Найбільш відповідальною та дорогою деталлю силового блоку радіопристрою, що живиться від мережі змінного струмує силовий трансформатор. Один із прикладів принципової схемитрансформатора наведено на рис. 1. Трансформатор має сердечник, зібраний із тонких пластин трансформаторної сталі. Обмотки трансформатора виконуються із мідного ізольованого дроту на пресшпановому каркасі.
Сердечники трансформатора збираються із пластин двох типів: Г-подібних та Ш-подібних. Типом пластин визначається і конструкція трансформаторів, що показані на рис. 2.
На стрижневому осерді (Г-подібні пластини) обмотки трансформатора розміщуються рівномірно на обох стрижнях (рис. 2, а), наприклад на одному стрижні розміщуються первинна (мережева) обмотка і знижувальна для розжарення ламп, а на іншому - вторинна підвищуюча (високовольтна) обмотка . При цьому типі пластин обмотки іноді розміщуються і на одному стрижні осердя.
На броньовому сердечнику (Ш-подібні пластини) всі обмотки розміщуються на його середньому стрижні (рис. 2, б).
Якщо ми підключимо первинну обмотку I трансформатора до джерела змінного струму (рис. 3), по ній протікатиме змінний струм, який створить у сердечнику змінний магнітний потік. Так як на другому стрижні трансформатора розташована вторинна обмотка II, змінний магнітний потік буде перетинати витки вторинної обмотки, внаслідок чого в ній (за законом електромагнітної індукції) наводиться електрорушійна сила (ЕРС). Якщо паралельно вторинній обмотціувімкнути прилад (вольтметр), він покаже величину індукованої напруги.
Для того, щоб знизити напругу електромережі, вторинна обмотка повинна мати меншу кількість витків, ніж мережева, а для підвищення напруги - більше порівняно з первинною (мережевою) обмоткою.
Для живлення радіоапаратури потрібні різні напруги: висока (з наступним випрямленням) для живлення анодних ланцюгів і ланцюгів екранних сіток ламп і два низьких - для живлення ланцюгів розжарювання ламп і окремо для розжарення кенотрону, якщо він застосовується у випрямлячі (виключення становить лише кенотрон 6Ц5С, нитка розжарення якого можна живити від загальної обмотки розжарення).
Внаслідок втрат у сердечнику та обмотках від вторинної обмотки трансформатора ніколи не можна отримати ту ж потужність, яка була підведена до первинної обмотки. Звідси існує поняття про ККД (коефіцієнт корисної дії) трансформатора. Саморобні трансформатори, Розраховані за спрощеними формулами до виконані на звичайній трансформаторній сталі, мають ККД зазвичай її вище 70-80%.
Припустимо, що трансформатор повинен забезпечити живленням підсилювач або приймач, що споживає по анодним ланцюгам струм 100 мА при напрузі 250 В і по ланцюзі напруження струм 2 А при напрузі 6,3 В. Для випрямлення змінного струму беремо кенотрон 5Ц4С, для напруження нитки якого потрібно 2 а при напрузі 5 (для визначення струмів, споживаних електродами тієї або іншої лампи, слід користуватися їх довідковими даними).
Таким чином, з великим наближенням (без урахування падіння напруги на внутрішньому опорі кенотрону та дроселі фільтра) вторинна обмотка повинна бути розрахована на напругу 250 В і силу струму 100 мА (0,1 А), обмотка розжарювання ламп на напругу 6,3 В силу струму 2 А, а обмотка розжарення кенотрону на 5 В і струм 2 А. Підраховуємо їх потужність за формулою
де U у вольтах, а I у амперах. Отже, 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)
Потужність у всіх трьох вторинних обмотках дорівнюватиме
Р сб = 25 + 10 + 12,6 = 47,6 Вт.
Якщо прийняти ККД трансформатора, виготовленого в аматорських умовах, не вище 80%, потужність, що споживається від мережі, можна підрахувати за формулою
Р пер = 1,2 * Р зб. (3)
У нашому випадку потужність, що споживається від мережі, буде рівна
Р пр = 1,2 * 47,6 = 57,12 Вт.
Наступний етап розрахунку - визначення перерізу сердечника, тобто площі сердечника в квадратних сантиметрах - Q см 2 . Розраховується вона за формулою
Qсм 2 = 1,2 * P про 0,5 = см 2 . (4)
Оскільки сердечник збирається з тонких пластин, ізольованих один від одного, формулу введено коефіцієнт 1,2, що враховує заповнення сердечника. Таким чином, переріз сердечника нашого трансформатора буде рівним
Q см 2 = 1 * 2 57,12 0,5 = 9,07 см 2
(Вважаємо округлено 9,0 см 2).
Після цього потрібно визначити ширину пластин середнього стрижня (якщо пластини Ш-подібні) і товщину набору см. Перемноживши ці величини, отримаємо площу перерізу стрижня. Так як розрахунок всіх геометричних розмірів сердечника (площа вікна, товщина набору і ширина пластин) для радіоаматора-початківця - справа досить складна, можна просто вважати відношення ширини пластин стрижня до товщини набору рівним від 1 до 2.
