כיצד לקבוע את כוחו של שנאי: הנוסחה למציאת החתך של המעגל המגנטי, כיצד לחשב את הפיתולים

ציוד מתח נמוך נמצא בשימוש נרחב בחיי היומיום ובטכנולוגיה. עובדה זו מחייבת שימוש במכשירים המורידים את המתח הסטנדרטי לרמה הנדרשת. יש צורך ליצור מכשיר העומד בתקנים החלים. בפני החשמלאי עומדת המשימה כיצד לקבוע את כוחו של השנאי. הכרת החוקים הפיזיקליים היסודיים עוזרת לפתור את הבעיה.

תיאוריה והיסטוריה

המילה הלטינית transformare מתורגמת לרוסית כ"טרנספורמציה". השנאי נועד לשנות את רמת מתח הכניסה בכמות מסוימת. המכשיר מורכב מפיתול אחד או יותר על מעגל מגנטי סגור. סלילים מפותלים מחוטי אלומיניום או נחושת. הליבה מורכבת מלוחות עם תכונות פרומגנטיות מוגברות.

הפיתול הראשוני מחובר לרשת חשמל זרם חילופין. מכשיר הדורש מתח בסדר גודל שונה כלול בפיתול המשני.

לאחר החיבור לשנאי הכוח, מופיע במעגל המגנטי שטף מגנטי סגור, אשר משרה כוח אלקטרו-מוטיבי לסירוגין בכל סליל. חוק פאראדיי קובע שה-EMF שווה לקצב השינוי של השטף המגנטי שעובר במעגל האלקטרומגנטי. סימן המינוס מציין את הכיוון ההפוך של השדה המגנטי וה-EMF.

הנוסחה e = - n (∆Ф ∕ ∆ t) משלבת את המושגים הבאים:

• כוח אלקטרומוטיבי e, מחושב בוולט.
• מספר הסיבובים n במשרן.
• השטף המגנטי Ф, יחידת המדידה שלו נקראת וובר.
• הזמן t הנדרש לשינוי שלב אחד של השדה המגנטי.

בהתחשב בחוסר המשמעות של הפסדים במשרן, ה-EMF משווה למתח בפיתול. היחס בין המתחים בפיתולים הראשוניים והמשניים שווה ליחס מספר הסיבובים בשני הסלילים. מכאן נגזרת הנוסחה של השנאי:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

מקדם K תמיד גדול מאחד. בשנאי רק מתח ואמפר משתנים. כפול זה בזה, הם קובעים את כוחו של המכשיר, ערך קבוע עבור מכשיר מסוים. היחס בין זרם ומתח בפיתולים מתגלה על ידי הנוסחה:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

במילים אחרות, כמה פעמים המתח בפיתול המשני מופחת בהשוואה למתח בסליל הראשוני, אז הרבה פעמים הזרם בסליל המשני גדול מהזרם בסליל הראשוני. המתחים השונים נקבעים לפי מספר הסיבובים בכל משרן. נוסחת K-factor מסבירה כיצד לחשב את השנאי.

השנאי מיועד לפעול במעגל מתח חילופין. זרם ישר אינו משרה EMF במעגל המגנטי, ואנרגיה חשמלית אינה מועברת לפיתול אחר.

עוד בשנת 1822, פאראדיי היה עסוק ברעיון כיצד להפוך מגנטיות לזרם חשמלי. שנים של מחקר הובילו ליצירת סדרת מאמרים המתארים את התופעה הפיזיקלית של אינדוקציה אלקטרומגנטית. העבודה הבסיסית פורסמה בכתב העת המדעי של החברה המלכותית האנגלית.

מהות הניסויים הייתה שהחוקר פצע שתי חתיכות של חוטי נחושת על טבעת של ברזל. זרם ישר חובר לאחד הסלילים. גלוונומטר המחובר למגעים של פיתול אחר רשם את הופעת המתח לטווח קצר. כדי לשחזר אינדוקציה, הנסיין ניתק את אספקת החשמל ולאחר מכן סגר את המגעים בחזרה לסוללה.

עבודתו של מייקל פאראדיי זכתה להערכה רבה על ידי הקהילה המדעית בבריטניה. בשנת 1832 קיבל הפיזיקאי פרס יוקרתי. על עבודה יוצאת דופן בתחום האלקטרומגנטיות, המדען זכה במדליית קופלי.

עם זאת, המכשיר שהרכיב פאראדיי בקושי יכול להיקרא שנאי. על המכשיר שהמיר למעשה מתח וזרם נרשמו פטנט בפריז ב-30 בנובמבר 1876. בשנות ה-80 של המאה הקודמת, הממציא והמעצב של השנאי P. נ. יבלוצ'קוב חי בצרפת. במקביל, מהנדס החשמל הרוסי המצטיין הציג לעולם את אב הטיפוס של הזרקור - "הנר של יבלוצ'קוב".

חישוב פרמטרים של המכשיר

לפעמים מכשיר נופל לידיו של חשמלאי ללא תיאור של המאפיינים הטכניים. ואז המומחה קובע את כוחו של השנאי לפי חתך הרוחב של המעגל המגנטי. שטח החתך נמצא על ידי הכפלת הרוחב והעובי של הליבה. המספר המתקבל בריבוע. התוצאה תציין את ההספק המשוער של המכשיר.

