Scelta di un trasformatore: scopo e principio di funzionamento, metodi di selezione di un trasformatore in base alla potenza

Ogni radioamatore si trova di fronte alla scelta di un trasformatore per alimentare vari circuiti e dispositivi, nonché per creare alimentatori. A tale scopo, puoi utilizzare le opzioni già pronte o calcolare e creare un trasformatore con le tue mani. È necessario comprendere lo scopo principale, il principio di funzionamento, nonché navigare e calcolare i parametri necessari. Diversi metodi sono usati per selezionare un trasformatore.

Concetti di base sui trasformatori

Lo scopo principale del trasformatore (T) è convertire la tensione alternata (U) nei valori nominali richiesti. T è stato ampiamente utilizzato come il convertitore più semplice della variabile U, sebbene sia possibile convertire anche la corrente continua, ma questo metodo è economicamente svantaggioso. T funziona solo dalla variabile U, e questo è dovuto al principio della sua azione.

Trasformatore (T) - convertitore dell'ingresso variabile U nella valutazione o nelle valutazioni richieste per l'alimentazione dei consumatori. La maggior parte dei consumatori è alimentata da corrente continua, che si ottiene convertendo AC U in DC utilizzando un ponte a diodi o qualche altro raddrizzatore. Questo convertitore U variabile è primitivo nel suo design, tuttavia, ci sono alcune caratteristiche strutturali.

T è costituito da un circuito magnetico e bobine su cui è avvolto un filo isolato in rame. Il nucleo magnetico è realizzato in acciaio speciale, che ha proprietà ferromagnetiche ed è chiamato ferromagnete. La principale differenza tra ferromagneti e acciaio ordinario è la presenza di atomi con spin e momenti orbitali costanti (CuOM). SiOM dipendono dalla temperatura e dal campo magnetico e, per questo motivo, gli avvolgimenti T non si surriscaldano durante il funzionamento a causa dell'assenza di correnti di Foucault. Uno speciale acciaio per trasformatori con proprietà ferromagnetiche riduce al minimo la formazione di correnti di Foucault, il che non è sufficiente per surriscaldare gli avvolgimenti.

I materiali più comuni per la fabbricazione di un circuito magnetico sono l'acciaio per trasformatori elettrici (ETS) e la permalloy. L'ETS differisce dall'acciaio ordinario per le sue proprietà fisico-chimiche, poiché contiene una significativa frazione in massa di silicio (Si), che a utilizzando speciali tecnologie fornite in fabbrica, si combina con il carbonio sotto l'azione di alte temperature e pressioni.

Questa tecnologia di produzione ETS molto diffuso, poiché è utilizzato in quasi tutti i T. Un altro tipo di ferromagnete per la fabbricazione di un circuito magnetico è il permalloy, che è un composto di una lega di nichel e ferro, utilizzato per realizzare T di bassa potenza. L'area del circuito magnetico influisce sulla potenza (P) T.

Gli avvolgimenti sono bobine con filo avvolto avvolto con uno speciale rivestimento di vernice. Il diametro del filo e il numero di spire dipendono da U e dalla corrente (I), e questo influisce anche sul P del trasformatore. Il numero di bobine deve essere almeno 2, tuttavia è consentita una bobina, a condizione che su di essa siano avvolti 2 avvolgimenti (di cui uno primario).

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento di T è abbastanza semplice e si basa sulla ricerca di un conduttore con il numero di spire n in un campo magnetico alternato. Un campo magnetico alternato (PMF) è un campo, il cui valore e direzione delle linee di flusso magnetico (Ф) cambia secondo la legge di variazione dei valori della variabile I, che lo genera nel tempo. Quando la corrente passa attraverso le spire della bobina dell'avvolgimento primario (KPO), si forma F, che penetra anche nella bobina dell'avvolgimento secondario (KVO).

A causa della struttura chiusa del circuito magnetico, le linee F sono chiuse. Per ridurre la perdita di energia elettrica, le bobine sono posizionate il più vicino possibile l'una all'altra. È ottimale utilizzare una bobina con 2 o più avvolgimenti. Tuttavia, questa opzione non è consentita nelle saldatrici meno recenti. In questo caso, le bobine devono essere separate per aumentare il trasferimento di calore durante la saldatura. Inoltre, le T raffreddate ad olio vengono utilizzate nelle sottostazioni elettriche, ma i loro avvolgimenti sono strutturalmente posizionati su bobine diverse.

