Ισχύς μετασχηματιστή. Μετασχηματιστής ισχύος. Υπολογισμός μετασχηματιστή ισχύος. Υπολογισμός συνολικής ισχύος μετασχηματιστή

Ο απλούστερος υπολογισμός ενός μετασχηματιστή ισχύος σάς επιτρέπει να βρείτε τη διατομή του πυρήνα, τον αριθμό των στροφών στις περιελίξεις και τη διάμετρο του σύρματος. Η εναλλασσόμενη τάση στο δίκτυο είναι 220 V, λιγότερο συχνά 127 V και πολύ σπάνια 110 V. Για τάσεις τρανζίστορ, απαιτείται σταθερή τάση 10 - 15 V, σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, για ισχυρά στάδια εξόδου χαμηλής συχνότητας - 25÷50 V. Για κυκλώματα ανόδου και οθόνης ηλεκτρονικών σωλήνων συνήθως χρησιμοποιούν σταθερή τάση 150 - 300 V, για κυκλώματα λαμπτήρων πυρακτώσεως εναλλασσόμενη τάση 6,3 V. Όλες οι τάσεις που είναι απαραίτητες για οποιαδήποτε συσκευή λαμβάνονται από έναν μετασχηματιστή, ο οποίος ονομάζεται μετασχηματιστής ισχύος.

Ο μετασχηματιστής ισχύος είναι κατασκευασμένος σε πτυσσόμενο χαλύβδινο πυρήνα από λεπτές πλάκες σχήματος W, λιγότερο συχνά σε σχήμα U, απομονωμένες μεταξύ τους, καθώς και πυρήνες λωρίδων με κοιλότητα των τύπων ShL και PL (Εικ. 1).

Οι διαστάσεις του, ή πιο συγκεκριμένα, η περιοχή διατομής του μεσαίου τμήματος του πυρήνα, επιλέγονται λαμβάνοντας υπόψη τη συνολική ισχύ που πρέπει να μεταδώσει ο μετασχηματιστής από το δίκτυο σε όλους τους καταναλωτές του.

Ένας απλοποιημένος υπολογισμός δημιουργεί την ακόλουθη σχέση: η διατομή του πυρήνα S σε cm², στο τετράγωνο, δίνει τη συνολική ισχύ του μετασχηματιστή σε W.

Για παράδειγμα, ένας μετασχηματιστής με πυρήνα που έχει πλευρές 3 cm και 2 cm (πλάκες τύπου Sh-20, πάχος ρύθμισης 30 mm), δηλαδή με επιφάνεια διατομής πυρήνα 6 cm², μπορεί να καταναλώσει 36 W ρεύμα από το δίκτυο και να το «επεξεργαστείτε». Αυτός ο απλοποιημένος υπολογισμός δίνει αρκετά αποδεκτά αποτελέσματα. Αντίθετα, μια ηλεκτρική συσκευή απαιτεί ισχύ 36 W και, στη συνέχεια, λαμβάνοντας την τετραγωνική ρίζα του 36, διαπιστώνουμε ότι η διατομή του πυρήνα πρέπει να είναι 6 cm².

Για παράδειγμα, θα πρέπει να συναρμολογηθεί από πλάκες Sh-20 με πάχος σετ 30 mm, ή από πλάκες Sh-30 με πάχος ρύθμισης 20 mm, ή από πλάκες Sh-24 με πάχος ρύθμισης 25 mm, κ.λπ. επί.

Η διατομή του πυρήνα πρέπει να ταιριάζει με την ισχύ έτσι ώστε ο χάλυβας πυρήνα να μην πέφτει στην περιοχή μαγνητικού κορεσμού. Και εξ ου το συμπέρασμα: η διατομή μπορεί πάντα να λαμβάνεται σε περίσσεια, ας πούμε, αντί για 6 cm², πάρτε έναν πυρήνα με διατομή 8 cm² ή 10 cm². Δεν θα γίνει χειρότερο. Αλλά δεν είναι πλέον δυνατό να ληφθεί ένας πυρήνας με διατομή μικρότερη από την υπολογιζόμενη, καθώς ο πυρήνας θα πέσει στην περιοχή κορεσμού και η επαγωγή των περιελίξεων του θα μειωθεί, η επαγωγική τους αντίσταση θα πέσει, τα ρεύματα θα αυξηθούν , ο μετασχηματιστής θα υπερθερμανθεί και θα αποτύχει.

Ένας μετασχηματιστής ισχύος έχει πολλές περιελίξεις. Πρώτον, δίκτυο, συνδεδεμένο σε δίκτυο με τάση 220 V, είναι επίσης πρωτεύον.

