Calcolo degli avvolgimenti del trasformatore e del suo

Il trasformatore, la cui storia esiste da quasi un secolo e mezzo, ha servito fedelmente l'umanità per tutto questo tempo. Il suo scopo è la conversione della tensione CA. Questo è uno dei pochi dispositivi, la cui efficienza può raggiungere quasi il 100%.

Schema di avvolgimento del trasformatore di saldatura.

Come calcolare e avvolgere gli avvolgimenti del trasformatore, quale può essere il suo nucleo, quali sono le caratteristiche di design dei trasformatori per vari scopi, come funzionano - domande che potrebbero interessare a molti. Di seguito sono elencate le risposte alla maggior parte di queste domande.

Cos'è un trasformatore?

Un po 'di storia

Nel 1870, lo scienziato russo P.N. Yablochkov ha inventato la sorgente di luce ad arco elettrico - "Yablochkov candle". Inizialmente, le fonti di energia dell'arco erano potenti batterie galvaniche, ma in questo caso gli anodi bruciavano più velocemente. Quindi lo scienziato ha deciso di utilizzare l'alternatore come fonte corrente per la sua invenzione.

In questo caso, si presentò un'altra difficoltà: dopo che una candela elettrica era accesa, a causa di una diminuzione della tensione ai terminali del generatore, l'accensione di altre lampade era difficile. Il problema è stato risolto quando è stato utilizzato un trasformatore per alimentare ciascuna fonte di luce. Questi primi trasformatori avevano nuclei aperti di fasci di fili d'acciaio e, di conseguenza, avevano una bassa efficienza. Trasformatori con nuclei chiusi, simili al moderno, sono comparsi solo dopo 9 anni.

Come funziona il trasformatore e come funziona?

Figura 1. Schema del più semplice trasformatore.

Il più semplice trasformatore è un nucleo di una sostanza con alta permeabilità magnetica e due avvolgimenti avvolti attorno ad esso (Figura 1a). Quando si passa attraverso l'avvolgimento primario della corrente alternata con la forza I₁ nel nucleo c'è un flusso magnetico variabile F, che è filettato sia dagli avvolgimenti primari che secondari.

In ciascuno dei giri di questi avvolgimenti è lo stesso per il valore numerico della fem indotta. Pertanto, la relazione dell'EMF negli avvolgimenti e nei giri in essi è la stessa. Inattivo (I₂ = 0) le tensioni sugli avvolgimenti sono quasi uguali alla fem indotta in esse, quindi la seguente relazione vale anche per tensioni:

U₁ / U₂ ≈ N₁ / N₂ dove

N₁ e N₂ - il numero di giri negli avvolgimenti.

Rapporto u₁ / U₂ chiamato anche il coefficiente di trasformazione (k). Se tu₁ > U₂, il trasformatore è chiamato step-up (fig. 1b), con U₁ < U₂ - abbassamento (Figura 1B). Il primo trasformatore ha un rapporto di trasformazione più alto e il secondo ne ha meno di uno.

Uno e lo stesso trasformatore, a seconda di quale avvolgimento viene applicato e con cui viene tolta la tensione, possono essere in aumento o in diminuzione. L'avvolgimento secondario non è necessariamente uno: potrebbero essercene diversi. Dall'uguaglianza di potere negli avvolgimenti, segue che le correnti in loro sono inversamente proporzionali al numero di giri:

io₁ / I₂ ≈ N₂ / N_1.

Se l'avvolgimento secondario è parte integrante del primario (o primario-secondario), il trasformatore diventa un autotrasformatore. Nella fig. 1d e 1d sono mostrati diagrammi di, rispettivamente, autotrasformatori step-down e step-up.

La progettazione di trasformatori per la saldatura a punti del rame.

Un campo magnetico alternato causa la formazione di correnti parassite nel nucleo, che lo riscaldano, su quale parte dell'energia viene sprecata. Per ridurre queste perdite, i nuclei vengono reclutati da separati, isolati tra loro, con speciali lamiere di acciaio di trasformazione con bassa energia di inversione.

Molto spesso nei trasformatori moderni si utilizzano nuclei magnetici di tre tipi:

1. Asta (a forma di U), composta da due aste con avvolgimenti e un giogo che le collega. In questo modo vengono solitamente disposti i nuclei dei trasformatori ad alta potenza.
2. Armatura (a forma di W). Il circuito magnetico è un giogo, all'interno del quale è una canna con un avvolgimento. Il giogo protegge ogni avvolgimento del trasformatore da influenze esterne, da cui il nome. Molto spesso utilizzato nei trasformatori a bassa potenza per circuiti elettronici.
3. Toroidale - il nucleo magnetico a forma di toro è costituito da un nastro del trasformatore avvolto da un rotolo denso. Vantaggi: peso relativamente ridotto, alta efficienza, minima interferenza. Lo svantaggio è la complessità dell'avvolgimento.

Come calcolare il trasformatore?

Trasformatore di saldatura per saldatura ad arco.

