему?

    Показать ответ

    В идеале P вторичный = P первичный , хотя эта эквивалентность никогда не бывает достаточно точной. На практике P вторичного всегда будет немного меньше, чем P первичного .

    Примечания:

    Самый простой ответ на этот вопрос состоит в том, что P вторичная = P первичная , и это полезный принцип при расчете схемы трансформатора. Даже если это не совсем так, это все равно полезный инструмент для проверки достоверности наших расчетов. Спросите своих учеников, почему это так.

  30. Вопрос 27

    Объясните, почему трансформаторы широко используются в системах распределения электроэнергии на большие расстояния. Какое преимущество они дают системе питания?

    Показать ответ

    Трансформаторы используются для повышения напряжения для эффективной транспортировки на большие расстояния и для повторного понижения высокого напряжения для цепей в точках использования.

    Примечания:

    Попросите учащихся подробно объяснить ответ, а не просто повторять, что говорится в данном ответе. Почему высоковольтное распределение электроэнергии более эффективно, чем низковольтное? Зачем нужно снижать высокое напряжение для приложений в точках использования?

  31. Вопрос 28

    Трансформаторы, соединяющие генераторы электростанций с высоковольтными линиями электропередачи, считаются повышающими или понижающими ? Поясните свой ответ.

    Показать ответ

    Считаются повышающими .

    Примечания:

    Попросите учащихся дать определение терминам «повышающий» и «понижающий» применительно к трансформаторам энергосистемы.

  32. Вопрос 29

    Паяльник — это инструмент, используемый для быстрого нагрева электрических соединений для пайки. Слишком громоздкий для приложений на печатных платах (PCB), он лучше подходит для двухточечных соединений, где большие провода должны быть соединены с металлическими наконечниками и другими проводами.

    Это устройство не только является полезным инструментом для пайки, но и прекрасным примером понижающего трансформатора . Объясните, как в конструкции паяльного пистолета используется понижающий трансформатор (с очень большим передаточным отношением!) для создания высоких температур на жало паяльника.

    Показать ответ

    На этот вопрос лучше всего ответить, разобрав и осмотрев настоящий паяльник. Эти инструменты довольно легко разобрать и собрать, поэтому не стоит беспокоиться о повреждении от такого исследования. Хотя само собой разумеется, никогда не разбирайте электрическое устройство, которое все еще подключено к сети!

    Примечания:

    Для студентов, у которых нет паяльных пистолетов для разборки, и для тех, кто не хочет рисковать испортить инструмент из-за неправильной разборки/сборки, нетрудно найти фотографии внутренних частей паяльного пистолета. Сборка понижающего трансформатора должна быть очевидна при осмотре.

  33. Вопрос 30

    Проблема с показанной здесь схемой: лампа не загорается, хотя известно, что источник переменного тока исправен. Вы знаете, что раньше схема работала нормально, значит, она правильно спроектирована. Что-то в нем неисправно:

    Определите неисправность одного компонента или провода, которая может быть причиной того, что лампа не загорается, и опишите, как вы будете использовать тестовое оборудование для проверки этой неисправности.

    Один неисправный провод или компонент в цепи, который может быть причиной проблемы, и тип неисправности (обрыв или короткое замыкание), который вы подозреваете.
    Укажите тип тестового измерения, которое вы будете проводить на этой цепи, и где вы будете его проводить (укажите контрольные точки, между которыми вы будете проводить измерения), чтобы подтвердить предполагаемую неисправность.

    Показать ответ

    Здесь есть несколько вариантов, поэтому я оставляю это на ваше усмотрение!

    Примечания:

    Конечно, неисправности в этой цепи, не связанные с трансформатором, также могут привести к тому, что лампочка не загорится. Если позволяет время, было бы неплохо проанализировать несколько сценариев сбоя со своими учениками, попросив их как можно эффективнее определить источник проблемы.

  34. Вопрос 31

    Предположим, что понижающий трансформатор вышел из строя из-за случайного короткого замыкания на вторичной (нагрузочной) стороне цепи:

    То, что трансформатор действительно вышел из строя в результате короткого замыкания, не подлежит сомнению: был виден дым исходящий от него, незадолго до того, как ток в цепи прекратился. Техник снимает сгоревший трансформатор и быстро проверяет целостность обеих обмоток, чтобы убедиться, что он не разомкнулся. Она обнаруживает, что первичная обмотка разомкнута, но вторичная обмотка все еще непрерывна. Озадаченная этой находкой, она просит вас объяснить, как первичная обмотка могла выйти из строя, пока вторичная обмотка еще цела, если действительно произошло короткое замыкание на вторичной стороне цепи. Что бы вы сказали? Как возможно, что неисправность на одной стороне трансформатора привела к повреждению другой стороны ?

    Показать ответ

    Короткое замыкание приведет к увеличению тока в обеих обмотках трансформатора.

    Примечания:

    Студентам важно понимать, что трансформатор «отражает» условия нагрузки на вторичной стороне на первичную, так что источник «чувствует» нагрузку во всех отношениях. То, что происходит на вторичной (нагрузочной) стороне, действительно будет отражаться на первичной (исходной) стороне.