Εκτός από τις περιελίξεις του δικτύου, ένας μετασχηματιστής δικτύου μπορεί να έχει πολλές δευτερεύουσες περιελίξεις, το καθένα με τη δική του τάση. Ένας μετασχηματιστής για σωλήνες έχει συνήθως δύο περιελίξεις - μια περιέλιξη νήματος 6,3 V και μια περιέλιξη κλιμάκωσης για τον ανορθωτή ανόδου. Ένας μετασχηματιστής τρανζίστορ έχει τις περισσότερες φορές μια περιέλιξη που τροφοδοτεί έναν ανορθωτή. Εάν κάποιος καταρράκτης ή κόμβος χρειάζεται να τροφοδοτηθεί με μειωμένη τάση, λαμβάνεται από τον ίδιο ανορθωτή χρησιμοποιώντας αντίσταση σβέσης ή διαιρέτη τάσης.

Ο αριθμός των στροφών στις περιελίξεις καθορίζεται από ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του μετασχηματιστή, το οποίο ονομάζεται «αριθμός στροφών ανά βολτ» και εξαρτάται από τη διατομή του πυρήνα, το υλικό του και τον τύπο του χάλυβα. Για κοινούς τύπους χάλυβα, μπορείτε να βρείτε τον "αριθμό στροφών ανά βολτ" διαιρώντας 50-70 με τη διατομή του πυρήνα σε cm:

Έτσι, πάρτε έναν πυρήνα με διατομή 6 cm², τότε για αυτόν ο "αριθμός στροφών ανά βολτ" θα είναι περίπου 10.

Ο εξοπλισμός χαμηλής τάσης χρησιμοποιείται ευρέως στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία. Αυτό το γεγονός απαιτεί τη χρήση συσκευών που μειώνουν την τυπική τάση στο απαιτούμενο επίπεδο. Είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια συσκευή που πληροί τα απαιτούμενα πρότυπα. Ένας ηλεκτρολόγος αντιμετωπίζει το καθήκον του πώς να προσδιορίσει την ισχύ ενός μετασχηματιστή. Η γνώση των στοιχειωδών φυσικών νόμων βοηθά στην επίλυση του προβλήματος.

Θεωρία και ιστορία

Η λατινική λέξη transformare μεταφράζεται στα ρωσικά ως "μεταμόρφωση". Ο μετασχηματιστής έχει σχεδιαστεί για να αλλάζει το επίπεδο τάσης εισόδου κατά ένα ορισμένο ποσό. Η συσκευή αποτελείται από μία ή περισσότερες περιελίξεις σε ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα. Τα πηνία τυλίγονται από σύρμα αλουμινίου ή χαλκού. Ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από πλάκες με αυξημένες σιδηρομαγνητικές ιδιότητες.

Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται με το ηλεκτρικό δίκτυο AC. Μια συσκευή που απαιτεί τάση διαφορετικού μεγέθους συνδέεται με τη δευτερεύουσα περιέλιξη.

Μετά τη σύνδεση με τον μετασχηματιστή ισχύος, εμφανίζεται μια κλειστή μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα, η οποία προκαλεί μια εναλλασσόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη σε κάθε πηνίο. Ο νόμος του Faraday λέει ότι το emf είναι ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό κύκλωμα. Το σύμβολο μείον υποδεικνύει τις αντίθετες κατευθύνσεις του μαγνητικού πεδίου και του EMF.

Ο τύπος e = − n (∆Φ ∕ ∆ t) συνδυάζει τις ακόλουθες έννοιες:

• Ηλεκτροκινητική δύναμη e, υπολογισμένη σε βολτ.
• Ο αριθμός των στροφών n στον επαγωγέα.
• Μαγνητική ροή F, η μονάδα μέτρησης της οποίας ονομάζεται weber.
• Χρόνος t που απαιτείται για μια φάση αλλαγής του μαγνητικού πεδίου.

Λαμβάνοντας υπόψη το ασήμαντο των απωλειών στον επαγωγέα, το EMF είναι ίσο με την τάση στην περιέλιξη. Η αναλογία των τάσεων στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις είναι ίση με την αναλογία του αριθμού των στροφών στα δύο πηνία. Από εδώ προκύπτει ο τύπος του μετασχηματιστή:

K ≈ U 1 ∕ U 2 ≈ n 1 ∕ n 2.

Ο συντελεστής Κ είναι πάντα μεγαλύτερος από ένα. Σε έναν μετασχηματιστή αλλάζει μόνο η τάση και το ρεύμα. Πολλαπλασιασμένα μεταξύ τους, καθορίζουν την ισχύ της συσκευής, μια σταθερή τιμή για μια συγκεκριμένη συσκευή. Η σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης στις περιελίξεις αποκαλύπτεται από τον τύπο:

K = n1 ∕ n2 = I2 ∕ I1 = U1 ∕ U2.

Με άλλα λόγια, πόσες φορές μειώνεται η τάση στο δευτερεύον τύλιγμα σε σύγκριση με την τάση στο πρωτεύον πηνίο, κατά πόσες φορές το ρεύμα στο δευτερεύον πηνίο είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα στο πρωτεύον τύλιγμα. Οι διαφορετικές τάσεις καθορίζονται από τον αριθμό των στροφών σε κάθε επαγωγέα. Ο τύπος που περιγράφει τον παράγοντα Κ εξηγεί τον τρόπο υπολογισμού ενός μετασχηματιστή.