Таблиця 1
При такому співвідношенні можна бути впевненим, що отримана з подальшого розрахунку кількість витків укладеться у вікно сердечника. З наведених у табл. 1 даних вибираємо пластини Ш-25, при яких товщина набору вийде 3,6 см, а відношення сторін дорівнюватиме 1,44, так як 9 см 2: 2,5 см = 3,6 см, а 3,6:2, 5 = 1,44.
n0 = (45 - 60)/Q = витків, (5)
де Q - переріз сердечника см 2 . Якщо є пластини з трансформаторної сталі хорошої якості, Чисельник слід підставляти число 45, якщо сталь погана - 60. При розрахунку вважаємо, що сердечник взятий від заводського трансформатора, тоді число витків на один вольт буде рівне
Подальший розрахунок обмоток вже не становить жодної складності, слід лише перемножити кількість витків, що припадає на один вольт, на задану напругу тієї чи іншої обмотки. Первинна обмотка для включення в мережу з напругою 127 В повинна мати П1 = 127х5 = 635 витків, що підвищує на 250 В - П2 = 250х5 = 1250 витків, для розжарення кенотрону 5 В - П3 = 5х5 = 25 витків і для В - П4 = 6,3 х5 = 31,5 витка (округлюємо до 32 витків).
Останній етап розрахунку обмоток - визначення діаметра обмотувального дроту за формулою, що передбачає тривале, безперервне навантаження трансформатора, при якій щільність (сила) струму на один квадратний міліметрперерізу дроту береться не більше двох ампер,
d = 0,8 * I 0,5 = мм, (6)
де d – діаметр дроту в міліметрах, I – сила струму в амперах.
У разі 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 (округлено).
I1 = 57,12/127 = 0,45 А (округлено),
звідси d1 = 0,8 * 0,45 0,5 = 0,54 мм, або, заокруглено, 0,55 мм.
Для більшої впевненості можна перевірити, чи укладуться обмотки у вікні обраного нами осердя. Робиться це так. З табл. 1 видно, що довжина вікна пластини осердя дорівнює 6 см, а ширина 2,5 см, але так як обмотки намотуються на каркас, який у вікні займає багато місця, зазначені розміри слід зменшити на товщину щік каркаса і товщину гільзи. В результаті довжина вікна вийде приблизно 52 см, а ширина 22 см. По табл. 2 знаходимо, що дроти обмоток в емалевій ізоляції будуть мати такі зовнішні діаметри: d1 = 0,59 мм, d2 = 0,27 мм, d3 = d4 = 1,15 мм.
Таблиця 2
| Діаметр дроту без ізоляції, мм |
Діаметр дроту в ізоляції, мм |
||||
| ПЕЛ | 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 чином, в одному шарі з дроту діаметром 0,59 укладеться 52/0,59 = 88 витків, а число шарів цієї обмотки буде рівним
685/88 = 7 (округлено). По ширині вікна шари займуть 7x0,59 = 4,2 мм або 0,42 см.
Для проведення діаметром 0,27 (з ізоляцією) число витків у шарі буде 2/0,27 = 192. Відповідно отримаємо кількість шарів 6,5, рахуємо із запасом сім шарів. Вони займуть по ширині вікна 2 мм або 0,2 см.
Кількість витків у шарі дроту діаметром 1,15 дорівнює 52/1,15 = 45. Таким чином, обмотки розжарення укладуться у два шари, що займе по ширині вікна 2,3 мм, або 0,23 см.
Склавши отримані величини 0,42+0,2+0,23, отримаємо, що це обмотки по ширині вікна займуть 0,85 див.
У своєму розрахунку ми не передбачили, що багато місця займуть вивідні кінці обмоток, прокладки між шарами з цигаркового або конденсаторного паперу та прокладки між обмотками з лакоткані або кількох шарів кабельного паперу.
Слід врахувати, що радіоаматори-початківці не зможуть відразу щільно і акуратно, виток до витка, намотувати обмотки. Тому ми приймемо, що обмотки у вікні займуть не 0,85 см, а 1 см. Якщо ж при підрахунку виявиться, що обмотки у вікні не вмістяться, слід взяти пластини більшого розміру або збільшити товщину пакета пластин. Таким чином, можна буде зменшити кількість витків обмоток на одні вольти.
Для виготовлення трансформатора потрібні також пресшпан, фібра або гетинакс товщиною 1,5-2 мм. Для ізоляції обмоток один від одного і між шарами обмоток знадобиться лакоткань, кабельний або, в крайньому випадку, звичайний папір для паперу. Лакоткань, що має високі ізоляційні властивості, можна замінити кількома шарами креслярської кальки.
Виготовлення котушки трансформатора починається з виготовлення дерев'яної болванки для каркаса, сторони якої повинні бути дещо більшими (на 0,5 мм) сторін стрижня сердечника, а її довжина на 1,5-2 см більша за довжину стрижня трансформатора.
У центр дерев'яної болванки потрібно вбити цвях без капелюшка, як показано на рис. 4.
Після цього приступають до виготовлення каркасу з пресшпану або гетинаксу зазначеної товщини, на якому робиться розмітка сторін гільзи та щік каркасу, як показано на рис. 5. Довжина каркаса повинна бути дещо меншою за довжину стрижня (на 1-2 мм).
Незважаючи на те, що такий каркас виготовляється без клею, він при акуратному виконанні має велику міцність. Зібраний каркас (рис. 5) надягає на болванку, і в тому випадку, якщо він тримається на ній нещільно, між каркасом і болванкою слід прокласти смужку картону або обгорнути болванку кількома шарами паперу.
