Зміст:
- Як працює трансформатор
- Як зібрати трансформатор своїми руками
- Шукаємо інструмент для розрахунку трансформатора
- Ведемо збірку трансформатора
Давайте подивимося, як розрахувати трансформатор. Почнемо з найпростішого прикладу, і якщо залишиться час, займемося чимось більш складним. Розглянемо загальні питання, на яких спотикаються новачки. Справа в тому, що трансформатор сама по собі річ проста, але принцип роботи відомий далеко не кожному. Відразу скажемо, що для розрахунків найпростіше користуватися онлайн-калькуляторами або спеціальними комп’ютерними програмами. Хоча, зрозуміло, можна взяти старенький радянський підручник з розрахунку трансформаторів і знайти там все необхідне.
Як працює трансформатор
Трансформатор переважно служить для перетворення параметрів мережі в потрібну форму. Наприклад, для зниження напруги з 220 до 12 Ст. В цьому випадку витків первинної обмотки багато і вони тонкі, а вторинна обмотка поменше, але і жила товстіший. Справа в тому, що потужність трансформатора (з урахуванням ККД) передається повністю. Тому при зниженні напруги зростає на виході струм. Ви, звичайно, помічали, що якщо первинна обмотка трансформатора заведена на харчування, а до вторинної нічого не підключено, то короткого замикання не відбувається. Але чому – ж провід ж мідний? Це відбувається через наявність реактивного індуктивного опору у трансформатора.
Принцип роботи трансформатора
Будь-кручений дріт починає, грубо кажучи, при протіканні змінного струму взаємодіяти сам з собою. За рахунок цього напруга в трансформаторі зсувається по фазі відносно початкового, а опір різко зростає. І чим вище частота мережі, тим ці ефекти більш помітні. Якщо бути ще точнішим, то існує сувора залежність в цьому плані: (Див. також: Як підключити трансформатор струму)
R = W L,
де W = 2 П f – кругова частота, а L – індуктивність. П = 3,14 – число Пі, а f – частота мережі, виражена в Гц. Взагалі кажучи, опір індуктивності трансформатора є чисто уявною величиною, якщо знехтувати внеском мідної жили в активну складову. А як ми знаємо з теорії, такий вектор лежить перпендикулярно осі дійсних чисел. Через наявність цього чисто уявного опору і відбувається зсув фаз між струмом і напругою. І він дорівнює приблизно 90 градусів (залежить від співвідношення омічного опору дроту і величини індуктивності).
Ось чому при включенні в розетку трансформатора ніякого короткого замикання не трапляється. Навіть при наявності на руках індуктивності в 100 мГн опір виходить рівним R = 2 х 3,14 х 50 х 100 / 1000 = 31,4 Ом. Це десь приблизно відповідає току 7 А в мережі 220 В. А потужність виходить 1,5 кВт. Але насправді величина індуктивності може бути значно вище. Як би те ні було, щоб трансформатор на холостому ходу (без навантаження на вторинній обмотці) не згорів, його вхідний опір має бути по можливості більше. Це ми ще провели розрахунок без урахування активної складової. Вона складається з уявною за правилом прямокутного трикутника. Гіпотенуза і буде шуканої величиною. Оскільки величина виходить комплексної, то називають її вже не опором, а імпедансом.
Магнітне поле
Тепер поговоримо про те, що відбувається, коли у трансформатора з’являється навантаження. В первинній обмотці виникає магнітне поле. Воно спрямоване перпендикулярно витках. Щоб це поле донести до вторинної обмотки, в трансформаторі застосовується так званий магнітопровід. Взагалі кажучи, для цих цілей годиться будь-яка сталь (феромагнітний матеріал). Але є два але:
Отже, в одному місці магнітопровода трансформатора намотана первинна обмотка, а в іншому – вторинна. Поле йде по заданій траєкторії і наводить на вихідних витках ЕРС (ті самі вихрові струми, але тепер уже корисні). В результаті на контактах вторинної обмотки трансформатора з’являється напруга. А як бонус від використання трансформатора виникає гальванічна розв’язка. Тобто трансформатором забирається зв’язок по постійному току.
В залежності від числа витків первинної і вторинної обмоток, а також співвідношень між ними виникає потрібний коефіцієнт передачі. Вибираються також і перерізу проводу. Ми вже говорили про це вище. А тепер пара слів про те, як це все реалізувати на практиці.
Як зібрати трансформатор своїми руками
Шукаємо інструмент для розрахунку трансформатора
Особливості розрахунку трансформатора
Це питання може викликати посмішку у майстри старої школи, але для сучасного інтернету проблема досить актуальна. Тут більшість вебмайстрів просто не знають, як ведеться розрахунок трансформатора струму. Тому можна знайти самі безглузді пропозиції з цього приводу. Ми вирішили дослідити мережу на предмет ділових варіантів. Отже, припустимо, що перед тим, як зробити найпростіший трансформатор, потрібно знайти матеріал. Б’ємося об заклад, що у більшості читачів під рукою не є електротехнічної сталі. Вгадали? А навіть якщо і була б, нарізати її за результатами розрахунку калькулятора може тільки сам Господь, або технолог спеціалізованого підприємства. Тому доведеться розрахунок вести з кінця: (Див. також: Як перевірити трансформатор)
- Слід знайти якомога більше сформованої електротехнічної сталі від старого трансформатора.