Ο μετασχηματιστής έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε κύκλωμα εναλλασσόμενης τάσης. Το συνεχές ρεύμα δεν προκαλεί EMF στο μαγνητικό κύκλωμα και η ηλεκτρική ενέργεια δεν μεταφέρεται σε άλλη περιέλιξη.

Πίσω στο 1822, ο Faraday ασχολήθηκε με την ιδέα του πώς να μετατρέψει τον μαγνητισμό σε ηλεκτρικό ρεύμα. Πολλά χρόνια έρευνας οδήγησαν στη δημιουργία μιας σειράς άρθρων που περιέγραφαν το φυσικό φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Η θεμελιώδης εργασία δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό της Αγγλικής Βασιλικής Εταιρείας.

Η ουσία των πειραμάτων ήταν ότι ο ερευνητής τύλιξε δύο κομμάτια χάλκινου σύρματος γύρω από έναν σιδερένιο δακτύλιο. Ένα συνεχές ρεύμα συνδέθηκε σε ένα από τα πηνία. Ένα γαλβανόμετρο συνδεδεμένο με τις επαφές μιας άλλης περιέλιξης κατέγραψε τη βραχυπρόθεσμη εμφάνιση της τάσης. Για να αποκαταστήσει την επαγωγή, ο πειραματιστής απενεργοποίησε την πηγή ενέργειας και στη συνέχεια έκλεισε ξανά τις επαφές στην μπαταρία.

Το έργο του Michael Faraday εκτιμήθηκε ιδιαίτερα από την επιστημονική κοινότητα του Ηνωμένου Βασιλείου. Το 1832, ο φυσικός έλαβε ένα διάσημο βραβείο. Για το εξαιρετικό έργο του στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού, ο επιστήμονας τιμήθηκε με το μετάλλιο Copley.

Ωστόσο, η συσκευή που συναρμολογήθηκε από τον Faraday δύσκολα μπορεί να ονομαστεί μετασχηματιστής. Η συσκευή, η οποία στην πραγματικότητα μετέτρεπε την τάση και το ρεύμα, κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στο Παρίσι στις 30 Νοεμβρίου 1876. Στη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, ο συγγραφέας της εφεύρεσης και σχεδιαστής του μετασχηματιστή P. N. Yablochkov έζησε στη Γαλλία. Ταυτόχρονα, ο εξαιρετικός Ρώσος ηλεκτρολόγος μηχανικός παρουσίασε στον κόσμο το πρωτότυπο του προβολέα - το "κερί Yablochkov".

Υπολογισμός παραμέτρων συσκευής

Μερικές φορές ένας ηλεκτρολόγος παίρνει μια συσκευή χωρίς περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών της. Στη συνέχεια, ο ειδικός καθορίζει την ισχύ του μετασχηματιστή με βάση τη διατομή του μαγνητικού κυκλώματος. Η περιοχή της διατομής βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας το πλάτος και το πάχος του πυρήνα. Ο αριθμός που προκύπτει είναι στο τετράγωνο. Το αποτέλεσμα θα δείξει την κατά προσέγγιση ισχύ της συσκευής.

Είναι επιθυμητό η περιοχή του μαγνητικού κυκλώματος να υπερβαίνει ελαφρώς την υπολογιζόμενη τιμή. Διαφορετικά, το σώμα του πυρήνα θα πέσει στην περιοχή κορεσμού του μαγνητικού πεδίου, γεγονός που θα οδηγήσει σε πτώση της επαγωγής και της αντίστασης του πηνίου. Αυτή η διαδικασία θα αυξήσει το επίπεδο διέλευσης ρεύματος, προκαλώντας υπερθέρμανση της συσκευής και αστοχία.

Ο πρακτικός υπολογισμός ενός μετασχηματιστή ισχύος δεν θα πάρει πολύ χρόνο. Για παράδειγμα, ένας οικιακός τεχνίτης αντιμετωπίζει το καθήκον να φωτίσει έναν χώρο εργασίας στο γκαράζ. Υπάρχει μια οικιακή πρίζα 220 V στο δωμάτιο, στην οποία πρέπει να συνδέσετε μια λάμπα με μια λυχνία 40 W 36 V Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε τις τεχνικές παραμέτρους του μετασχηματιστή υποβάθμισης.

Προσδιορισμός ισχύος

Κατά τη λειτουργία της συσκευής, οι θερμικές απώλειες είναι αναπόφευκτες. Με φορτίο που δεν υπερβαίνει τα 100 W, ο συντελεστής απόδοσης είναι 0,8. Η πραγματική απαίτηση ισχύος του μετασχηματιστή P1 προσδιορίζεται διαιρώντας την ισχύ του λαμπτήρα P2 με την απόδοση:

P1 = P2 ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Η στρογγυλοποίηση γίνεται προς τα πάνω. Αποτέλεσμα 50 W.

Υπολογισμός διατομής πυρήνα

Οι διαστάσεις του μαγνητικού κυκλώματος εξαρτώνται από την ισχύ του μετασχηματιστή. Το εμβαδόν της διατομής προσδιορίζεται ως εξής.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Η διατομή του πυρήνα πρέπει να έχει εμβαδόν τουλάχιστον 8,49 cm².

