Trafo valimine: eesmärk ja tööpõhimõte, võimsuse järgi trafo valimise meetodid

Iga raadioamatöör seisab silmitsi trafo valikuga erinevate vooluahelate ja seadmete toiteks, samuti toiteallikate loomiseks. Sel eesmärgil saate kasutada valmisvalikuid või arvutada ja teha trafo oma kätega. On vaja mõista peamist eesmärki, tööpõhimõtet, samuti navigeerida ja arvutada vajalikud parameetrid. Trafo valimiseks kasutatakse mitmeid meetodeid.

Trafode põhimõisted

Trafo (T) põhieesmärk on teisendada vahelduvpinge (U) vajalikeks nimiväärtusteks. T-d on laialdaselt kasutatud AC U lihtsaima muundurina, kuigi alalisvoolu saab ka teisendada, kuid see meetod on majanduslikult ebasoodne. T töötab ainult muutuja U põhjal ja see on tingitud selle toimimispõhimõttest.

Trafo (T) - muutuva sisendi U muundur tarbijate toiteks nõutavale nimiväärtusele või nimiväärtustele. Enamik tarbijaid saab toite alalisvoolust, mis saadakse AC U muundamisel alalisvooluks dioodsilla või mõne muu alaldi abil. See muutuva U-muundur on oma disainilt primitiivne, kuid sellel on mõned struktuurilised omadused.

T koosneb magnetahelast ja poolidest, millele on keritud vase isolatsiooniga traat. Magnetiline südamik on valmistatud spetsiaalsest terasest, millel on ferromagnetilised omadused ja mida nimetatakse ferromagnetiks. Peamine erinevus ferromagnetite ja tavalise terase vahel on konstantse spinni ja orbiidi nurkmomenti (CuOM) aatomite olemasolu. SiOM sõltuvad temperatuurist ja magnetväljast ning tänu sellele ei kuumene T-mähised töötamise ajal üle Foucault voolude puudumise tõttu. Spetsiaalne ferromagnetiliste omadustega trafoteras vähendab Foucault voolude teket miinimumini, millest mähiste ülekuumenemiseks ei piisa.

Levinumad materjalid magnetahela valmistamisel on elektritrafoteras (ETS) ja permalloy. ETS erineb tavalisest terasest oma füüsikalis-keemiliste omaduste poolest, kuna sisaldab märkimisväärses koguses räni (Si), mis tehases pakutavate spetsiaalsete tehnoloogiate abil ühineb see kõrge temperatuuri ja rõhu toimel süsinikuga.

See ETS tootmistehnoloogia laialt levinud, kuna seda kasutatakse peaaegu kõigis T. Teine ferromagneti tüüp magnetahela valmistamiseks on permalloy, mis on nikli ja raua sulami ühend, mida kasutatakse väikese võimsusega T valmistamiseks. Magnetahela pindala mõjutab võimsus (P) T.

Mähised on spetsiaalse lakikattega mähitud isoleeritud traadiga mähised. Traadi läbimõõt ja keerdude arv sõltub U-st ja voolust (I) ning see mõjutab ka trafo P-d. Mähiste arv peab olema vähemalt 2, kuid üks mähis on lubatud eeldusel, et sellele on keritud 2 mähist (millest üks on esmane).

Toimimispõhimõte

T tööpõhimõte on üsna lihtne ja põhineb vahelduvas magnetväljas keerdude arvuga n juhi leidmisel. Vahelduv magnetväli (AMF) on väli, mille magnetvoo joonte (Ф) väärtus ja suund muutuvad vastavalt muutuja I väärtuste muutumise seadusele, mis tekitab selle aja jooksul. Kui vool läbib primaarmähise mähise (KPO) pöördeid, moodustub F, mis tungib ka sekundaarmähise mähisesse (KVO).

Magnetahela suletud struktuuri tõttu on F-liinid suletud. Elektrienergia kadude vähendamiseks asetatakse mähised üksteisele võimalikult lähedale. Optimaalne on kasutada ühte mähist 2 või enama mähisega. See valik pole aga vanemates keevitusseadmetes lubatud. Sel juhul peavad poolid olema eraldi, et suurendada soojusülekannet keevitamise ajal. Lisaks kasutatakse elektrialajaamades õlijahutusega T, kuid nende mähised paiknevad struktuurselt erinevatel poolidel.