Якщо у радіоаматора є дриль і лещата, намотування котушки трансформатора не становить великих труднощів. У лещатах потрібно затиснути в горизонтальному положенні дриль, в патрон якого затиснути цвях болванки. При обертанні дриля гільза в жодному разі не повинна бити внаслідок перекосів або ексцентриситету, оскільки витки лягатимуть неправильно, що ускладнить процес намотування, погіршить його якість, внаслідок чого обмотка займе значно більше місця. Після того, як каркас укріплений у патроні дриля, слід заготовити смужки з паперу, лакоткані або іншого ізоляційного матеріалу, ширина яких повинна бути на 4-5 мм. більше відстаніміж щоками гільзи.
Висновки обмоток (за винятком обмоток розжарення) в жодному разі не можна робити тим же дротом, а багатожильним, добре ізольованим дротом довжиною 10-12 см, до якого припаюється намотувальний провід. Місце спайки потрібно добре ізолювати шляхом обгортання його шматочком лакоткані, зміцнити котушку з дротом, як показано на рис. 6, і приступити до намотування.
При намотуванні рекомендується обертати рукоятку дриля правою рукоюа лікоть лівої руки класти на стіл так, щоб пальці, що тримають провід, знаходилися на відстані 20-30 см перед каркасом. У такий спосіб легше робити намотування виток до витка (витки рідше, збиваються).
Якщо радіоаматор не має лічильника, то після намотування кожного шару слід порахувати кількість витків у шарі і записати результат.
Вважати витки можна і так. Спочатку визначити, скільки обертів робить патрон дриля за один оберт рукоятки, і записувати кількість зроблених обертів, попередньо помноживши на отримане відношення. Наприклад: за один оберт рукоятки дриля патрон робить 3,8 обороту, отже, за 100 оборотів, зроблених рукою під час намотування, буде намотано 380 витків.
Кожен шар обмотки, що намотується, слід прокладати заготовленою смужкою паперу і уважно стежити, щоб останні витки кожного шару не провалювалися між щокою в нижній шар, так як в цьому місці можливий пробій ізоляції між шарами, який можна пояснити наступним. У нашому розрахунку вийшло, що на один вольт припадає 5 витків, а в двох шарах високовольтної обмотки укладається 192х2 = 384 витка, отже, ефективна напруга, що діє між двома шарами, дорівнюватиме 386/5, або 77 В, а амплітудна напруга - 1 В тому, що при нагріванні обмоток може призвести до пробою ізоляції.
Перед тим як приступити до намотування вторинних обмоток, в першу чергу високовольтної, поверх первинної обмотки слід покласти два шари лакоткані або два-три шари кабельного паперу. Усі обмотки мають бути добре ізольовані одна від одної.
Вивідні кінці обмоток слід розташовувати на будь-якій одній стороні щіток котушки, інакше їх легко зіпсувати при набиванні котушки, особливо якщо пластини виготовлені з просіканням, як показано на рис. 7. Для набивання сталевими пластинами котушку кладуть на стіл, після чого одну половину пластин розташовують з правого боку котушки, а іншу з лівої. Набивання проводиться вперекришку, тобто одна пластина всувається в котушку з правого боку, а інша з лівої. Зазвичай готові пластини з одного боку бувають покриті лаком, тому при набиванні котушки потрібно стежити, щоб лаковані сторони були завжди звернені вгору або вниз. Набивання пластин потрібно проводити з максимальною щільністю, для чого перед закінченням набивання сердечник слід спресувати шляхом стиснення його в лещатах і тоді можна буде вставити ще більшу кількість пластин.
Зібраний сердечник трансформатора слід з усіх боків підбити молотком, щоб усі пластини вляглися в рівну стопку, а після цього стягнути сердечник шпильками.
Виготовлений трансформатор слід випробувати, увімкнувши його в електромережу. Якщо після одного-двох годин обмотки не нагріються, значить трансформатор розрахований і зроблений правильно.
Нагрів обмотки може пояснюватися наявністю замкнутих витків (неакуратне намотування). Перед тим, як трансформатор увімкнути, необхідно перевірити, щоб вивідні кінці обмотки випадково не замкнулися між собою. Брехтіння пластин сердечника вказує на нещільне складання. В цьому випадку потрібно вставити осердя ще кілька штук пластин і сильніше затягнути тайки на шпильках. Якщо радіоаматор має вольтметр змінного струму або авометр, слід перевірити напруги на всіх вторинних обмотках.
Визначення потужності силового трансформатора
Як дізнатися про потужність трансформатора?
Для виготовлення трансформаторних блоків живлення потрібен силовий однофазний трансформатор, який знижує змінну напругу електромережі 220 вольт до необхідних 12-30 вольт, яке потім випрямляється діодним мостом та фільтрується електролітичним конденсатором. Ці перетворення електричного струмунеобхідні, оскільки будь-яка електронна апаратура зібрана на транзисторах та мікросхемах, яким зазвичай потрібна напруга не більше 5-12 вольт.
Щоб самостійно зібрати блок живлення, початківцю радіоаматору потрібно знайти або придбати відповідний трансформатор для майбутнього блоку живлення. У виняткових випадках можна виготовити силовий трансформатор самостійно. Такі рекомендації можна знайти на сторінках старих книг з радіоелектроніки.