I parametri più importanti di un trasformatore sono i valori nominali delle correnti e tensioni e potenza per cui è progettato. L'accuratezza assoluta nel calcolo delle caratteristiche del trasformatore per questi parametri non ha molta importanza, quindi è possibile limitarsi a valori approssimativi.

La sequenza di calcoli è la seguente:

1. Calcolo della corrente attraverso l'avvolgimento secondario, tenendo conto delle perdite: I₂ = 1,5 * I_2N, dove io_2N - corrente nominale in esso.
2. Calcolo della potenza rimossa dall'avvolgimento secondario: P₂ = U₂ * I₂, dove tu₂ - tensione su di esso. Se un tale avvolgimento non è uno, il risultato è la somma dei loro poteri.
3. Determinazione della potenza risultante: P_T = 1,25 * P₂ con un'efficienza di circa l'80%.
4. Calcolo della corrente attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore: I₁ = P_T / U₁, dove tu₁ - tensione su di esso.
5. L'area della sezione richiesta del circuito magnetico: S = 1.3 * √P_T, dove s è misurato in cm².
6. Il numero di giri per l'avvolgimento primario del trasformatore: N₁ = 50 * U₁ / S, dove S è misurato in cm².
7. Il numero di giri per il suo avvolgimento secondario: N₂ = 55 * U₂ / S, dove S è misurato in cm².
8. Il diametro dei conduttori di uno degli avvolgimenti del trasformatore: d = 0,632 * √ I, dove I è l'intensità corrente in esso. La formula è corretta per il filo di rame.

Ad esempio, l'avvolgimento secondario di un trasformatore incluso in una rete da 220 volt dovrebbe produrre una corrente di 6,7 A a una tensione di 36 V. Calcolare i parametri del trasformatore.

Le parti principali del design del trasformatore.

1. io₂ = 1,5 * 6,7 A = 10 A.
2. P₂ = 36 V * 10 A = 360 watt.
3. P_T = 1,25 * 360 watt = 450 watt.
4. io₁ = 450 W / 220 V ≈ 2 A.
5. S = 1,3 * √450 (cm²) ≈ 25 cm^2.
6. N₁ = 50 * 220/25 = 440 giri.
7. N₂ = 55 * 36/25 = 79 giri.
8. d₁ = 0,632 * √2 (mm) = 0,9 mm, d₁ = 0,632 * √10 (mm) = 2 mm.

Se non ci sono fili del diametro richiesto, un filo spesso può essere sostituito con molti più sottili collegati in parallelo. L'area della sezione trasversale del conduttore con diametro d può essere calcolata con la formula: s = 0.8 * d².

Ad esempio, è necessario un filo con un diametro di 2 mm e solo un conduttore con un diametro di 1,2 mm. L'area della sezione trasversale del filo desiderato s = 0.8 * 4 (mm²) = 3,2 mm², l'area disponibile, calcolata con la stessa formula, è di 1,1 mm². È facile capire che un conduttore con un diametro di 2 mm può essere sostituito da tre con un diametro di 1,2 mm.

Produzione di trasformatori

Il processo di produzione di un trasformatore di potenza consiste in una serie di operazioni sequenziali.

Assemblaggio di telai a bobina per nucleo o nucleo di armatura

Figura 2. Schema di assemblaggio del telaio per il trasformatore.

Un materiale abbastanza conveniente per assemblare questi quadri è cartone o pannello di stampa. Un telaio ancora più resistente può essere fatto di plastica. Il telaio è mostrato in Fig. 2a. È assemblato dalle parti mostrate nelle figure 2b-2g. Deve essere composto da due copie di ciascuna parte. I fori nelle guance (g) sono destinati alle conclusioni.

La procedura di assemblaggio del telaio:

• due guance si sovrappongono;
• le parti (b) sono incorporate nelle loro finestre e sono diluite, una verso l'altra, la seconda verso il basso;
• le parti (c) sono installate in modo che le loro sporgenze coincidano con le tacche delle parti (b).

La cornice risultante è abbastanza forte e non si sgretola più. Prima di avvolgere le bobine, le guarnizioni vengono preparate in anticipo (Fig. 2e) in strisce di carta cavo. Le strisce vengono tagliate con cura lungo i bordi fino a una profondità di diversi mm. Questi tagli, adiacenti ai pennelli, proteggeranno le svolte dello strato successivo dal cadere nel precedente.

Bobine di avvolgimento

Figura 3. Diagramma del loop per la bobina.

Prima dell'avvolgimento, è necessario preparare sezioni di filo flessibile flessibile in isolamento resistente al calore per cavi e segmenti di cambrico resistente al calore. L'avvolgimento viene eseguito in modo che il filo si adatti alla svolta alla svolta con una certa tensione. Le bobine successive dovrebbero premere le precedenti. Per evitare che le bobine cadano vicino alla guancia, è consigliabile che la riga successiva non venga estratta qualche millimetro prima di essa, riempiendo le aree libere con corde o fili.

Dopo che l'avvolgimento di ciascuna fila è completato, la tensione del filo deve essere mantenuta in modo tale che quando si posa una striscia di carta per cavi, la porzione a spirale non si apra. Tali guarnizioni devono essere posate dopo ogni strato.