  35. Вопрос 32

    Двигатель переменного тока получает пониженное напряжение через понижающий трансформатор, поэтому он может нормально работать от источника 277 В:

    После нескольких лет бесперебойной работы что-то выходит из строя. Теперь двигатель отказывается работать, когда оба переключателя замкнуты. Технический специалист выполняет четыре измерения напряжения между следующими контрольными точками, когда оба переключателя находятся в положении «включено»:


    Шаг Измерение

    1 В TP2-Gnd = 277 В

    2 В TP3-Gnd = 277 В

    3 В TP5-Gnd = 0 В

    4 В TP4-Gnd = 0 В


    Заполните эту расширенную таблицу, следуя шагам техника в том же порядке, в котором проводились измерения напряжения, обозначив состояние каждого компонента как «O» (возможно, разомкнут), «S» (возможно, закорочен) или «ОК» ( известно, что это хорошо). Первая строка таблицы должна содержать много возможных меток ошибок (поскольку при небольшом количестве данных существует много возможностей), но по мере того, как будет проведено больше измерений, вы сможете ограничить возможности. Предположим, что неисправен только один компонент.


    Шаг Измерение SW 1 Предохранитель Первичный Среднее SW 2 Двигатель

    1 В TP2-Gnd = 277 В

    2 В TP3-Gnd = 277 В

    3 В TP5-Gnd = 0 В

    4 В TP4-Gnd = 0 В

    Показать ответ


    Шаг Измерение SW 1 Предохранитель Первичный Среднее SW 2 Двигатель

    1 В TP2-Gnd = 277 В ОК О О О О О

    2 В TP3-Gnd = 277 В ОК ОК О О О О

    3 В TP5-Gnd = 0 В ОК ОК О О О ОК

    4 В TP4-Gnd = 0 В ОК ОК О О ОК ОК


    Неисправность первичной или вторичной обмотки!

    Дополнительный вопрос: опишите, что вы будете измерять дальше в этой цепи, чтобы определить, первичная или вторичная обмотка вышла из строя.

    Примечания:

    Учащиеся могут спросить, почему мы можем сказать, что второй переключатель и двигатель в порядке после того, как техник измерил 0 вольт перед каждым из них. Конечно, мы знаем, что что-то пошло не так до точки, где измеряется 0 вольт, но это не говорит нам о состоянии компонентов после этих точек! Ответом на этот очень хороший вопрос является допущение, сформулированное в конце вопроса: мы должны предположить , что неисправность только одного компонента в цепи . Если бы выключатель 2 или двигатель не разомкнулись, это все равно не объясняет отсутствие напряжения между TP4 и землей. Закороченный двигатель мог бы, но тогда перегорел бы предохранитель, что привело бы к 0 вольт между TP3 и землей. Итак, мы предполагаем, что двигатель и переключатель 2 должны быть в порядке, потому что только некоторые Другая одиночная ошибка может привести к измерениям, которые мы считываем.

  36. Вопрос 33

    Ethernet — популярный стандарт связи для многих цифровых устройств, включая персональные компьютеры. Изначально Ethernet задумывался как сетевой стандарт для передачи только цифровых данных без питания. Однако в последующие годы модернизация стандарта позволила передавать мощность постоянного тока по тем же парам проводов. Стандарт IEEE 802.3af является одним из примеров стандарта Power-over-Ethernet.

    Здесь показана схема, показывающая, как два устройства Ethernet соединяются друг с другом с помощью кабеля витой пары категории 5 («Cat 5») без подачи питания постоянного тока по кабелю:

    Цифровые данные состоят из импульсов напряжения с течением времени (по сути, переменный ток), проводимый между двумя устройствами по двум наборам проводов витой пары.

    На следующей схеме показан стандарт 802.3af, позволяющий передавать питание постоянного тока и цифровые данные по одним и тем же парам проводов. Обратите внимание на использование трансформаторов на каждом устройстве:

    Объясните, какие функции выполняют трансформаторы в этой системе и как они позволяют постоянному току проходить по парам проводов от источника к нагрузке, не мешая сигналам данных Ethernet, которые являются переменными.

    Показать ответ

    Проследите ток постоянного тока от источника к нагрузке, и вы увидите, что в сердечниках трансформаторов возникает нулевой суммарный магнитный поток, возникающий из-за постоянного тока, а это означает, что трансформаторы не «видят» постоянный ток для всех практических целей.

    Примечания:

    Это интересное применение трансформаторов: изоляция постоянного тока, позволяющая создать форму «несущей линии электропередач» без использования сетей фильтров.

    На самом деле стандарт 802.3af представляет собой нечто большее, чем показано на второй схеме. Этот стандарт также позволяет использовать две другие пары проводов в кабеле Cat 5 в качестве выделенных силовых проводников. Я опускаю этот аспект для простоты.

  37. Вопрос 34

    Найдите одного или двух настоящих трансформеров и принесите их с собой на урок для обсуждения. Предоставьте как можно больше информации о своих трансформаторах до обсуждения:

    Коэффициент(ы) намотки
    Сопротивление обмотки
    Номинальное напряжение каждой обмотки
    Номинальный ток каждой обмотки
    Номинальная частота
    Приложение (питание, сигнал, звук и т. д.)
    Тип (железный сердечник, воздушный сердечник и т. д.)

    Показать ответ

    Если возможно, найдите техническое описание производителя ваших компонентов (или хотя бы техническое описание аналогичного компонента), чтобы обсудить его с одноклассниками.

    Будьте готовы проверить фактические сопротивления обмоток ваших трансформаторов в классе с помощью мультиметра!

    Примечания:

    Цель этого вопроса – побудить учащихся к кинестетическому взаимодействию с предметом. Может показаться глупым предлагать учащимся выполнять упражнение «покажи и расскажи», но я обнаружил, что такие занятия очень помогают некоторым учащимся. Для тех учащихся, которые являются кинестетами по своей природе, очень полезно на самом деле касаются реальных компонентов, изучая их функции. Конечно, этот вопрос также дает им прекрасную возможность попрактиковаться в интерпретации маркировки компонентов, использовании мультиметра, доступе к таблицам данных и т. д.