Але зараз простіше знайти або купити готовий трансформатор і використовувати його для виготовлення свого блоку живлення.
Повний розрахунок і самостійне виготовлення трансформатора для радіоаматора-початківця досить складне завдання. Але є інший шлях. Можна використовувати вживаний, але справний трансформатор. Для живлення більшості саморобних конструкцій вистачить і малопотужного блоку живлення потужністю 7-15 Ватт.
Якщо трансформатор купується в магазині, то особливих проблем із підбором потрібного трансформатора, як правило, не виникає. У нового виробу позначені всі його основні параметри, такі як потужність, вхідна напруга, вихідна напруга, а також кількість вторинних обмоток, якщо їх більше за одну.
Але якщо у ваші руки потрапив трансформатор, який вже попрацював у якомусь приладі і ви хочете його повторно використати для конструювання блоку живлення? Як визначити потужність трансформатора хоча б приблизно? Потужність трансформатора є дуже важливим параметром, оскільки від нього безпосередньо залежатиме надійність зібраного вами блока живлення або іншого пристрою. Як відомо, потужність, що споживається електронним приладом, залежить від споживаного ним струму і напруги, яка потрібна для його нормальної роботи. Орієнтовно цю потужність можна визначити, помноживши струм, що споживається приладом ( I нна напругу живлення приладу ( U н). Думаю, багато хто знайомий з цією формулою ще по школі.
P=U н * I н
Де U н- Напруга у вольтах; I н- Струм в амперах; P- Потужність у ватах.
Розглянемо визначення потужності трансформатора реальному прикладі. Тренуватимемося на трансформаторі ТП114-163М. Це трансформатор броньового типу, який зібраний із штампованих Ш-подібних та прямих пластин. Варто зазначити, що трансформатори такого типу не найкращі з погляду коефіцієнта корисної дії (ККД). Але тішить те, що такі трансформатори широко поширені, часто застосовуються в електроніці та їх легко знайти на прилавках радіомагазинів або ж у старій та несправній радіоапаратурі. До того ж коштують вони дешевше тороїдальних (або, по-іншому, кільцевих) трансформаторів, які мають великий ККД і використовуються в досить потужній радіоапаратурі.
Отже, маємо трансформатор ТП114-163М. Спробуємо орієнтовно визначити його потужність. За основу розрахунків приймемо рекомендації із популярної книги В.Г. Борисова "Юний радіоаматор".
Для визначення потужності трансформатора необхідно розрахувати перетин магнітопроводу. Стосовно трансформатора ТП114-163М, магнітопровід – це набір штампованих Ш-подібних та прямих пластин виконаних з електротехнічної сталі. Так ось, для визначення перерізу необхідно помножити товщину набору пластин (див. фото) на ширину центральної пелюстки Ш-подібної пластини.
При обчисленнях потрібно дотримуватись розмірності. Товщину набору і ширину центральної пелюстки краще міряти в сантиметрах. Обчислення також потрібно проводити у сантиметрах. Отже, товщина набору трансформатора, що вивчається, склала близько 2 сантиметрів.
Далі заміряємо лінійкою ширину центральної пелюстки. Це вже завдання складніше. Справа в тому, що трансформатор ТП114-163М має щільний набір та пластмасовий каркас. Тому центральна пелюстка Ш-подібної пластини практично не видно, вона закрита пластиною, і визначити її ширину досить важко.
Ширину центральної пелюстки можна заміряти у бічної, першої Ш-подібної пластини в зазорі між пластмасовим каркасом. Перша пластина не доповнюється прямою пластиною і тому видно край центральної пелюстки Ш-подібної пластини. Ширина його становила близько 1,7 сантиметра. Хоча наведений розрахунок і є орієнтовним, але все ж таки бажано якомога точніше проводити вимірювання.
Перемножуємо товщину набору магнітопроводу ( 2 см.) і ширину центральної пелюстки пластини ( 1,7 см.). Отримуємо переріз магнітопроводу - 3,4 см 2 . Далі нам знадобиться така формула.
Де S- площа перерізу магнітопроводу; P тр- Потужність трансформатора; 1,3 - усереднений коефіцієнт.
Після нехитрих перетворень отримуємо спрощену формулу розрахунку потужності трансформатора по перерізу його магнитопровода. Ось вона.
Підставимо у формулу значення перерізу S = 3,4 см 2, що ми отримали раніше.
В результаті розрахунків отримуємо орієнтовне значення потужності трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора цілком достатньо, щоб зібрати блок живлення для монофонічного підсилювача звукової частоти на 3-5 ват, наприклад, на базі мікросхеми підсилювача TDA2003.
Ось ще один із трансформаторів. Маркований як PDPC24-35. Це один із представників трансформаторів – «малюток». Трансформатор дуже мініатюрний і, звісно, малопотужний. Ширина центральної пелюстки Ш-подібної пластини складає всього 6 міліметрів (0,6 см).
Товщина набору пластин всього магнітопроводу – 2 сантиметри. За формулою потужність цього міні-трансформатора виходить рівною близько 1 Вт.