Se il filo spiralato è sottile, quindi all'inizio e alla fine dell'avvolgimento, così come alle pieghe da esso, i pezzi preparati di filo flessibile flessibile sono saldati con cura. Il posto del picco è isolato. Se il filo del magnete è abbastanza spesso, i conduttori e le uscite (sotto forma di anelli) sono fatti dallo stesso filo. Entrambe le conclusioni e le curve dovrebbero essere indossate con segmenti cambrici.

Il cappio (Fig. 3a) viene fatto passare attraverso il foro della striscia piegata di carta spessa o nastro di cotone, che viene stretto dopo essere stato premuto dalle rotazioni successive (Fig. 2b). Un esempio di un ramo da un filo di avvolgimento sottile è mostrato in fig. 2c.

Approssimativamente nello stesso modo, le estremità dell'avvolgimento sono fatte di filo spesso, ma viene usata solo una banda di cotone. Lo schema di fissaggio dell'inizio dell'avvolgimento è mostrato in Fig. 2g, della sua fine - in fico. 2d.

E qualche parola su come avvolgere l'avvolgimento di un trasformatore toroidale. Solitamente, per il loro avvolgimento, vengono utilizzate navette fatte in casa, sulla cui superficie è avvolta una sufficiente quantità di filo. Lo shuttle con il filo deve passare nel foro del circuito magnetico toroidale.

Figura 4. Disegno del cerchione della bicicletta.

È molto più facile ricaricarsi utilizzando il dispositivo, che si basa sul bordo della ruota della bicicletta (Fig. 4). Il cerchio viene segato in un posto, infilato nel foro del circuito magnetico, dopo di che le parti tagliate vengono accuratamente collegate. Quindi un filo di avvolgimento della lunghezza richiesta viene avvolto sulla sua superficie esterna con un piccolo margine. Per comodità, il bordo può essere appeso con la parte superiore su un chiodo, perno o altra sospensione adatta. È conveniente fissare il cavo a spirale con un anello di gomma adatto.

L'avvolgimento è avvolto a causa della rotazione del cerchio. Dopo aver completato ogni turno, sposta l'anello di gomma alla distanza appropriata. Le bobine dovrebbero essere posate con cura, con tensione. Conclusioni e rubinetti possono essere formati nello stesso modo delle bobine sopra menzionate. Ogni strato e avvolgimento devono essere separati da uno strato di isolamento. Sopra l'ultimo strato, il trasformatore è avvolto con nastro adesivo e intriso di vernice.

Fine del montaggio del trasformatore

Schema di un trasformatore monofase.

Quando le bobine sono pronte, il nucleo o il nucleo dell'armatura viene assemblato. Dovrebbe cercare di rendere il più stretto possibile le lacune magnetiche, per le quali il montaggio dovrebbe essere fatto nel coperchio. Continua fino a quando non viene riempita l'intera finestra. Le lastre finali devono spesso essere martellate usando un martello di legno o una fodera di legno.

Alla fine dell'assemblaggio, l'anima è sigillata, aggraffa il giogo o stringe, se le piastre hanno fori corrispondenti, con spilli, che sono isolati dal nucleo con tubi di cartone o diversi strati di carta. Alle estremità dei prigionieri vengono montate le rondelle isolanti e convenzionali e si avvitano i dadi con i quali viene serrata l'anima. Un nucleo mal compresso ronza forte e vibra.

Controllare il trasformatore prodotto

Schema della macchina per i trasformatori di avvolgimento.

Prima di tutto, utilizzando un misuratore megohm, misurare la resistenza tra i singoli avvolgimenti, nonché tra il nucleo e gli avvolgimenti. Non dovrebbe essere inferiore a 0,5 Mamma. Se non ci sono misuratori megohm, è possibile valutare queste resistenze con un calibro normale. Dovrebbe mostrare l'infinito.

Dopo aver controllato l'isolamento, l'avvolgimento primario del trasformatore viene alimentato con una tensione pari a metà del valore nominale. È possibile utilizzare, ad esempio, Latte. Se il prodotto non fuma, non ronza, non si scalda molto, viene applicata una tensione nominale all'avvolgimento primario.

Senza un carico, la corrente nell'avvolgimento primario del trasformatore non deve essere superiore al 5-10% del suo valore nominale. Il trasformatore stesso non dovrebbe essere molto caldo e ronzio forte. Se il ronzio è forte, dovresti tirarlo ancora più forte o inserire piatti di legno o di plastica nello spazio tra i piatti.

Per il test finale, il carico nominale è collegato al trasformatore, le tensioni su tutti gli avvolgimenti sono controllate. Se tutto è normale, il trasformatore viene tenuto sotto carico per 3-4 ore. Se non c'è ronzio, non c'è odore di bruciato e il trasformatore non si scalda più di 70^°C, il test può essere considerato completato con successo.

Non sempre in vendita è possibile trovare un trasformatore con i parametri necessari.

Ma è sicuro dire che il dispositivo richiesto non è eccessivamente complesso e può essere calcolato e prodotto in modo indipendente.