רצוי ששטח המעגל המגנטי יעלה מעט על הערך המחושב. אחרת, גוף הליבה ייפול לאזור הרוויה של השדה המגנטי, מה שיוביל לירידה בהשראות ובהתנגדות של הסליל. תהליך זה יגביר את רמת הזרם, ויגרום למכשיר להתחמם יתר על המידה ולהתקלקל.

החישוב המעשי של שנאי הכוח לא ייקח הרבה זמן. לדוגמה, אומן בית מופקד להאיר אזור עבודה במוסך. בחדר יש שקע ביתי של 220 וולט, אליו צריך לחבר מנורה עם מנורת 40 וולט 36 וולט. זה נדרש לחשב את הפרמטרים הטכניים של השנאי המורד.

קביעת כוח

במהלך פעולת המכשיר, הפסדי חום הם בלתי נמנעים. עם עומס שאינו עולה על 100 W, היעילות היא 0.8. ההספק האמיתי הנדרש של השנאי P₁ נקבע על ידי חלוקת הספק המנורה P₂ ביעילות:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0.8 = 50

מעגל. תוצאה 50 W.

חישוב קטע הליבה

גודל המעגל המגנטי תלוי בעוצמת השנאי. שטח החתך נקבע כדלקמן.

S = 1, 2 ∙ √P₁ = 1, 2 ∙ 7, 07 = 8, 49

חתך הליבה חייב להיות בשטח של לפחות 849 ס"מ.

חישוב מספר הסיבובים

השטח של המעגל המגנטי עוזר לקבוע את מספר סיבובי החוט לכל וולט מתח:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8.49 = 5.889.

הבדלים פוטנציאליים של וולט אחד יתאימו ל-5.89 סיבובים של החוט סביב הליבה. לכן, הפיתול הראשוני עם מתח של 220 וולט מורכב מ-1296 סיבובים, ועבור הסליל המשני נדרשים 212 סיבובים. בפיתול המשני, הפסדי מתח מתרחשים עקב ההתנגדות של החוט. כתוצאה מכך, מומחים ממליצים להגדיל את מספר הסיבובים בסליל הפלט ב-5-10%. מספר הפניות המתוקן יהיה 233.

זרמים בפיתולים

השלב הבא הוא למצוא את הזרם בכל פיתול, אשר מחושב על ידי חלוקת ההספק במתח. לאחר כמה חישובים פשוטים, מתקבלת התוצאה הנדרשת.

בסליל הראשוני I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0.23 אמפר, ובסליל המשני I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1.112 אמפר.

קוטר חוט

חישוב פיתולי השנאי הושלם על ידי קביעת עובי החוט, שחתך הרוחב שלו מחושב על ידי הנוסחה: d = 0.8 √ I. שכבת הבידוד אינה נלקחת בחשבון. מוליך סליל הכניסה חייב להיות בעל קוטר:

d₁ = 0.8 √I₁ = 0.8 √0.23 = 0.8 ∙ 0.848 = 0.838.

כדי ללפף את סלילה הפלט, אתה צריך חוט בקוטר:

d₂ = 0.8 √I₂ = 0.8 √1.12 = 0.8 ∙ 1.06 = 0.85.

המידות הן במילימטרים. לאחר עיגול, מסתבר שהסליל הראשוני מלופף בחוט בעובי 0.5 מ"מ, ולפיתול המשני מתאים חוט של 1 מ"מ.

סוגים ויישומים של שנאים

תחומי השימוש בשנאים מגוונים. מכשירים המגבירים מתח משמשים למטרות תעשייתיות להובלת חשמל למרחקים ארוכים. שנאים מטה משמשים באלקטרוניקה ולחיבור מכשירי חשמל ביתיים.

כמה בעלי מלאכה, שאינם מרוצים מהמתח הנמוך ברשת, מסתכנים בהפעלת מכשירי חשמל ביתיים באמצעות שנאי מוגברת. נחשול מתח ספונטני יכול לגרום לאור החדר הבהיר להחליף להבות אש בהירות מאוד.

על פי המשימות שהשנאי פותר, המכשירים מחולקים לסוגים עיקריים:

• לשנאי האוטומטי יש ליבה מגנטית אחת שעליה מורכב המשרן. חלק מהסיבובים פועלים כפיתולים ראשוניים, ושאר הסיבובים פועלים כסלילים משניים.
• ממירי מתח עובדים במכשירי מדידה ובמעגלי הגנת ממסר.
• ממירי זרם מיועדים לבידוד גלווני ברשתות איתות ובקרה.
• שנאי דופק משמשים במחשבים, אוטומציה, מערכות תקשורת.
• מכשירי כוח פועלים עם מתחים של עד 750 קילו-וולט.

כל שינוי בפרמטרים של חשמל במעגל קשור לשנאי. האדם שמתכנן מעגלים אלקטרוניים צריך לדעת את מהות האלקטרומגנטיות. הטכנולוגיה לחישוב פיתולי השנאים מבוססת על הנוסחאות הבסיסיות של הפיזיקה.

מהנדס חשמל העוסק בעניין השגרתי של פיתול שנאי צריך להיזכר במילה טובה של הדוד פאראדיי, שגילה את החוק המופלא של אינדוקציה אלקטרומגנטית. כשמסתכלים על המכשיר המוגמר, צריך לזכור גם את בן ארצו הגדול, הממציא הרוסי פאבל ניקולאייביץ' יבלוצ'קוב.