Цей трансформатор має дві вторинні обмотки, максимально допустимий струм яких досить малий, і становить десятки міліампер. Такий трансформатор можна використовувати тільки для живлення схем з малим споживанням струму.
Трансформатори постійно використовуються в різних схемах, при влаштуванні освітлення, живленні ланцюгів керування та іншому електронному обладнанні. Тому досить часто потрібно обчислити параметри приладу відповідно до конкретних умов експлуатації. Для цього ви можете скористатися спеціально розробленим онлайн калькулятором розрахунку трансформатора. Проста таблиця вимагає заповнення вихідними даними у вигляді значення вхідної напруги, габаритних розмірів, а також вихідної напруги.
Переваги онлайн калькулятора
В результаті розрахунку трансформатора онлайн, на виході виходять параметри у вигляді потужності, сили струму в амперах, кількості витків та діаметру дроту у первинній та вторинній обмотці.
Існують , що дозволяють швидко виконати розрахунки трансформатора. Однак вони не дають повної гарантії від помилок під час проведення обчислень. Щоб уникнути подібних неприємностей, застосовується програма онлайн-калькулятора. Отримані результати дозволяють виконувати конструювання трансформаторів для різних потужностей та напруг. За допомогою калькулятора здійснюються не лише розрахунки трансформатора. З'являється можливість вивчення його пристрою та основних функцій. Запрошені дані вставляють у таблицю і залишається лише натиснути потрібну кнопку.
Завдяки онлайн калькуляторуне потрібно проводити будь-яких самостійних підрахунків. Отримані результати дозволяють виконувати перемотування трансформатора своїми руками. Більшість необхідних розрахунків здійснюється відповідно до розмірів сердечника. Калькулятор максимально спрощує та прискорює всі обчислення. Необхідні пояснення можна отримати з інструкції та надалі чітко дотримуватися їх вказівок.
Конструкція трансформаторних магнітопроводів представлена трьома основними варіантами - броньовим, стрижневим та . Інші модифікації трапляються значно рідше. Для розрахунку кожного виду потрібні вихідні дані у вигляді частоти, вхідної та вихідної напруги, вихідного струму та розмірів кожного магнітопроводу.
- Що робити, якщо ви придбали вживане обладнання?
- Самостійний розрахунок обмотки потужності трансформатора
- Формула розрахунку потужності
- Закріплення пройденого матеріалу розрахунку потужності
Кожен із нас знає, що таке трансформатор. Він служить для перетворення напруги на більшу чи меншу значення. Коли ми купуємо трансформатор у спеціалізованих магазинах, як правило, в інструкції до них є повне технічний опис. Вам немає необхідності вважати всі його параметри та вимірювати їх, оскільки вони вже підраховані і виведені заводом-виробником. В інструкції ви зможете знайти такі параметри, як потужність трансформатора, вхідна напруга, вихідна напруга, кількість вторинних обмоток, якщо їхня кількість перевищує одну.
Що робити, якщо ви придбали вживане обладнання?
Але якщо до вас в руки потрапило обладнання, що вже використовувалося, і його функціональність вам невідома, необхідно самостійно розрахувати обмотку трансформатора і його потужність. Але як розрахувати обмотку трансформатора та його потужність хоча б приблизно? Варто зазначити, що такий параметр, як потужність трансформатора, дуже важливий показник для даного пристрою, тому що від нього залежатиме, наскільки функціональним буде зібраний з нього пристрій. Найчастіше його використовують для створення блоків живлення.
Насамперед слід позначити, що потужність трансформатора залежить від споживаного струму і напруги, які необхідні для його функціонування. Для того щоб підрахувати потужність, вам необхідно перемножити ці два показники: силу споживаного струму та напругу живлення пристрою. Ця формула знайома кожному ще зі шкільної лави, вона виглядає так:
P=Uн*Ін, де
Uн - напруга живлення, вимірюється у вольтах, Iн - сила споживаного струму, вимірюється в амперах, P - споживана потужність, вимірюється у ватах.
Якщо у вас є трансформатор, який ви хотіли б виміряти, то можете робити це прямо зараз за наступною методикою. Для початку необхідно оглянути сам трансформатор і визначитися з його типом і сердечниками, що використовуються в ньому. Вдивляючись у трансформатор, необхідно зрозуміти, який тип осердя в ньому використовується. Найпоширенішим вважається Ш-подібний тип осердя.
Цей сердечник використовується в не найкращих трансформаторах, з погляду коефіцієнта корисної дії, але їх ви можете легко знайти на прилавках магазинів з продажу електротехніки або викрутити у старої та несправної техніки. Доступність та достатньо низька цінароблять їх досить популярними серед любителів зібрати пристрій своїми руками. Також можете придбати тороїдальний трансформатор, який іноді називають кільцевим. Він значно дорожчий за перший і має кращий коефіцієнт корисної дії та інші якісні показники, використовується в досить потужних і високотехнологічних пристроях.
Повернутись до змісту
Самостійний розрахунок обмотки потужності трансформатора
Скориставшись книгами з радіотехніки та електроніки, ми можемо самостійно розрахувати зі стандартним Ш-подібним осердям. Для того, щоб розрахувати потужність такого пристрою, як трансформатор, необхідно правильно розрахувати перетин магнітопроводу. Що стосується стандартних трансформаторів із Ш-подібним сердечником, розмір перерізу магнітопроводу буде вимірюватися довжиною поставлених пластин, виконаних із спеціальної електротехнічної сталі. Отже, для того щоб визначити переріз магнітопроводу, необхідно перемножити два такі показники, як товщина набору пластин і ширина центральної пелюстки Ш-подібної пластини.