Υπολογισμός του αριθμού των στροφών

Η περιοχή του μαγνητικού κυκλώματος βοηθά στον προσδιορισμό του αριθμού των στροφών του σύρματος ανά 1 βολτ τάσης:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Μια διαφορά δυναμικού ενός βολτ θα αντιστοιχεί σε 5,89 στροφές του σύρματος γύρω από τον πυρήνα. Επομένως, το πρωτεύον τύλιγμα με τάση 220 V αποτελείται από 1296 στροφές και το δευτερεύον πηνίο θα απαιτήσει 212 στροφές. Στη δευτερεύουσα περιέλιξη, οι απώλειες τάσης συμβαίνουν λόγω της ενεργού αντίστασης του σύρματος. Ως αποτέλεσμα, οι ειδικοί συνιστούν αύξηση του αριθμού των στροφών στο πηνίο εξόδου κατά 5-10%. Ο προσαρμοσμένος αριθμός στροφών θα είναι 233.

Ρεύματα σε περιελίξεις

Το επόμενο βήμα είναι να βρείτε το ρεύμα σε κάθε τύλιγμα, το οποίο υπολογίζεται διαιρώντας την ισχύ με την τάση. Μετά από μερικούς απλούς υπολογισμούς, προκύπτει το απαιτούμενο αποτέλεσμα.

Στο πρωτεύον πηνίο I1 = P1 ∕ U1 = 50 ∕ 220 = 0,23 αμπέρ, και στο δευτερεύον πηνίο I2 = P2 ∕ U2 = 40 ∕ 36 = 1,12 αμπέρ.

Διάμετρος καλωδίου

Ο υπολογισμός των περιελίξεων του μετασχηματιστή ολοκληρώνεται με τον προσδιορισμό του πάχους του σύρματος, η διατομή του οποίου υπολογίζεται με τον τύπο: d = 0‚8 √ I. Το στρώμα μόνωσης δεν λαμβάνεται υπόψη. Ο αγωγός πηνίου εισόδου πρέπει να έχει διάμετρο:

d1 = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Για να τυλίξετε την περιέλιξη εξόδου θα χρειαστείτε ένα καλώδιο με τη διάμετρο:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Οι διαστάσεις καθορίζονται σε χιλιοστά. Μετά τη στρογγυλοποίηση, αποδεικνύεται ότι το πρωτεύον πηνίο τυλίγεται με σύρμα πάχους 0,5 mm και ένα σύρμα 1 mm είναι κατάλληλο για τη δευτερεύουσα περιέλιξη.

Τύποι και εφαρμογές μετασχηματιστών

Οι τομείς χρήσης των μετασχηματιστών ποικίλλουν. Οι συσκευές που αυξάνουν την τάση χρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς σκοπούς για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Οι μετασχηματιστές με βήμα προς τα κάτω χρησιμοποιούνται στα ραδιοηλεκτρονικά και για τη σύνδεση οικιακών συσκευών.

Ορισμένοι τεχνίτες, δυσαρεστημένοι με τη χαμηλή τάση στο δίκτυο, κινδυνεύουν να ενεργοποιήσουν τις οικιακές συσκευές μέσω ενός μετασχηματιστή ανόδου. Ένα αυθόρμητο κύμα ρεύματος μπορεί να προκαλέσει τα φωτεινά φώτα του δωματίου να αντικαταστήσουν τις πολύ έντονες φλόγες μιας φωτιάς.

Σύμφωνα με τα καθήκοντα που επιλύει ένας μετασχηματιστής, οι συσκευές χωρίζονται σε κύριους τύπους:

Οποιαδήποτε αλλαγή στις ηλεκτρικές παραμέτρους στο κύκλωμα σχετίζεται με έναν μετασχηματιστή. Ένας ειδικός που σχεδιάζει ηλεκτρονικά κυκλώματα χρειάζεται γνώση της φύσης του ηλεκτρομαγνητισμού. Η τεχνολογία για τον υπολογισμό των περιελίξεων του μετασχηματιστή βασίζεται σε βασικούς τύπους φυσικής.

Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί που ασχολούνται με το συνηθισμένο έργο της περιέλιξης ενός μετασχηματιστή θα πρέπει να θυμούνται με μια ευγενική λέξη τον θείο Faraday, ο οποίος ανακάλυψε τον υπέροχο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Κοιτάζοντας την τελική συσκευή, θα πρέπει να θυμόμαστε επίσης τον μεγάλο συμπατριώτη, Ρώσο εφευρέτη Pavel Nikolaevich Yablochkov.