A si applica la legge dell'induzione elettromagnetica, in cui c'è un cambiamento in e l'induzione della forza elettromotrice (EMF) di autoinduzione nel KPO, e l'EMF che si verifica nel KVO è chiamato EMF di mutua induzione.

A T ci sono 2 modalità di funzionamento: inattivo e attivo (carico). Al minimo, il consumo I avviene dal 3 al 10% del valore nominale (Iн). Nella modalità attiva, I sorge nel KVO e, di conseguenza, appare una forza magnetomotrice (MDF). In questo caso è possibile calcolare il parametro principale T, che prende il nome di rapporto di trasformazione k: I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / k, dove I1, I2 - I KPO e KVO, rispettivamente, e w2 e w1 sono il numero di giri di KVO e KPO.

Dalla definizione di k segue un'altra relazione tra l'EMF degli avvolgimenti (e1 ed e2) e le correnti: e1 * I1 = e2 * I2 = 1. Sulla base di questo rapporto, si può concludere che la potenza (P = e * I) consumata dal KPO è uguale al consumo energetico del KVO sotto carico. La potenza T è misurata in volt-ampere ed è abbreviata come "VA".

La connessione tra l'EMF negli avvolgimenti è direttamente proporzionale al numero di spire. In base alla legge di Lenz, gli avvolgimenti T sono forati dallo stesso Ф, e questo fatto ci permette di calcolare k in un altro modo. Sulla base della legge di induzione per i valori EMF istantanei, otteniamo le seguenti uguaglianze per KPO e KVO:

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

Il rapporto dФ / dt è l'entità della variazione di per unità di tempo (secondo la legge che descrive la variabile U). Sulla base delle espressioni per i valori istantanei dell'EMF, viene derivata la dipendenza dell'EMF per ciascun avvolgimento dal numero di spire: e1 / e2 = w1 / w2. Questa affermazione è vera anche non per gli indicatori istantanei, ne consegue che e1 = U1, e2 = U2. Modificando le grandezze si ottengono le seguenti relazioni: e1/e2 = U1/U2 = w1/w2 = k.

In base al rapporto di trasformazione, T si dividono in decrescenti e crescenti. Per cercare k devi usare diversi modi:

1. Secondo il passaporto.
2. In modo pratico.
3. Applicazione del ponte Schering.
4. Uso dell'UICT.

Molto spesso i radioamatori utilizzano una definizione pratica di questo parametro. Anche se non del tutto esatto. Per calcolare l'alimentazione, questo metodo è abbastanza.

Non è sempre possibile trovare un passaporto per T. Per determinare k, vengono utilizzati 2 voltmetri (1 per KPO, 2 per KVO), quindi U viene misurato più volte sugli avvolgimenti. Successivamente, k viene calcolato per diversi valori e viene preso il suo valore medio.

Calcolo della potenza

Per selezionare T come fonte di alimentazione, è necessario calcolare la potenza consentita del consumatore o del gruppo di consumatori. Ci sono 2 opzioni per raccogliere T: selezione in base alla tabella e calcolo. Scoprire la potenza del trasformatore è abbastanza semplice, è necessario utilizzare la formula per determinare la potenza: P = U * I. L'opzione più accurata è calcolare T come fonte di alimentazione.

È disponibile una T con una potenza totale di 180 VA. È necessario verificare se può essere utilizzato come alimentatore da 160 VA. Questo metodo consente di selezionare un trasformatore in base alla potenza secondo la tabella.

Fattore di carico T: kz = Sр / Str. Sр - potenza totale di progetto: Sp = P / cosph = 180 / 0,8 = 225 VA. Il fattore cosph è assunto pari a 0,8. Potenza potenza T Str = 160 VA. Sulla base di questo, kz = 225/160 = 1,4 (> 1). Se prendiamo T con una potenza di 250 VA, allora kz = 225/250 = 0,9 (<1).