Взявши лінійку, ми зможемо виміряти ширину набору випромінюваного трансформатора. Дуже важливо, що найкраще всі вимірювання проводити в сантиметрах, як і обчислення. Це зможе виключити появу помилок у формулах і позбавить вас від непотрібних обчислень у переклади з сантиметрів на метри. Отже, образно візьмемо ширину рядів, що дорівнює трьом сантиметрам.
Далі необхідно виміряти ширину його центральної пелюстки. Це завдання може стати проблемним, оскільки багато трансформаторів можуть за своїми технологічними особливостями бути закриті пластиковим каркасом. В такому випадку вам буде не можна, попередньо не бачачи реальної ширини, зробити будь-які розрахунки, які хоча б близько будуть схожі на реальні. Для того, щоб виміряти цей параметр, вам знадобиться пошукати такі місця, де це було б можливо зробити. В іншому випадку можна акуратно розібрати його корпус та виміряти цей параметр, але варто робити це з ювелірною точністю.
Повернутись до змісту
Формула розрахунку потужності
Знайшовши відкрите місце або розібравши прилад, ви зможете виміряти товщину центральної пелюстки. Абстрактно візьмемо цей параметр, що дорівнює двом сантиметрам. Приблизно розраховуючи потужність, слід якомога точніше проводити вимірювання. Далі вам необхідно перемножити розмір набору магнітопроводу, що дорівнює трьом сантиметрам, і товщину пелюстки пластини, що дорівнює двом сантиметрам. У результаті ми отримуємо перетин магнітопроводу на шість квадратних сантиметрів. Щоб робити подальший розрахунок, вам необхідно ознайомитися з такою формулою як S=1,3*√Pтр, де:
- S - це площа перерізу магнітопроводу.
- Pтр - це потужність трансформатора.
- Коефіцієнт 1,3 є усередненим значенням.
Згадавши формули з курсу математики, ми можемо зробити висновок, що для того, щоб підрахувати потужність, можна зробити наступне перетворення:
〖Ртр=(S/1.33)〗^2
Наступний крок є підстановкою в цю формулузначення значення перерізу магнітопроводу в 6 квадратних сантиметрах, в результаті отримаємо такі значення:
〖Ртр=(S/1.33)〗^2=(6/1.33)^2=〖4.51〗^2=20.35 Вт
Після всіх підрахунків отримуємо абстрактне значення 20,35 Вт, яке буде важко знайти в трансформаторах з Ш-подібним сердечником. Реальні значення коливаються в ділянці семи ват. Даної потужності буде цілком достатньо, щоб зібрати блок живлення для апаратури, що працює на звукових частотахі має потужність у межах від 3 до 5 ватів.
У комплекті домашнього майстра необхідно мати паяльник, іноді навіть дещо різних потужностейта конструкцій. Промисловість випускає багато різних моделей, їх легко придбати. На фото показано працюючий зразок випуску 80-х років.
Однак багатьох умільців цікавлять саморобні конструкції. Одна з них на 80 Вт показана фотографіями нижче.
Цим паяльником вдавалося спаювати мідні дроти 2,5 квадрата на вулиці при морозі та міняти транзистори та інші компоненти електронних схемна друкованих платах у лабораторних умовах.
Принцип роботи
Паяльник «Момент» працює від електричної мережі~220 вольт, являючи собою звичайний трансформатор, у якого вторинна обмотка укорочена мідною перемичкою. При включенні під напругу кілька секунд через неї протікає струм короткого замикання, що розігріває мідний наконечник паяльника до температур, що розплавляють припій.
Первинна обмотка підключається шнуром з вилкою в розетку, а для подачі напруги використовується вимикач із механічним пружинним самоповерненням. Коли кнопка натиснута і утримується, через наконечник паяльника йде струм нагріву. Варто лише відпустити кнопку, як нагрівання одразу припиняється.
У деяких моделях, для зручності роботи при недостатньому освітленні, від первинної обмотки за принципом автотрансформатора роблять відведення на 4 вольти, які підводять до патрона з лампочкою від кишенькового ліхтарика. Спрямоване світло зібраного джерела висвітлює місце паяння.
Конструкція трансформатора
Перед початком збирання паяльника слід визначитися з його потужністю. Зазвичай 60 Вт вистачає для виконання простих електромонтажних та радіоаматорських робіт. Щоб постійно паяти транзистори і мікросхеми, бажано потужність знизити, а для обробки масивних деталей її збільшують.
Для виготовлення потрібно використовувати силовий трансформатор відповідної потужності, бажано від старих пристроїв випуску часів СРСР, коли вся електротехнічна сталь магнітопроводів проводилася за вимогами ГОСТ. На жаль, сучасні конструкції зустрічаються факти виготовлення трансформаторного заліза з низькоякісної і навіть звичайної сталі, особливо в дешевих китайських пристроях.
Види магнітопроводу
Залізо необхідно підбирати за потужністю енергії, що передається. Для цього можна використовувати не один, а кілька однакових трансформаторів. Форма магнітопроводу може бути прямокутною, круглою або Ш-подібною.