Κατά το σχεδιασμό μετασχηματιστών, η κύρια παράμετρος είναι η ισχύς του. Είναι αυτό που καθορίζει τις διαστάσεις του μετασχηματιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, ο κύριος καθοριστικός παράγοντας θα είναι η συνολική ισχύς που παρέχεται στο φορτίο:

Για έναν μετασχηματιστή με μεγάλο αριθμό δευτερευόντων περιελίξεων, η συνολική ισχύς μπορεί να προσδιοριστεί αθροίζοντας την ισχύ που καταναλώνεται από τα φορτία που συνδέονται με όλες τις περιελίξεις του:

(2)

Με πλήρως ωμικό φορτίο (χωρίς επαγωγικά ή χωρητικά εξαρτήματα στο ρεύμα), η κατανάλωση ενέργειας είναι ενεργή και ίση με την ισχύ εξόδου μικρό 2. Κατά τον υπολογισμό ενός μετασχηματιστή, μια σημαντική παράμετρος είναι η τυπική ή η συνολική ισχύς του μετασχηματιστή. Εκτός από τη συνολική ισχύ, αυτή η παράμετρος λαμβάνει υπόψη την ισχύ που καταναλώνει ο μετασχηματιστής από το δίκτυο μέσω της κύριας περιέλιξης. Η τυπική ισχύς του μετασχηματιστή υπολογίζεται ως εξής:

(3)

Ας προσδιορίσουμε την τυπική ισχύ για έναν μετασχηματιστή με δύο περιελίξεις. Συνολική ισχύς του πρωτεύοντος τυλίγματος μικρό 1 = U 1 Εγώ 1 όπου U 1 , Εγώ 1 - αποτελεσματικές τιμές τάσης και ρεύματος Είναι αυτή η ισχύς που καθορίζει τις διαστάσεις της κύριας περιέλιξης. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των στροφών της κύριας περιέλιξης του μετασχηματιστή εξαρτάται από την τάση εισόδου, η διατομή του σύρματος εξαρτάται από το μέγιστο ρεύμα που διαρρέει από αυτό (τιμή rms). Η συνολική ισχύς του μετασχηματιστή καθορίζει την απαιτούμενη διατομή πυρήνα s c. Μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

(4)

Η τάση στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή μπορεί να προσδιοριστεί από την έκφραση U 1 = 4κφά W 1 fsσι m, όπου s είναι η περιοχή διατομής του μαγνητικού πυρήνα, που ορίζεται ως το γινόμενο του πλάτους του πυρήνα και του πάχους του. Η ισοδύναμη περιοχή διατομής του πυρήνα του μετασχηματιστή είναι συνήθως μικρότερη και εξαρτάται από το πάχος των πλακών ή της ταινίας και την απόσταση μεταξύ τους, επομένως, κατά τον υπολογισμό του μετασχηματιστή, εισάγεται ο συντελεστής πλήρωσης του πυρήνα, ο οποίος ορίζεται ως αναλογία της ισοδύναμης περιοχής διατομής του μαγνητικού πυρήνα προς τη γεωμετρική του περιοχή. Η τιμή του είναι συνήθως ίση με κ c = 1 ... 0,5 και εξαρτάται από το πάχος της ταινίας. Για εξωθημένους πυρήνες (από φερρίτη, αλσιφέρ ή καρβονυλικό σίδηρο) κ c = 1. Έτσι s = κντο μικρό c και η έκφραση για την τάση του πρωτεύοντος τυλίγματος του μετασχηματιστή έχει την ακόλουθη μορφή:

U 1 = 4κφά κντο W 1 fsντο σι m(5)

Μια παρόμοια έκφραση μπορεί να γραφτεί για τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Σε έναν μετασχηματιστή με δύο περιελίξεις, η ισχύς του πρωτεύοντος τυλίγματος και η τυπική ισχύς του μετασχηματιστή είναι ίσες. Η ισχύς του πρωτεύοντος τυλίγματος μπορεί να προσδιοριστεί από την ακόλουθη έκφραση:

U 1 = U 1 Εγώ 1 = 4κφά κντο fsντο σιΜ W 1 Εγώ 1 (6)

Σε αυτήν την περίπτωση, η τυπική ισχύς του μετασχηματιστή θα υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

(7)

Ο λόγος του ρεύματος στο σύρμα περιέλιξης προς τη διατομή του ονομάζεται πυκνότητα ρεύματος. Σε έναν σωστά υπολογισμένο μετασχηματιστή, η πυκνότητα ρεύματος σε όλες τις περιελίξεις είναι η ίδια:

(8) όπου μικρό obm1, μικρό obm2 - περιοχή διατομής των αγωγών περιέλιξης.

Ας αντικαταστήσουμε τα ρεύματα Εγώ 1 = js obm1 και Εγώ 2 = js exchange2, τότε το άθροισμα σε αγκύλες της έκφρασης (7) μπορεί να γραφτεί ως εξής: W 1 Εγώ 1 + W 2 Εγώ 2 = , ι(μικρό obm1 W 1 + μικρό obm2 W 2) = jsμ, πού μικρό m - διατομή όλων των αγωγών (χαλκός) στο παράθυρο του πυρήνα του μετασχηματιστή. Το σχήμα 1 δείχνει ένα απλοποιημένο σχέδιο μετασχηματιστή, όπου η περιοχή του πυρήνα είναι καθαρά ορατή μικρό s, περιοχή του παραθύρου του μαγνητικού κυκλώματος μικρόεντάξει και την περιοχή που καταλαμβάνουν οι αγωγοί των πρωτευουσών και δευτερευουσών περιελίξεων μικρόΜ.