  38. Эффективность трансформатора | Electrical4U

    by Electrical4U

    Введение эффективности трансформатора

    Трансформаторы образуют наиболее важную связь между системами питания и нагрузкой. Эффективность трансформатора напрямую влияет на его производительность и старение. КПД трансформатора в целом находится в пределах 95 – 99 %. Для больших силовых трансформаторов с очень низкими потерями КПД может достигать 99,7%. Входные и выходные измерения трансформатора не выполняются в условиях нагрузки, так как показания ваттметра неизбежно имеют погрешность в 1-2%. Таким образом, с целью расчета КПД испытания на КЗ и КЗ используются для расчета номинальных потерь в сердечнике и обмотке трансформатора. Потери в сердечнике зависят от номинального напряжения трансформатора, а потери в меди зависят от токов через первичную и вторичную обмотки трансформатора. Следовательно, эффективность трансформатора имеет первостепенное значение для его работы в условиях постоянного напряжения и частоты. Повышение температуры трансформатора из-за выделяемого тепла влияет на срок службы свойств трансформаторного масла и определяет тип используемого метода охлаждения. Повышение температуры ограничивает номинальные характеристики оборудования. КПД трансформатора определяется просто как:

    • Выходная мощность является произведением доли номинальной нагрузки (вольт-ампер) и коэффициента мощности нагрузки
    • Потери представляют собой сумму потерь в меди в обмотки + потери в стали + диэлектрические потери + потери на блуждающие нагрузки.
    • Потери в стали включают гистерезис и потери на вихревые токи в трансформаторе. Эти потери зависят от плотности потока внутри сердечника. Математически,
      гистерезисная потеря:

      Потери на вихревые токи:

      Где k h и k e — константы, B max — пиковая плотность магнитного поля, f — частота источника, t — толщина сердечника. Степень «n» потерь на гистерезис известна как постоянная Штейнмеца, значение которой может быть близко к 2.
    • Диэлектрические потери происходят внутри трансформаторного масла. Для трансформаторов низкого напряжения им можно пренебречь.
    • Связи потока рассеяния с металлической рамой, резервуаром и т. д. для создания вихревых токов и присутствуют повсюду вокруг трансформатора, поэтому называются паразитными потерями, и они зависят от тока нагрузки и называются так называемыми «паразитными потерями нагрузки». Это может быть представлено сопротивлением, включенным последовательно с реактивным сопротивлением рассеяния.

    Расчет эффективности трансформатора

    Эквивалентная схема трансформатора для первичной обмотки показана ниже. Здесь R c приходится на потери в сердечнике. Используя испытание на короткое замыкание (КЗ), мы можем найти эквивалентное сопротивление с учетом потерь в меди как


    . Определим x% как процент от полной или номинальной нагрузки «S» (ВА) и пусть P куб. фут (ватт) – потери в меди при полной нагрузке, а cosθ – коэффициент мощности нагрузки. Также мы определили P i (Вт) как потери в сердечнике. Поскольку потери в меди и стали являются основными потерями в трансформаторе, при расчете КПД учитываются только эти два типа потерь. Тогда КПД трансформатора можно записать как:

    Где x 2 P куб. пл = потери в меди (P куб. дюйм ) при любой нагрузке x% от полной нагрузки.
    Максимальный КПД (η max ) возникает, когда переменные потери равны постоянным потерям. Поскольку потери в меди зависят от нагрузки, следовательно, это переменная величина потерь. А потери в сердечнике принимаются за постоянную величину. Таким образом, условие максимальной эффективности:

    Теперь мы можем записать максимальную эффективность как:

    Это показывает, что мы можем получить максимальную эффективность при полной нагрузке путем правильного выбора постоянных и переменных потерь. Однако добиться максимальной эффективности сложно, так как потери в меди намного выше фиксированных потерь в сердечнике.
    Изменение КПД в зависимости от нагрузки можно представить на рисунке ниже:

    Из рисунка видно, что максимальный КПД достигается при коэффициенте мощности, равном единице. При этом максимальный КПД достигается при одинаковой нагрузке независимо от коэффициента мощности нагрузки.

    Эффективность трансформатора в течение всего дня

    Это основанный на энергии КПД, рассчитанный для распределительных трансформаторов. В отличие от силового трансформатора, который включается или выключается в зависимости от обрабатываемой им нагрузки, нагрузка распределительного трансформатора постоянно колеблется в течение 24 часов в сутки. Поскольку потери в сердечнике не зависят от нагрузки, КПД в течение всего дня зависит от потерь в меди. Мы определяем его как отношение отдаваемой выходной энергии к потребляемой за 24-часовой цикл. Высокая энергоэффективность достигается за счет ограничения плотности потока в сердечнике до более низких значений (поскольку потери в сердечнике зависят от плотности потока) за счет использования относительно большего поперечного сечения или большего соотношения массы железа и меди.

    Хотите учиться быстрее? 🎓

    Каждую неделю получайте электротехнические товары на свой почтовый ящик.
    Кредитная карта не требуется — это абсолютно бесплатно.

    О Electrical4U

    Electrical4U посвящен обучению и распространению всего, что связано с электротехникой и электроникой.