Використовувати можна залізо будь-якої форми, але зручніше вибрати броньовий пластинчастий тому, що у неї вищий ккд передачі потужності і вона дозволяє робити складові конструкції шляхом простого додавання пластин.
При виборі заліза слід звернути увагу на відсутність повітряного зазору, який використовується тільки в дроселях для створення магнітного опору.
Методика спрощеного розрахунку
Як підібрати залізо за необхідною потужністю трансформатора
Відразу обмовимося, що запропонована методика розроблена досвідченим шляхом і дозволяє в домашніх умовах із випадково підібраних деталей збирати трансформатор, який нормально працює, але може за певних збігів обставин видавати параметри, що трохи відрізняють від розрахункових. Це нескладно виправити доведенням, яке в більшості випадків не потрібне.
Зв'язок між об'ємом заліза та потужністю первинної обмотки трансформатора виражається через поперечний переріз магнітопроводу і представлений на малюнку.
Потужність первинної обмотки S1 більша за вторинну S2 на величину ккд ŋ.
Площа перерізу прямокутника Qc обчислюється за відомою формулою через сторони, які легко заміряти простою лінійкою або штангенциркулем. Для броньового трансформатора обсяг заліза потрібно менше 30%, ніж стрижневого. Це добре видно з наведених емпіричних формул, де Qc виражена в квадратних сантиметрах, а S1 — у ватах.
Для кожного виду трансформатора за своєю формулою обчислюється потужність первинної обмотки через Qc, а потім через ккд оцінюється її величина вторинного ланцюгаяка розігріватиме жало паяльника.
Наприклад, якщо для 60 Вт потужності обраний Ш-подібний магнітопровід, то його переріз Qc = 0,7 √ 60 = 5,42 см 2 .
Як підібрати діаметр дроту для обмоток трансформатора
Як матеріал для дроту слід використовувати мідь, яка покрита шаром лаку для ізоляції. При намотуванні витків на котушки лак виключає появу міжвиткових замикань. Товщина дроту підбирається за максимальним струмом.
Для первинної обмотки ми знаємо напругу 220 вольт і визначилися з первинною потужністю трансформатора, підбираючи поперечний переріз для магнітопроводу. Розділивши вати цієї потужності на вольти первинної напруги, Отримаємо струм обмотки в амперах.
Наприклад, для трансформатора потужністю 60 ват струм в первинно обмотці вийде менше 300 міліампер: 60 [ват]/220 [вольт] = 0,272727.. [ампера].
Таким же способом обчислюється струм вторинної обмотки від своїх величин напруги та потужності. У нашому випадку це не потрібно: обмотка з двох витків, напруга буде маленька, а струм великий. Тому поперечний переріз тоководу вибирається з величезним запасом із мідної шинки, яка максимально знизить втрати від електричного опорувторинної обмотки.
Визначивши струм, наприклад, 300 мА, можна обчислити діаметр дроту за емпіричною формулою: проводи [мм]=0,8∙√I [А]; або 0,8∙√0,3=0,8 0.547722557505=0,4382 мм.
Така точність, звісно, не потрібна. Обчислений діаметр дозволить дуже довго та надійно працювати трансформатору без перегріву на максимальному навантаженні. А ми робимо паяльник, який періодично включається лише на пару секунд. Потім відключається та остигає.
Практика показала, що з цією метою цілком підходить діаметр 0,14÷0,16 мм.
Як визначити кількість витків обмотки
Напруга на висновках трансформатора залежить від кількості витків та характеристик магнітопроводу. Зазвичай ми не знаємо марки електротехнічної сталі та її властивості. Для наших цілей цей параметр просто усереднюється, а весь розрахунок кількості витків спрощується до вигляду: ? = 45/Qc, де? - Число витків, що припадають на 1 вольт напруги на будь-якій обмотці трансформатора.
Наприклад, для аналізованого трансформатора 60 ват: ώ=45/Qc =45/5,42=8,3026 витка на вольт.
Оскільки ми підключаємо первинну обмотку на 220 вольт, для неї число витків складе величину ω1=220∙8,3026=1827 витків.
У вторинному ланцюзі використовується 2 витки. Вони видадуть напругу близько чверті вольта.
Для рівномірного розподілу витків дроту всередині магнітопроводу необхідно виготовити каркас з електротехнічного картону, гетинаксу або склотекстоліту. Технологія робіт показана малюнку, а розміри вибирають з урахуванням конструкції магнитопровода. Ізольовані каркасом обмотки розташовують у котушці, навколо якої збирають пластини магнітопроводу.
Часто вдається використовувати заводський каркас, але якщо підвищення потужності необхідно додати пластини, доведеться збільшити габарити. Деталі з картону можна пошити звичайними нитками або склеїти. Корпус зі склотекстоліту при точному припасуванні деталей можна збирати навіть без клею.
При виготовленні котушки треба постаратися якнайбільше простору виділити для розміщення обмоток, а при намотуванні витків розташовувати їх впритул і рівномірно. При розміщенні дроту «навал» може просто не вистачити місця і всю роботу доведеться переробляти.