- Акуратно виміряти товщину пластин і інші розміри.
- Прикинути, який можна зібрати осердя магнітопроводу за формою.
І ось тепер вже думати, що, як і скільки намотати. Врахуйте, що встик сердечник збирають рідко. При цьому утворюються повітряні зазори, які викликають втрати в магнітному полі. Найчастіше пластини кладуться внапуск. Тобто ККД трансформатора безпосередньо залежить від якості сердечника. А тепер починаємо підбирати інструмент для розрахунку. Наприклад, заходимо сюди http://www.skrutka.ru/sk/tekst.php?id=19. Тут бачимо можливість порахувати параметри трансформатора, але без сердечника. Зате можна оцінити типові цифри.
Ось що ми бачимо:
Отже, онлайн-калькуляторів вірити можна далеко не завжди. Тим не менш, взявши для основи розрахунку ось цей ресурс http://energo-novgorod.ru/calcs/calc-trans/, ми бачимо приблизно той же результат. Але є і відмінність. Чому вірити? Ось перший нюанс сучасного світу – ніхто не пояснює свої передумови і не гарантує результат. А перемотувати б не хотілося. Але другий ресурс, мабуть, не враховує ККД, зате дає можливість вибрати параметри осердя. А це означає, що для наших цілей він підходить більше. В цьому сенсі залишається тільки перевірити доводи авторів. А для цього потрібно пошукати ще програму або калькулятор.
За всіма прикметами зазначений ресурс є урізаним варіантом ось цього http://astar3.ucoz.ru/index/0-6. Тут пояснюється, що для наведеного розміру магнітопровода і напруг підбираються ідеальні параметри. Ось чому немає ніякої можливості вибрати потужність. Це не дуже зручно, але зате ми маємо можливість зрозуміти, чи годиться знайдений нами сердечник взагалі для наших цілей, чи потрібно щось принципово інше.
Нами врешті-решт була знайдена програма Trans50Hz в робочому варіанті. Тому що в мережі дуже багато її спрощених версій. Нижче ми поміщаємо скрін програми, а адреса, де можна її скачати для особистого користування, наступний: http://audio-cxem.ru/programmyi/raschet-transformatorov/programma-dlya-rascheta-silovyih-transformatorov-s-chastotoy-50-gts-trans50hz-3700.html. Це достатньо важлива інформація, бо в мережі досить багато непрацюючих варіантів і недолугих додатків. Ми навіть не думали до цього пошуку, що питання про те, як розрахувати потужність трансформатора і його параметри, може бути таким складним. До цього неодноразово траплялися замітки на цю тему, але прискіпливо не перевірялися.
Розрахунки в Trans50Hz
Ведемо збірку трансформатора
Забезпечивши наших читачів подібною інформацією, ми тепер повністю спокійні. Додамо, що інтерфейс програми пропонує вибрати один з п’яти доступних варіантів сердечника. Таким чином, у читачів є певний вибір.
По-перше, потрібно підібрати лак. А перед цим очистити пластини від іржі. Як? Для цього підходять різні методики, бути може, доведеться перепробувати кілька. Зверніть свої погляди на засоби для боротьби з накипом. Це можуть бути лимонна або оцтова кислоти, спеціальний descaler для чайників, а також і багато іншого. Засоби для очищення монет також цілком підходять, а деякі використовують для тих же цілей Комет (куди зазвичай входить лимонна кислота). У деяких випадках буде корисно скористатися шкіркою, болгаркою, шліфувальним диском. Головне, щоб броньові пластини були очищені, ось ще кілька способів:
Найголовніше – як слід промийте деталі після закінчення операції. Далі потрібно буде попрацювати з лаком, тому потрібна ідеальна чистота. Любителі рекомендують ПФ-238. Суть в тому, щоб в лаку не було ацетону. Бо в майбутньому це може пошкодити ізоляцію проводів. Вона теж лакова і розчиняється саме ацетоном. Відповідно до цього і вибирайте лак для конструювання сердечника. Лак КО-916 йде за ціною близько 330 рублів за кг Ходять чутки, що для складання сталевих пластин магнітопровода трансформатора він підходить просто ідеально.
А як вести намотування? Це залежить від форми осердя. Якщо взяти типовий прямокутник з однією перемичкою по центру (пластини Ш), то можна розташувати первинну обмотку над вторинною. При цьому бажано, щоб висота після закінчення операції була рівномірною. Для цього можна приблизно оцінити цей параметр за кількістю витків та їх перетину. Провід зазвичай береться з лаковою ізоляцією, як ми вже говорили вище. Приміром, програма Trans50Hz пропонує використовувати марку ПЕТ-155 за замовчуванням. Ви ж можете погортати listBox (випадаючий список) на предмет інших варіантів.
Немає нічого простіше, таким чином, ніж як вибрати трансформатор за своїм смаком і бажанням. Нарешті, непогано б ознайомитися з існуючими типорозмірами проводів. Для цього потрібно знайти ГОСТ на них або зайти на сайт виробника і пробігтися по прайсу. Це дозволить більш точно підібрати потрібні параметри. А ми на цьому закінчуємо огляд, настійно рекомендуємо подивитися, як проводиться установка трансформаторів струму. Виготовлення ведеться за тим же принципом, але потрібно правильно включити пристрій в мережу.