Εικόνα 1 Απλοποιημένος σχεδιασμός μετασχηματιστή

Ας εισαγάγουμε τον συντελεστή πλήρωσης του παραθύρου με χαλκό. Η αξία του είναι μέσα κ m = 0,15 ... 0,5 και εξαρτάται από το πάχος της μόνωσης του σύρματος, τον σχεδιασμό του πλαισίου περιέλιξης, τη μόνωση ενδιάμεσης στρώσης και τη μέθοδο περιέλιξης του σύρματος. Επειτα js m = jkΜ μικρό ok και η έκφραση για την τυπική ισχύ του μετασχηματιστή μπορεί να γραφτεί ως εξής:

(9)

Από την έκφραση (9) προκύπτει ότι η τυπική ισχύς καθορίζεται από το γινόμενο μικρόΜε μικρόΕΝΤΑΞΕΙ. Όταν το γραμμικό μέγεθος του μετασχηματιστή αυξάνεται κατά m φορές, ο όγκος (μάζα) του θα αυξηθεί κατά m³ φορές και η ισχύς του θα αυξηθεί κατά m 4 φορές. Επομένως, το ειδικό βάρος και οι διαστάσεις των μετασχηματιστών βελτιώνονται με την αύξηση της ονομαστικής ισχύος. Από αυτή την άποψη, οι μετασχηματιστές πολλαπλών περιελίξεων είναι προτιμότεροι από αρκετούς με δύο περιελίξεις.

Κατά την ανάπτυξη του σχεδιασμού των μετασχηματιστών, προσπαθούν να αυξήσουν τον συντελεστή πλήρωσης του παραθύρου του πυρήνα με περιελίξεις, καθώς αυτό αυξάνει την τιμή της ονομαστικής ισχύος μικρότύπος. Για την επίτευξη αυτού του στόχου χρησιμοποιούνται αγωγοί περιέλιξης με ορθογώνια διατομή. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε πρακτικούς υπολογισμούς, ο τύπος (9) μετατρέπεται σε μια πιο βολική μορφή.

(10)

Κατά τον υπολογισμό ενός μετασχηματιστή για μια δεδομένη ισχύ φορτίου, με βάση την έκφραση (10), προσδιορίζεται το γινόμενο μικρόΜε μικρόΕΝΤΑΞΕΙ. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας το βιβλίο αναφοράς, επιλέγεται ένας συγκεκριμένος τύπος και μέγεθος του μαγνητικού πυρήνα του μετασχηματιστή, για τον οποίο αυτή η παράμετρος θα είναι μεγαλύτερη ή ίση με την υπολογιζόμενη τιμή. Στη συνέχεια, αρχίζουν να υπολογίζουν τον αριθμό των στροφών στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις. Υπολογίστε τη διάμετρο του σύρματος και ελέγξτε εάν οι περιελίξεις ταιριάζουν στο παράθυρο του μαγνητικού κυκλώματος.

Βιβλιογραφία:

Μαζί με το άρθρο "Transformer power" διαβάστε:

http://site/BP/KlassTransf/

http://site/BP/SxZamTransf/

Τύποι μαγνητικών πυρήνων μετασχηματιστών ισχύος.

Ο μαγνητικός πυρήνας του μετασχηματιστή χαμηλής συχνότητας αποτελείται από χαλύβδινες πλάκες. Η χρήση ελασμάτων αντί για συμπαγή πυρήνα μειώνει τα δινορεύματα, γεγονός που αυξάνει την απόδοση και μειώνει τη θερμότητα.

Οι μαγνητικοί πυρήνες τύπου 1, 2 ή 3 παράγονται με σφράγιση.
Οι μαγνητικοί πυρήνες των τύπων 4, 5 ή 6 παράγονται με την περιέλιξη μιας χαλύβδινης ταινίας σε ένα πρότυπο και οι μαγνητικοί πυρήνες των τύπων 4 και 5 κόβονται στη μέση.

Οι μαγνητικοί πυρήνες είναι:

1, 4 - θωρακισμένα,
2, 5 - ράβδος,
6, 7 - δαχτυλίδι.

Για να προσδιορίσετε τη διατομή του μαγνητικού κυκλώματος, πρέπει να πολλαπλασιάσετε τις διαστάσεις "Α" και "Β". Για τους υπολογισμούς σε αυτό το άρθρο, χρησιμοποιείται το μέγεθος του τμήματος σε εκατοστά.

Μετασχηματιστές με στριμμένη ράβδο θέση 1 και θωρακισμένους μαγνητικούς πυρήνες θέση 2.

Μετασχηματιστές με σφραγισμένους θωρακισμένους μαγνητικούς πυρήνες, θέση 1, και μαγνητικούς πυρήνες πυρήνα, θέση 2.