AT kehtib elektromagnetilise induktsiooni seadus, mille juures KPO-s toimub Ф muutus ja eneseinduktsiooni elektromotoorjõu (EMF) induktsioon ning KVO-s tekkivat EMF-i nimetatakse vastastikuse induktsiooni EMF-ks.

T-l on 2 töörežiimi: tühikäik ja aktiivne (koormus). Tühikäigul kulub I tarbimine 3 kuni 10% nimiväärtusest (Iн). Aktiivses režiimis tekib KVO-s I ja sellest tulenevalt ilmub magnetomotoorjõud (MDF). Sel juhul on võimalik arvutada põhiparameeter T, mida nimetatakse teisendussuhteks k: I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / k, kus I1, I2 - vastavalt I KPO ja KVO ning w2 ja w1 - KVO ja KVO pöörete arv KPO.

K definitsioonist tuleneb veel üks seos mähiste EMF (e1 ja e2) ja voolude vahel: e1 * I1 = e2 * I2 = 1. Selle suhte põhjal võib järeldada, et KPO tarbitav võimsus (P = e * I) on võrdne KVO koormuse all tarbitava võimsusega. Võimsus T mõõdetakse volt-amprites ja selle lühend on "VA".

EMF-i vaheline ühendus mähistes on otseselt võrdeline pöörete arvuga. Lähtudes Lenzi seadusest, läbistab mähised T sama Ф ja see asjaolu võimaldab arvutada k teistmoodi. Põhineb hetkeliste elektromagnetväljade väärtuste induktsiooniseadusel, saame KPO ja KVO jaoks järgmised võrdsused:

1. e1 = - w1 * dF / dt * E-8.
2. e2 = - w2 * dF / dt * E-8.

Suhe dФ / dt on Ф muutuse suurus ajaühiku kohta (vastavalt muutujat U kirjeldavale seadusele). EMF-i hetkeväärtuste avaldiste põhjal tuletatakse iga mähise EMF-i sõltuvus pöörete arvust: e1 / e2 = w1 / w2. See väide ei kehti ka hetkenäitajate kohta, sellest järeldub, et e1 = U1, e2 = U2. Suuruste muutmisel saadakse järgmised seosed: e1 / e2 = U1 / U2 = w1 / w2 = k.

Teisendussuhte järgi jagunevad T kahanevateks ja kasvavateks. Et otsida k peate kasutama mitut viisi:

1. Passi järgi.
2. Praktilisel viisil.
3. Scheringi silla rakendus.
4. UICT kasutamine.

Väga sageli kasutavad raadioamatöörid selle parameetri praktilist määratlust. Kuigi mitte päris täpne. Toiteallika arvutamiseks piisab sellest meetodist.

T-le ei ole alati võimalik passi leida. K määramiseks kasutatakse 2 voltmeetrit (1 KPO, 2 KVO jaoks), seejärel mõõdetakse mähistel U mitu korda. Pärast seda arvutatakse mitme väärtuse jaoks k ja võetakse selle keskmine väärtus.

Võimsuse arvutamine

T valimiseks toiteallikaks tuleks arvutada tarbija või tarbijarühma lubatud võimsus. T kogumiseks on 2 võimalust: valik tabeli järgi ja arvutus. Trafo võimsuse väljaselgitamine on üsna lihtne, võimsuse määramiseks peate kasutama valemit: P = U * I. Kõige täpsem variant on arvutada T toiteallikana.

Saadaval on T koguvõimsusega 180 VA. Tuleb uurida, kas seda saab kasutada 160 VA toiteallikana. See meetod võimaldab valida trafo võimsuse järgi vastavalt tabelile.

Koormustegur T: kz = Sр / Str. Sр - projekteeritud koguvõimsus: Sp = P / cosph = 180 / 0,8 = 225 VA. Cosph-tegur on 0,8. Võimsus T Str = 160 VA. Selle põhjal kz = 225/160 = 1,4 (> 1). Kui võtta T võimsusega 250 VA, siis kz = 225/250 = 0,9 (<1).

Maksimaalsed lubatud koormused temperatuuril 30 kraadi tuleks valida tabelist 1.

Tabel 1 - Lubatud maksimaalsed koormused T suveperioodil temperatuuril 30 kraadi:

Põhimõtteliselt ei tööta T pikka aega koormuse all ja tühikäigul tarbib see umbes 65% nimivõimsusest: S = 225 * 0,65 = 146,25 VA.