    Значения сопротивления изоляции (IR) | Примечания и статьи по электротехнике

    Введение:

    Измерение сопротивления изоляции является обычным рутинным испытанием, выполняемым для всех типов электрических проводов и кабелей. В качестве производственного испытания это испытание часто используется в качестве приемочного испытания заказчиком, при этом минимальное сопротивление изоляции на единицу длины часто указывается заказчиком. Результаты, полученные в результате ИК-теста, не предназначены для обнаружения локальных дефектов изоляции, как в настоящем тесте HIPOT, а скорее дают информацию о качестве сыпучего материала, используемого в качестве изоляции.

    Даже в тех случаях, когда это не требуется конечному потребителю, многие производители проводов и кабелей используют испытание на сопротивление изоляции, чтобы отслеживать свои процессы производства изоляции и выявлять возникающие проблемы до того, как параметры процесса выходят за допустимые пределы.

      Выбор ИК-тестеров (мегомметр):

    • Имеются тестеры изоляции с испытательным напряжением 500, 1000, 2500 и 5000 В.
    • Рекомендуемые номиналы тестеров изоляции приведены ниже:
    Уровень напряжения ИК-тестер
    650 В 500 В пост. тока
    1,1 кВ 1 кВ постоянного тока
    3,3 кВ 2,5 кВ постоянного тока
    66кВ и выше 5 кВ постоянного тока

      Испытательное напряжение для мегомметра:

    • При использовании напряжения переменного тока практическое правило:
    • Когда используется напряжение постоянного тока (чаще всего используется во всех мегомметрах), Испытательное напряжение (постоянный ток) = (удвоенное напряжение на паспортной табличке).
    Характеристики оборудования/кабелей Испытательное напряжение постоянного тока
    24–50 В от 50 В до 100 В
    50–100 В от 100 В до 250 В
    от 100 В до 240 В от 250 В до 500 В
    440–550 В от 500 В до 1000 В
    2400 В от 1000 В до 2500 В
    4100В от 1000 В до 5000 В

    Диапазон измерения мегомметра:

    Испытательное напряжение Диапазон измерений
    250 В пост. тока от 0 МОм до 250 ГОм
    500 В пост. тока от 0 МОм до 500 ГОм
    1 кВ постоянного тока от 0 МОм до 1 ТОм
    2,5 кВ постоянного тока от 0 МОм до 2,5 ТОм
    5 кВ постоянного тока от 0 МОм до 5 ТОм

    Меры предосторожности при измерении мегомметром:

    Перед измерением мегомметра:

    • Убедитесь, что все соединения в тестовой цепи затянуты.
    • Проверьте мегомметр перед использованием, выдает ли он значение INFINITY , когда он не подключен, и НОЛЬ, когда две клеммы соединены вместе и ручка вращается.

    Во время мегомметра:

    • При проверке заземления убедитесь, что дальний конец проводника не касается, в противном случае проверка покажет неисправность изоляции, хотя на самом деле это не так.
    • Убедитесь, что заземление, используемое при тестировании заземления и обрыва цепи, является хорошим, иначе тест даст неверную информацию
    • Запасные жилы не должны объединяться в мегомметр, когда другие рабочие жилы того же кабеля подключены к соответствующим цепям.

    После завершения монтажа меггера:

    • Убедитесь, что все проводники правильно подсоединены.
    • Проверить правильность работы точек, дорожек и сигналов, подключенных через кабель.
    • В случае сигналов, аспект должен быть проверен лично.
    • В случае точек проверьте позиции на месте. Проверьте, не была ли непреднамеренно заземлена какая-либо полярность любого питания, подаваемого по кабелю.

    Требования безопасности для мегомметра:

    • Все тестируемое оборудование ДОЛЖНО быть отсоединено и изолировано.
    • Оборудование должно быть разряжено (зашунтировано или закорочено) в течение, по крайней мере, того времени, пока подается испытательное напряжение, чтобы быть абсолютно безопасным для человека, проводящего испытание.
    • Никогда не используйте мегомметр во взрывоопасной среде.
    • В целях безопасности убедитесь, что все переключатели заблокированы, а концы кабелей должным образом помечены.
    • Изолируемые концы кабеля должны быть отключены от источника питания и защищены от контакта с источником питания, землей или случайным контактом.
    • Установка защитных ограждений с предупредительными знаками и открытым каналом связи между испытательным персоналом.
    • Не использовать мегомметр при влажности более 70 %.
    • Хорошая изоляция: показания мегомметра сначала увеличиваются, а затем остаются постоянными.
    • Плохая изоляция: показания мегомметра сначала увеличиваются, а затем уменьшаются.
    • Ожидаемое значение IR попадает в Temp. 20-30 градусов по Цельсию.
    • Если вышеуказанная температура уменьшится на 10 градусов по Цельсию, значения IR увеличатся в два раза.
    • При увеличении вышеуказанной температуры на 70 градусов по Цельсию значения ИК уменьшаются в 700 раз.

    Как пользоваться мегомметром:
    • Меггер оснащен тремя соединительными клеммами линии (L), клеммой заземления (E) и клеммой защиты (G).

    • Сопротивление измеряется между клеммами линии и заземления, где ток проходит через катушку 1. Клемма «Guard» предназначена для особых тестовых ситуаций, когда одно сопротивление должно быть изолировано от другого. Рассмотрим одну ситуацию, когда необходимо измерить сопротивление изоляции в двухпроводном кабеле.
    • Для измерения сопротивления изоляции от проводника к внешней стороне кабеля нам необходимо подключить вывод «Линия» мегомметра к одному из проводников, а вывод «Земля» мегомметра соединить с проводом, обернутым вокруг оболочки кабеля. кабель.