I carichi massimi consentiti a una temperatura di 30 gradi dovrebbero essere selezionati dalla tabella 1.

Tabella 1 - Carichi massimi ammissibili T nel periodo estivo ad una temperatura di 30 gradi:

Fondamentalmente, T non funzionerà a lungo sotto carico e in modalità inattiva consuma circa il 65% della potenza nominale: S = 225 * 0,65 = 146,25 VA.

Il coefficiente K1 si calcola come segue: K1 = 146,25 / 160 = 0,91 (carico iniziale T). Secondo la tabella a K1 = 0,9 a Str = 160 VA T funzionerà per 0,5 ore. Questa opzione non è valida. Pertanto, è necessario scegliere T con una riserva di carica di 250 VA.

Autocalcolo

Per produrre T della potenza richiesta, è necessario eseguire il calcolo da soli. Se conosci U e l'I massimo che il KVO dovrebbe generare, allora il P del circuito secondario viene calcolato utilizzando la seguente formula: P2 = U2 * I2. Con un coefficiente di efficienza (efficienza = 0,8) T, la potenza del KPO viene calcolata nel modo seguente: P1 = P2 / 0,8 = 1,25 * P2.

Il trasferimento di potenza da un avvolgimento all'altro viene effettuato utilizzando nel circuito magnetico, quindi dipende da P1 area della sezione trasversale del nucleo S, che è uguale alla radice quadrata di P1 (in watt): S = sqrt (P1) (centimetri quadrato). In base al valore di S, viene determinato il numero di giri w per 1 V: w = 50 / S. Il numero di spire degli avvolgimenti è calcolato dalle formule: w1 = w * U1 e w2 = w * U2 + (w * U2 * 0.1).

La corrente primaria viene calcolata utilizzando la formula: I1 = P1 / U1. I diametri (d) del filo degli avvolgimenti sono determinati dai valori delle correnti e la densità di corrente consentita per T è 2 A / mmq: d = 0,8 * sqrt (I). L'area della sezione trasversale viene calcolata utilizzando la formula: S = 3,1416 * d * d / 4.

Un esempio di calcolo dei parametri di base

È necessario produrre e calcolare T per l'alimentazione.

T deve avere i seguenti parametri:

1. Avvolgimento primario 220 V.
2. Avvolgimenti secondari: 660 V - 100 mA e 6 V - 5 A.
3. Potenza totale di KVO: P2 = 660 * 0,1 + 6 * 5 = 96 W.
4. Potenza primaria: P1 = 1,25 * 96 = 120 W.
5. Area della sezione centrale: S = sqrt (120) = 10,95 = 11 sq. cm.
6. Il numero di giri per 1 V: w = 50/11 = 4,54 = 5.
7. Corrente primaria: I1 = 96/220 = 0,436 A.

Numero di giri e d:

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

L'area della sezione trasversale del nucleo (selezione di uno già pronto) è Sm = 5 * 4 = 20 mq. cm = 2000 mq. mm. Controllo del posizionamento degli avvolgimenti, in base ai parametri del circuito magnetico:

1. Per KPO, il diametro, tenendo conto dell'isolamento: d1iz = 0,63 mm.
2. Per KVO: d2iz = 0,35 mm e d2iz = 1,89 mm.

Per KPO: S = 0,8 * 0,63 * 1100 = 554,4 mq. mm. Per KVO: S = 0,8 * (0,35 * 3630 + 33 * 1,89) = 1332,87 mq. mm. Superficie totale S = 554,4 + 1332,87 = 1887,27 mq. mm. Verifica del compimento della disuguaglianza: Sm > S: 2000 > 1887,27 (è soddisfatto, quindi il circuito magnetico è idoneo per T).

Pertanto, la scelta di un trasformatore in termini di potenza per risolvere un compito specifico può essere eseguita utilizzando una tabella o calcolata e prodotta in modo indipendente. Quest'ultima opzione consente un approccio più flessibile e di alta qualità alla scelta di T per qualsiasi consumatore. Tuttavia, l'approccio alla scelta di una T già pronta consente di risparmiare molto tempo.