У наведеному на фото паяльнику вторинна обмотка виготовлена з мідної шинки з прямокутним перетином. Його розміри 8 на 2 мм. Можна використовувати інші профілі. Наприклад, круглий дріт зручно вигинатиме для розміщення всередині магнітопроводу. З плоскою шинкою довелося старанно повозитися, використовувати лещата, молоток, шаблони і напилок для рівномірного вигину строго конфігурації каркаса котушки.
На малюнку позиції 1 показана плоска шинка. Після виготовлення каркаса потрібно визначити її довжину, враховуючи відстань, яка піде на витки та дистанцію до наконечника з мідного дроту.
У положенні 2 вона приблизно посередині плавно згинається в лещатах невеликими ударами молотка з дотриманням площини орієнтування. При переході вигину через прямий кут необхідно використовувати шаблон з м'якої сталі з формою, що суворо відповідає розмірам каркаса котушки, в яку обмотка буде поміщатися.
Шаблон значно полегшує слюсарні роботи з надання обмотці потрібної форми. Навколо нього спочатку обвивається одна половина шинки, що показано на позиціях 4, 5 та 6, а потім інша (див. 7 та 8).
Для полегшення розуміння процесу поруч із зображеннями шинки на позиціях чорними лініями з невеликими спотвореннями показано послідовність згинів.
На позиції 8 умовно показано перетин А-А. Біля нього треба буде вигинати шинку на 90 градусів для зручності роботи, як показано на фотографії.
Якщо виникнуть вигини, які заважають вільно розміщувати силову обмотку всередині каркаса котушки, їх можна спиляти напилком. Витки металу не повинні стикатися між собою та корпусом. Для цього їх розділяють шаром товстої ізоляції.
На кінцях вторинної обмотки висвердлюють отвори та нарізають різьблення для вкручування гвинтів М4. Вони служать для кріплення мідного наконечника із дроту 2,5 або 1,5 квадрата. Оскільки напруга на вторинній обмотці дуже маленька, то за якістю електричних контактів наконечника треба стежити, підтримувати їх у чистоті, очищати від оксидів та надійно прожимати гайками з шайбами.
Виготовлення первинної обмотки паяльника
Після того як силова обмотка паяльника готова та ізольована стане зрозуміло скільки вільного місця залишилось у котушці для тонкого дроту. При дефіциті простору витки мають щільно між собою.
Намотувальний дріт складається з мідної жили і одного або декількох шарів лаку і позначається маркуванням ПЕВ-1 (одношарове покриття лаком), ПЕВ-2 (два шари), ПЕТВ-2 (термостійкіший, ніж ПЕВ-2), ПЕВТЛК-2 (термостійкий) спеціальний).
Вимірюючи діаметр дроту мікрометром, слід зменшувати отримане показання на товщину ізоляції. Але ця загальна рекомендація для нашого паяльника не є критичною.
Враховуючи роботу в умовах нагрівання від марки ПЕВ-1, краще відмовитися, до речі, мотати його «навал» теж не рекомендується.
Зазвичай дріт на котушку намотують на саморобних верстатах.
При одягненій на каркас силовій обмотці доведеться витки робити вручну і записувати на папері їх кількість через певний інтервал, наприклад, сто чи двісті.
Перед початком роботи слід припаяти до початку обмотки багатожильний дріт у міцній ізоляції, бажано марки МГТФ. Він довго витримуватиме багаторазові вигини, нагрівання, механічні впливи. З'єднання кінців виконується пайкою, ізолюється. Флюс вибирається лише каніфоль, кислота не допускається.
Гнучка жила закріплюється в котушці від висмикування і виводиться назовні через отвір у бічній стінці. Після закінчення намотування другий кінець обмотки теж припаюють до дроту МГТФ, який виводять назовні.
Оскільки на провід буде подано 220 вольт, його слід добре ізолювати від корпусу і вторинної обмотки.
Доведення конструкції
Після намотування котушки на неї щільно встановлюють залізо, закріплюючи його клинами від випадання. До остаточного складання корпусу можна перевірити роботу паяльника подачею напруги в первинну обмотку для розігріву наконечника та оцінити вольтамперну характеристику.
Якщо зібрана конструкція добре паяє, цим можна і не займатися. Але, до відома: бажано вгадати робочу точку ВАХ у місці перегину кривої, коли залізо досягло свого насичення. Робиться це зміною числа витків.
Спосіб визначення заснований на подачі змінної напругивід регульованого джерела на обмотку трансформатора через амперметр та вольтметр. Робиться кілька вимірів і з них будується графік, що показує точку перелому (насичення заліза). Потім приймається рішення про зміну числа витків.
Ручка, корпус, вимикач
Як вимикач підійде будь-яка кнопка з самоповерненням, розрахована на струми до 0,5 А. На фотографії показано мікроперемикач від старого магнітофона.
Ручка паяльника виготовлена з двох половинок твердого дерева, в яких вирізані порожнини для розміщення проводів, кнопки та лампочки. Взагалі-то, підсвічування не обов'язкове, для нього треба робити окреме відпаювання або резистивно-ємнісний дільник.
Половинки ручок стягнуті шпильками з гайками. На них монтується металевий хомут кріплення, який необхідно ізолювати від заліза магнітопроводу.
Показана на фотографії відкрита саморобна конструкція корпусу забезпечує найкраще охолодження, але від працівника вимагає уваги та дотримання правил безпеки.
Бравий Олексій Семенович