    • В этой конфигурации мегомметр должен считывать сопротивление между одним проводником и внешней оболочкой.
    • Мы хотим измерить сопротивление между проводником-2 и оболочкой, но на самом деле мегомметр измеряет сопротивление параллельно с последовательной комбинацией сопротивления между проводниками (R c1-c2 ) и первого проводника с оболочкой (R c1-s). ).
    • Если нас не волнует этот факт, мы можем продолжить тест в соответствии с настройками. Если мы хотим измерить только сопротивление между второй жилой и оболочкой (R c2-s ), то надо использовать клемму «Guard» мегомметра.

    • При подсоединении клеммы «Защита» к первому проводнику два проводника получают почти равный потенциал . При малом напряжении или отсутствии напряжения между ними сопротивление изоляции почти бесконечно, и, таким образом, между двумя проводниками не будет тока . Следовательно, показания сопротивления мегомметра будут основываться исключительно на токе, протекающем через изоляцию второго проводника, через оболочку кабеля и намотанный вокруг него провод, а не на токе, протекающем через изоляцию первого проводника.
    • Защитная клемма (если установлена) действует как шунт для исключения подключенного элемента из измерения. Другими словами, это позволяет вам избирательно оценивать определенные компоненты крупного электрооборудования. Например, рассмотрим двухжильный кабель с оболочкой. Как показано на диаграмме ниже, необходимо учитывать три сопротивления.

    • Если мы измерим между жилой B и оболочкой без соединения с клеммой защиты, некоторый ток будет проходить от B к A и от A к оболочке. Наши измерения будут низкими. При подключении защитной клеммы к A две жилы кабеля будут иметь почти одинаковый потенциал, и, таким образом, устраняется эффект шунтирования.

    (1) Значения IR Для электрических аппаратов и систем :

    (жемчужный стандарт / Neta MTS-1997 Таблица 10.1)

    Max.voltage rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate rate Размер мегомметра

    Минимальное значение IR

     

    250 Вольт

    500 вольт

    25 МОм

    600 вольт

    1000 вольт

    100 МОм

    5 кВ

    2500 Вольт

    1000 МОм

    8 кВ

    2500 Вольт

    2000 МОм

    15 кВ

    2500 Вольт

    5000 МОм

    25 кВ

    5000 вольт

    20 000 МОм

    35 кВ

    15 000 вольт

    100 000 МОм

    46 кВ

    15 000 вольт

    100 000 МОм

    69 КВ

    15 000 вольт

    100 000 МОм

    Правило в один мегаом для значения сопротивления сопротивления для оборудования:

    • На основании рейтинга оборудования:
    • < 1 кВ = 1 МОм минимум
    • >1 кВ = 1 МОм/1 кВ

    В соответствии с Правилами IE-1956:

    • При напряжении 1000 В, прикладываемом между каждым токоведущим проводником и землей в течение одной минуты, сопротивление изоляции высоковольтных установок должно быть не менее 1 МОм или в соответствии с требованиями Бюро индийских стандартов.
    • Установки среднего и низкого напряжения. При напряжении 500 В, приложенном между каждым проводником под напряжением и землей в течение одной минуты, сопротивление изоляции установок среднего и низкого напряжения должно быть не менее 1 МОм или в соответствии с требованиями Бюро Индийские стандарты] время от времени.

    В соответствии со спецификациями CBIP допустимые значения составляют 2 МОм на кВ.

    (2) Значение сопротивления изоляции для трансформатора:

    • Испытания сопротивления изоляции проводятся для определения сопротивления изоляции от отдельных обмоток к земле или между отдельными обмотками. Испытания сопротивления изоляции обычно измеряются непосредственно в мегаомах или могут быть рассчитаны на основе измерений приложенного напряжения и тока утечки.
    • При измерении сопротивления изоляции рекомендуется всегда заземлять бак (и жилу). Замкните накоротко каждую обмотку трансформатора на клеммах проходного изолятора. Затем проводятся измерения сопротивления между каждой обмоткой и всеми остальными обмотками, заземленными.

    • Обмотки никогда не оставляют на плаву для измерения сопротивления изоляции. У глухозаземленной обмотки должно быть удалено заземление, чтобы измерить сопротивление изоляции заземленной обмотки. Если заземление невозможно удалить, как в случае некоторых обмоток с глухозаземленной нейтралью, сопротивление изоляции обмотки измерить невозможно. Рассматривайте его как часть заземленной части цепи.
    • Нам необходимо проверить обмотку на обмотку и обмотку на землю (E). Для трехфазных трансформаторов нам необходимо проверить обмотку (L1,L2,L3) с заменой заземления для трансформатора треугольника или обмотку (L1,L2,L3) с заземлением ( E ) и нейтраль ( N ) для трансформаторов со звездой.