Μετασχηματιστές με μαγνητικούς πυρήνες συνεστραμμένου δακτυλίου.

Πώς να προσδιορίσετε τη συνολική ισχύ ενός μετασχηματιστή.

Η συνολική ισχύς ενός μετασχηματιστή μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση από τη διατομή του μαγνητικού πυρήνα. Είναι αλήθεια ότι το σφάλμα μπορεί να είναι έως και 50%, και αυτό οφείλεται σε διάφορους παράγοντες. Η συνολική ισχύς εξαρτάται άμεσα από τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του μαγνητικού πυρήνα, την ποιότητα και το πάχος του χάλυβα που χρησιμοποιείται, το μέγεθος του παραθύρου, την ποσότητα επαγωγής, τη διατομή του σύρματος περιέλιξης και ακόμη και την ποιότητα της μόνωσης μεταξύ τα επιμέρους πιάτα.

Όσο φθηνότερος είναι ο μετασχηματιστής, τόσο χαμηλότερη είναι η σχετική συνολική ισχύς του.
Φυσικά, είναι δυνατόν μέσω πειραμάτων και υπολογισμών να προσδιοριστεί η μέγιστη ισχύς ενός μετασχηματιστή με υψηλή ακρίβεια, αλλά δεν έχει πολύ νόημα σε αυτό, καθώς κατά την κατασκευή του μετασχηματιστή, όλα αυτά έχουν ήδη ληφθεί υπόψη και αντικατοπτρίζονται στο αριθμός στροφών του πρωτεύοντος τυλίγματος.
Έτσι, κατά τον προσδιορισμό της ισχύος, μπορείτε να καθοδηγηθείτε από την περιοχή διατομής του συνόλου των πλακών που διέρχονται από το πλαίσιο ή τα πλαίσια, εάν υπάρχουν δύο από αυτά.

P = B * S² / 1,69

Οπου:
Π– ισχύς σε Watts,
σι– επαγωγή στην Tesla,
μικρό– διατομή σε cm²,
1,69 – σταθερός συντελεστής.

Παράδειγμα:

Αρχικά, προσδιορίζουμε τη διατομή, για την οποία πολλαπλασιάζουμε τις διαστάσεις Α και Β.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 cm²

Στη συνέχεια, αντικαθιστούμε το μέγεθος της διατομής στον τύπο και παίρνουμε την ισχύ. Επέλεξα 1,5Tc επαγωγή, αφού έχω θωρακισμένο στριφτό μαγνητικό κύκλωμα.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Watt

Εάν πρέπει να προσδιορίσετε την απαιτούμενη περιοχή διατομής του χειριστή με βάση τη γνωστή ισχύ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο τύπο:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Παράδειγμα:

Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η διατομή ενός θωρακισμένου σφραγισμένου μαγνητικού κυκλώματος για την κατασκευή ενός μετασχηματιστή 50 watt.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8 cm²

Το μέγεθος της επαγωγής μπορεί να βρεθεί στον πίνακα. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε μέγιστες τιμές επαγωγής, καθώς μπορεί να διαφέρουν πολύ για μαγνητικούς πυρήνες διαφορετικής ποιότητας.

Μέγιστες ενδεικτικές τιμές επαγωγής.

Σε ένα νοικοκυριό, μπορεί να είναι απαραίτητο να εξοπλιστεί ο φωτισμός σε υγρούς χώρους: υπόγειο ή κελάρι κ.λπ. Αυτά τα δωμάτια έχουν αυξημένο κίνδυνο ηλεκτροπληξίας.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε ηλεκτρικό εξοπλισμό σχεδιασμένο για μειωμένη τάση τροφοδοσίας, όχι μεγαλύτερη από 42 βολτ.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν φακό που τροφοδοτείται με μπαταρία ή να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματιστή με κίνηση προς τα κάτω από 220 βολτ έως 36 βολτ.

Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε και ας κατασκευάσουμε έναν μονοφασικό μετασχηματιστή ισχύος 220/36 volt.
Για να φωτίσετε τέτοια δωμάτια, είναι κατάλληλος ένας λαμπτήρας 36 volt με ισχύ 25-60 watts. Τέτοιοι λαμπτήρες με βάση για τυπική πρίζα πωλούνται σε καταστήματα ηλεκτρικών ειδών.

Εάν βρείτε μια λάμπα διαφορετικής ισχύος, για παράδειγμα 40 watt, δεν υπάρχει τίποτα να ανησυχείτε - αυτό θα κάνει επίσης. Απλώς ο μετασχηματιστής μας θα είναι κατασκευασμένος με απόθεμα ισχύος.

ΑΣ ΚΑΝΟΥΜΕ ΕΝΑ ΠΙΟ ΑΠΛΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗ 220/36 VOLT.

Δευτερεύουσα ισχύς: P2 = U2 I2 = 60 watt

Οπου:
P2– ισχύς στην έξοδο του μετασχηματιστή, ορίσαμε 60 watt.
U2- τάση στην έξοδο του μετασχηματιστή, ορίσαμε 36 βολτ.
Ι2- ρεύμα στο δευτερεύον κύκλωμα, στο φορτίο.