Koefitsient K1 arvutatakse järgmiselt: K1 = 146,25 / 160 = 0,91 (algkoormus T). Tabeli järgi K1 = 0,9 juures Str = 160 VA T töötab 0,5 tundi. See valik ei kehti. Seetõttu on vaja valida T, mille võimsusreserv on 250 VA.

Enesearvutus

Vajaliku võimsusega T valmistamiseks peate ise arvutusi tegema. Kui teate U ja maksimaalset I, mida KVO peaks genereerima, arvutatakse sekundaarahela P järgmise valemi abil: P2 = U2 * I2. Tõhususe koefitsiendiga (efektiivsus = 0,8) T arvutatakse KPO võimsus järgmiselt: P1 = P2 / 0,8 = 1,25 * P2.

Võimsuse ülekandmine ühelt mähiselt teisele toimub magnetahelas Ф abil, seetõttu sõltub see P1-st südamiku ristlõikepindala S, mis võrdub P1 ruutjuurega (vattides): S = sqrt (P1) (sentimeetrites) ruut). S väärtuse põhjal määratakse pöörete arv w 1 V kohta: w = 50 / S. Mähiste keerdude arv arvutatakse valemitega: w1 = w * U1 ja w2 = w * U2 + (w * U2 * 0,1).

Primaarvool arvutatakse järgmise valemi abil: I1 = P1 / U1. Mähiste traadi läbimõõdud (d) määratakse voolude väärtustega ja T lubatud voolutihedus on 2 A / sq.mm: d = 0,8 * sqrt (I). Ristlõikepindala arvutatakse järgmise valemi abil: S = 3,1416 * d * d / 4.

Põhiparameetrite arvutamise näide

Toiteallika jaoks on vaja toota ja arvutada T.

T-l peavad olema järgmised parameetrid:

1. Primaarmähis 220 V.
2. Sekundaarmähised: 660 V - 100 mA ja 6 V - 5 A.
3. KVO koguvõimsus: P2 = 660 * 0,1 + 6 * 5 = 96 W.
4. Esmane võimsus: P1 = 1,25 * 96 = 120 W.
5. Südamiku pindala: S = sqrt (120) = 10,95 = 11 sq. cm.
6. Pöörete arv 1 V kohta: w = 50/11 = 4,54 = 5.
7. Primaarvool: I1 = 96/220 = 0,436 A.

Pöörete arv ja d:

• KPO: w1 = 5 * 220 = 1100 ja d = 0,8 * sqrt (0,436) = 0,53 ruutmeetrit. mm.
• KVO – 660 V: w2 = 5 * 660 + (5 * 660 * 0,1) = 3300 + 330 = 3630 ja d = 0,8 * ruut (I) = 0,25 ruutmeetrit. mm.
• KVO - 6 V: w2 = 5 * 6 + (5 * 6 * 0,1) = 30 + 3 = 33 ja d = 1,79 ruutmeetrit. mm.

Südamiku ristlõikepindala (valik valmis) on Sm = 5 * 4 = 20 ruutmeetrit. cm = 2000 ruutmeetrit. mm. mähiste paigutuse kontrollimine, põhineb magnetahela parameetritel:

1. KPO puhul läbimõõt, võttes arvesse isolatsiooni: d1iz = 0,63 mm.
2. KVO puhul: d2iz = 0,35 mm ja d2iz = 1,89 mm.

KPO puhul: S = 0,8 * 0,63 * 1100 = 554,4 ruutmeetrit. mm. KVO puhul: S = 0,8 * (0,35 * 3630 + 33 * 1,89) = 1332,87 ruutmeetrit. mm. Üldpind S = 554,4 + 1332,87 = 1887,27 ruutmeetrit. mm. Võrratuse täitumise kontrollimine: Sm> S: 2000> 1887,27 (täidetud, seega sobib T-le magnetahel).

Seega saab trafo valiku võimsuse osas konkreetse ülesande lahendamiseks teha tabeli abil või arvutada ja valmistada iseseisvalt. Viimane võimalus võimaldab paindlikumalt ja kvaliteetsemalt läheneda T valikule iga tarbija jaoks. Valmis T valimise lähenemine säästab aga palju aega.