    Коэффициент сопротивления трансформатора

    (Ссылка: Руководство по техническому обслуживанию трансформаторов, автор: Дж. Дж. Келли, С. Д. Майер)

    Трансформатор Формула
    1-фазный трансформатор Значение сопротивления сопротивления (МОм) = C X E / (√кВА)
    3-фазный трансформатор (звезда) Значение сопротивления сопротивления (МОм) = C X E (P-n) / (√кВА)
    3-фазный трансформатор (треугольник) Значение сопротивления сопротивления (МОм) = C X E (P-P) / (√KVA)
    Где C= 1,5 для маслонаполненного Т/С с масляным баком, 30 для масляного Т/С без масляного бака или Т/С сухого типа.
    •   Поправочный коэффициент температуры (базовый 20°C):
    Поправочный коэффициент температуры

    О С

    О Ф

    Поправочный коэффициент

    0

    32

    0,25

    5

    41

    0,36

    10

    50

    0,50

    15

    59

    0,720

    20

    68

    1,00

    30

    86

    1,98

    40

    104

    3,95

    50

    122

    7,85

    • Пример: для 1600 кВА, 20 кВ/400 В, трехфазного трансформатора
    • Значение сопротивления сопротивления на стороне ВН = (1,5 x 20000) / √ 1600 = 16000 / 40 = 750 МОм при 20 0 C
    • Значение IR на стороне НН = (1,5 x 400) / √ 1600 = 320 / 40 = 15 МОм при 20 0 C
    • Значение IR при 30 0 C =15X1,98= 29,7 МОм

    Сопротивление изоляции катушки трансформатора

    Трансформатор

    Напряжение катушки

    Размер мегомметра

     

    Минимальное значение IR Заполненный жидкостью T/C

     

    Минимальное значение IR Сухой тип T/C

    0 – 600 В

    1КВ

    100 МОм

    500 МОм

    600 В до 5 кВ

    2,5 кВ

    1000 МОм

    5000 МОм

    от 5 кВ до 15 кВ

    5КВ

    5000 МОм

    25 000 МОм

    от 15кВ до 69кВ

    5КВ

    10 000 МОм

    50 000 МОм

    Значение IR для трансформаторов:

    Напряжение Испытательное напряжение (пост. ток) Сторона НН Испытательное напряжение (пост. ток) на стороне ВН Мин. значение ИК
    415 В 500В 2,5 кВ 100 МОм
    До 6,6 кВ 500В 2,5 кВ 200 МОм
    от 6,6 кВ до 11 кВ 500В 2,5 кВ 400 МОм
    от 11 кВ до 33 кВ 1000 В 5КВ 500 МОм
    от 33 кВ до 66 кВ 1000 В 5КВ 600 МОм
    от 66 кВ до 132 кВ 1000 В 5КВ 600 МОм
    от 132 кВ до 220 кВ 1000 В 5КВ 650 МОм

     Этапы измерения сопротивления трансформатора:

    • Выключите трансформатор и отсоедините перемычки и разрядники.
    • Разрядите емкость обмотки.
    • Тщательно очистить все втулки
    • Короткое замыкание обмоток.
    • Защитите клеммы, чтобы исключить поверхностную утечку через клеммные втулки.
    • Запишите температуру.
    • Подсоедините измерительные провода (избегайте соединений).
    • Подайте тестовое напряжение и запишите показания. Их. Значение через 60 секунд после приложения испытательного напряжения называется сопротивлением изоляции трансформатора при температуре испытания.
    • Нейтральный ввод трансформатора должен быть отсоединен от земли во время испытания.
    • Все соединения заземления устройства защиты от перенапряжения низкого напряжения должны быть отключены во время испытания.
    • Из-за индуктивных характеристик трансформаторов показания сопротивления изоляции не должны сниматься до тех пор, пока не стабилизируется испытательный ток.
    • Избегайте использования мегомметра, когда трансформатор находится в вакууме.

    Тестовые соединения трансформатора для ИК-теста (не менее 200 МОм) :

    • Двухобмоточный трансформатор:
    1. (ВН + НН) – Земля
    2. ВН — (НН + ЗАЗЕМЛЕНИЕ)
    3. НН – (ВН + ЗАЗЕМЛЕНИЕ)
    • Трехобмоточный трансформатор:
    1. ВН – (LV + TV + GND)
    2. НН — (ВН + ТВ + ЗАЗЕМЛЕНИЕ)
    3. (ВН+НН+ТВ) – Земля
    4. ТВ – (ВН+НН+Земля)
    • Автотрансформатор (две обмотки):
    1. (ВН + НН) – Земля
    • Автотрансформатор (три обмотки):
    1. (ВН + НН) – (ТВ + Земля)
    2. (ВН+НН+ТВ) – Земля
    3. ТВ – (ВН+НН+Земля)

    Для любой установки измеренное сопротивление изоляции должно быть не менее:

    • ВН – Земля 200 МОм
    • НН – Земля 100 МОм
    • ВН – НН 200 МОм

     Факторы, влияющие на значение IR трансформатора

    На значение IR трансформаторов влияет

    • состояние поверхности клеммной втулки
    • качество масла
    • качество изоляции обмоток
    • температура масла
    • продолжительность применения и значение испытательного напряжения

    (3) Значение IR для устройства РПН:
    • IR между ВН и НН, а также обмотками на землю.
    •  Минимальное значение IR для устройства РПН составляет 1000 Ом на вольт рабочего напряжения

     (4) Значение IR для Электродвигатель:

    Для электродвигателя мы использовали тестер изоляции для измерения сопротивления обмотки двигателя с заземлением (E).