Απόδοση μετασχηματιστή έως 100 watt συνήθως ίσο με όχι περισσότερο η = 0,8 .
Η απόδοση καθορίζει πόση από την ισχύ που καταναλώνεται από το δίκτυο πηγαίνει στο φορτίο. Το υπόλοιπο πηγαίνει στη θέρμανση των καλωδίων και του πυρήνα. Αυτή η δύναμη χάνεται ανεπανόρθωτα.

Ας προσδιορίσουμε την ισχύ που καταναλώνει ο μετασχηματιστής από το δίκτυο, λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες:

P1 = P2 / η = 60 / 0,8 = 75 watt.

Η ισχύς μεταφέρεται από το πρωτεύον τύλιγμα στο δευτερεύον τύλιγμα μέσω της μαγνητικής ροής στον μαγνητικό πυρήνα. Επομένως, η περιοχή διατομής του μαγνητικού κυκλώματος S εξαρτάται από την τιμή του P1, την ισχύ που καταναλώνεται από το δίκτυο 220 volt.

Ο μαγνητικός πυρήνας είναι ένας πυρήνας σχήματος W ή σχήματος Ο κατασκευασμένος από φύλλα χάλυβα μετασχηματιστή. Ο πυρήνας θα περιέχει ένα πλαίσιο με πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις.

Η περιοχή διατομής του μαγνητικού κυκλώματος υπολογίζεται από τον τύπο:

S = 1,2 √P1

Οπου:
μικρό- εμβαδόν σε τετραγωνικά εκατοστά,
P1- ισχύς του πρωτεύοντος δικτύου σε watt.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 cm².

Κατά αξία μικρόΟ αριθμός των στροφών w ανά βολτ καθορίζεται από τον τύπο:

w=50/S

Στην περίπτωσή μας, η περιοχή διατομής του πυρήνα είναι S = 10,4 cm2.

w = 50 / 10,4 = 4,8 στροφές ανά 1 βολτ.

Ας υπολογίσουμε τον αριθμό των στροφών στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις.

Αριθμός στροφών στο πρωτεύον τύλιγμα στα 220 βολτ:

W1 = U1 w = 220 4,8 = 1056 στροφές.

Αριθμός στροφών στη δευτερεύουσα περιέλιξη στα 36 βολτ:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172,8 στροφές, στρογγυλεμένες σε 173 στροφές.

Στη λειτουργία φορτίου, μπορεί να υπάρξει αισθητή απώλεια μέρους της τάσης στην ενεργό αντίσταση του δευτερεύοντος σύρματος περιέλιξης. Επομένως, για αυτούς συνιστάται να λαμβάνεται ο αριθμός στροφών 5-10% περισσότερο από τον υπολογισμό. Ας πάρουμε W2 = 180 στροφές.

Το μέγεθος του ρεύματος στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 αμπέρ.

Ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 αμπέρ.

Οι διάμετροι των συρμάτων των πρωτευόντων και δευτερευουσών περιελίξεων καθορίζονται από τις τιμές των ρευμάτων σε αυτά με βάση την επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος, τον αριθμό των αμπέρ ανά 1 τετραγωνικό χιλιοστό της περιοχής του αγωγού. Για τους μετασχηματιστές, η πυκνότητα ρεύματος για το χάλκινο σύρμα θεωρείται ότι είναι 2 A/mm².

Σε αυτήν την πυκνότητα ρεύματος, η διάμετρος του σύρματος χωρίς μόνωση σε χιλιοστά προσδιορίζεται από τον τύπο:

s = 0,8 d²

Οπου: d - διάμετρος σύρματος.

Για παράδειγμα: δεν βρήκαμε σύρμα για τη δευτερεύουσα περιέλιξη με διάμετρο 1,1 mm.

Το εμβαδόν διατομής ενός σύρματος με διάμετρο 1,1 mm ισούται με:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 mm²

Ας στρογγυλοποιήσουμε μέχρι το 1,0 mm².

Από τον πίνακα επιλέγουμε τις διαμέτρους δύο συρμάτων, το άθροισμα των εμβαδών διατομής των οποίων είναι ίσο με 1,0 mm².

Για παράδειγμα, αυτά είναι δύο καλώδια με διάμετρο 0,8 mm. και επιφάνεια 0,5 mm².

Ή δύο καλώδια:

Το πρώτο έχει διάμετρο 1,0 mm. και επιφάνεια διατομής 0,79 mm²,
- το δεύτερο με διάμετρο 0,5 mm. και επιφάνεια διατομής 0,196 mm².
που αθροίζονται σε: 0,79 + 0,196 = 0,986 mm².

Το πηνίο τυλίγεται με δύο σύρματα ταυτόχρονα. Οι αρχές αυτών των καλωδίων συνδέονται μεταξύ τους. Τα άκρα αυτών των καλωδίων συνδέονται επίσης.
Αποδεικνύεται σαν ένα καλώδιο με τη συνολική διατομή δύο συρμάτων.