    • Для номинального напряжения ниже 1 кВ, измеренного с помощью мегомметра на 500 В постоянного тока.
    • Для номинального напряжения выше 1 кВ, измеренного мегомметром на 1000 В постоянного тока.
    • В соответствии с IEEE 43, пункт 9.3, следует применять следующую формулу.
    • Минимальное значение сопротивления изоляции (для вращающихся машин) =(Номинальное напряжение (В)/1000) + 1

    Согласно стандарту IEEE 43 1974,2000

    Значение сопротивления сопротивления в МОм
    IR (мин. ) = кВ+1 Для большинства обмоток, изготовленных примерно до 1970 г., всех обмоток возбуждения и других, не описанных ниже
    ИК (мин.) = 100 МОм Для большинства якорей постоянного тока и обмоток переменного тока, изготовленных примерно после 1970 г. (образные намотанные катушки)
    ИК (мин.) = 5 МОм Для большинства машин с обмотками статора со случайной обмоткой и обмотками с формованной обмоткой номиналом менее 1 кВ
    • Пример 1: для трехфазного двигателя 11 кВ.
    • IR Value =11+1=12 МОм, но согласно IEEE43 должно быть 100 МОм
    • Пример 2: для трехфазного двигателя 415 В
    • IR Value =0,415+1=1,41 МОм, но согласно IEEE43 должно быть 5 МОм.
    • Согласно IS 732 Минимальное значение сопротивления двигателя = (20XVoltage(p-p/(1000+2XKW))

    Значение IR двигателя согласно NETA ATS 2007. Раздел 7.15.1

    Паспортная табличка двигателя (V) Испытательное напряжение Мин. значение ИК
    250 В 500 В пост. тока 25 МОм
    600 В 1000 В пост. тока 100 МОм
    1000 В 1000 В пост. тока 100 МОм
    2500 В 1000 В пост. тока 500 МОм
    5000 В 2500 В пост. тока 1000 МОм
    8000В 2500 В пост. тока 2000 МОм
    15000В 2500 В пост. тока 5000 МОм
    25000В 5000 В пост. тока 20000МОм
    34500В 15000 В пост. тока 100000 МОм

    Коэффициент сопротивления погружного двигателя:

    IR Значение погружного двигателя

    Вывод двигателя из скважины (без кабеля) Значение ИК
    Новый двигатель 20 МОм
    Подержанный двигатель, который можно переустановить 10 МОм
    Двигатель, установленный в колодце (с кабелем)  
    Новый двигатель 2 МОм
    Подержанный двигатель, который можно переустановить 0,5 МОм

     

    (5) Значение IR для электрического кабеля и проводка:

    Высоковольтное испытание нового кабеля из сшитого полиэтилена (в соответствии со стандартом ETSA)

    Применение Испытательное напряжение Мин. значение ИК
    Новые кабели – оболочка 1 кВ постоянного тока 100 МОм
    Новые кабели — изоляция 10 кВ постоянного тока 1000 МОм
    После ремонта – Оболочка 1 кВ постоянного тока 10 МОм
    После ремонта – Изоляция 5 кВ постоянного тока 1000 МОм

    Кабели 11 кВ и 33 кВ между жилами и землей (согласно стандарту ETSA)

    Применение Испытательное напряжение Мин. значение ИК
    Новые кабели 11 кВ – оболочка 5 кВ постоянного тока 1000 МОм
    11КВ После ремонта – Оболочка 5 кВ постоянного тока 100 МОм
    33 кВ без подключенных TF 5 кВ постоянного тока 1000 МОм
    33 кВ с подключенным TF. 5 кВ постоянного тока 15 МОм

    Измерение значения сопротивления изоляции (между проводниками (поперечная изоляция))

    • Первый проводник, для которого измеряется поперечная изоляция, должен быть подключен к клемме Line мегомметра. Остальные проводники скручены между собой (с помощью зажимов-крокодилов) т.е. е. Проводник 2 и далее подключается к клемме заземления мегомметра. Проводники на другом конце остаются свободными.
    • Теперь поверните ручку мегомметра или нажмите кнопку мегомметра. Показание счетчика покажет поперечную изоляцию между проводником 1 и остальными проводниками. Показания изоляции должны быть зарегистрированы.
    • Теперь подключите следующий проводник к клемме Line мегомметра, а оставшиеся проводники подключите к клемме заземления мегомметра и выполните измерения.

    Измерение значения сопротивления изоляции ( Изоляция проводника относительно земли)

    • Подключите проверяемый проводник к клемме Line мегомметра.
    • Соедините клемму заземления мегомметра с землей.
    • Поверните ручку мегомметра или нажмите кнопку мегомметра. Показание счетчика покажет сопротивление изоляции проводников. Показания изоляции должны быть зарегистрированы после приложения испытательного напряжения в течение примерно минуты до получения устойчивых показаний.

    Измерения значения IR:

    • Если во время периодических испытаний сопротивление изоляции кабеля оказывается в пределах 5 и 1 МОм /км при температуре под землей соответствующий кабель должен быть запрограммирован на замену.
    • Если сопротивление изоляции кабеля находится между 1000 и 100 кОм /км при температуре под землей, данный кабель следует срочно заменить в течение года.
    • При обнаружении сопротивления изоляции кабеля менее 100 кОм/км, данный кабель подлежит немедленной замене в экстренном порядке.

     (6) Значение IR для линии передачи/распределения:
    Оборудование. Размер мегомметра Мин. значение ИК
    Нержавеющая сталь. Оборудование 5 кВ 5000 МОм
    EHVLines. 5 кВ 10 МОм
    Х.Т. Линии. 1 кВ 5 МОм
    LT / Сервисные линии. 0,5 кВ 5 МОм

    (7) Значение IR для шины панели:
    • Значение IR для панели = 2 x номинал KV панели.
    • Пример, для панели 5 кВ минимальная изоляция составляет 2 x 5 = 10 МОм.

     (8) Значение IR для оборудования подстанции:

    Обычно значения мегомметра для оборудования подстанции.

    . Типовое значение IR оборудования S/S

    Оборудование   Размер мегомметра Значение ИК (мин.)

    Автоматический выключатель

    (Фаза-Земля)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    (фаза-фаза)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    Цепь управления

    0,5 кВ

    50 МОм

    КТ/ПТ

    (Приземная)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    (вторая фаза)

    5кВ, 10кВ

    50 МОм

    Цепь управления

    0,5 кВ

    50 МОм

    Изолятор

    (Фаза-Земля)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    (фаза-фаза)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    Цепь управления

    0,5кВ

    50 МОм

    Л. А.

    (Фаза-Земля)

    5кВ, 10кВ

    1000 МОм

    Электродвигатель

    (Фаза-Земля)

    0,5 кВ

    50 МОм

    LT Распределительное устройство

    (Фаза-Земля)

    0,5 кВ

    100 МОм

    LT Трансформатор

    (Фаза-Земля)

    0,5 кВ

    100 МОм

    Значение IR оборудования S/S согласно стандарту DEP

    Оборудование

    Меггер

    Значение IR при вводе в эксплуатацию ( M Ом)

    Значение сопротивления сопротивления во время технического обслуживания ( M Ом)

    Распределительное устройство

    Шина ВН

    200 МОм

    100 МОм

    Автобус НН

    20 МОм

    10 МОм

    Проводка НН

    5 МОм

    0,5 МОм

    Кабель (мин. 100 м)

    ВН и НН

    (10XKV) /

    км

    (КВ) /

    км

    Двигатель и генератор

    Фаза-Земля

    10(КВ+1)

    2(КВ+1)

    Погруженный в трансформаторное масло

    ВН и НН

    75 МОм

    30 МОм

    Трансформатор сухой Тип

    ХВ

    100 МОм

    25 МОм

    ЛВ

    10 МОм

    2 МОм

    Стационарное оборудование/инструменты

    Фаза-Земля

    5 кОм/В

    1 кОм/В

    Передвижное оборудование

    Фаза-Земля

    5 МОм

    1 МОм

    Распределительное оборудование

    Фаза-Земля

    5 МОм

    1 МОм

    Автоматический выключатель

    Главная цепь

    2 МОм/кВ

     

    Цепь управления

    5 МОм

     

    Реле

    Цепь постоянного тока-земля

    40 МОм

     

    LT Цепь заземления

    50 МОм

     

    Цепь LT-DC

    40 МОм

     

    ЛТ-ЛТ

    70 МОм

     

     (9) Значение IR для бытовой/промышленной проводки:
    • Низкое сопротивление между фазным и нейтральным проводниками или между проводниками под напряжением и землей приведет к току утечки. Это приводит к ухудшению изоляции, а также к потере энергии, что увеличивает эксплуатационные расходы установки.
    • Сопротивление между фазой-фазой-нейтралью-землей никогда не должно быть меньше 0,5 МОм для обычных напряжений питания.
    • В дополнение к току утечки из-за сопротивления изоляции существует дополнительная утечка тока через реактивное сопротивление изоляции, поскольку она действует как диэлектрик конденсатора. Этот ток не рассеивает энергию и не вреден, но мы хотим измерить сопротивление изоляции, , поэтому напряжение постоянного тока используется для предотвращения включения реактивного сопротивления в измерение .

     1-фазная проводка:

    • ИК-тест между фазой и землей должен выполняться на всей установке с выключенным главным выключателем, с соединенными вместе фазой и нейтралью, с отключенными лампами и другим оборудованием, но с предохранители включены, автоматические выключатели замкнуты, а все автоматические выключатели замкнуты.
    • При подключении двустороннего переключения будет проверен только один из двух проводов зачистки. Чтобы проверить другой, следует использовать оба двусторонних переключателя и повторно протестировать систему. При желании установку можно испытать в целом, при этом должно быть достигнуто значение не менее 0,5 МОм.

    3-фазная проводка:

    • В случае очень большой установки, в которой имеется много параллельных цепей заземления, можно ожидать, что показания будут ниже. В этом случае установку следует разделить и провести повторные испытания, при этом каждая часть должна соответствовать минимальным требованиям.

    • ИК-испытания должны проводиться между фазой-фазой-нейтралью-землей с минимальным допустимым значением для каждого испытания 0,5 МОм.

    ИК-тестирование низкого напряжения

    напряжение цепи Испытательное напряжение Значение ИК (мин. )
    Сверхнизкое напряжение 250 В пост. тока 0,25 МОм
    До 500 В, кроме вышеуказанного 500 В пост. тока 0,5 МОм
    500 В до 1 кВ 1000 В пост. тока 1,0 МОм
    •   Минимальное значение IR = 50 M Ом / количество электрических розеток. (Все электрические точки с фитингами и вилками).
    • Минимальное значение IR = 100 M Ом / количество электрических розеток. (Все электрические точки без фитингов и вилок).

     Обязательные меры предосторожности:

    • Электронное оборудование, такое как электронные люминесцентные пусковые переключатели, сенсорные выключатели, диммеры, регуляторы мощности, таймеры задержки, может быть повреждено приложением высокого испытательного напряжения, его следует отключить.
    • Конденсаторы и индикаторные или контрольные лампы должны быть отключены, иначе результаты проверки будут неточными.
    • Если какое-либо оборудование отключается в целях тестирования, оно должно быть подвергнуто собственному испытанию изоляции с использованием напряжения, которое не может привести к повреждению. Результат должен соответствовать указанному в соответствующем британском стандарте или быть не менее 0,5 МОм, если стандарта нет.

    Оценить:

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Рубрика: Без рубрики

    О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
    Jignesh Parmar закончил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электрических проектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-выполнение).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.