בחירת שנאי: מטרת ועיקרון הפעולה, שיטות בחירת שנאי בכוח

כל חובב רדיו עומד בפני הבחירה בשנאי להפעלת מעגלים והתקנים שונים, כמו גם ליצירת ספקי כוח. למטרה זו, אתה יכול להשתמש באפשרויות מוכנות או לחשב וליצור שנאי במו ידיך. יש צורך להבין את המטרה העיקרית, את עקרון הפעולה, כמו גם לנווט ולחשב את הפרמטרים הדרושים. מספר שיטות משמשות לבחירת שנאי.

מושגי יסוד על שנאים

המטרה העיקרית של השנאי (T) היא להמיר את מתח החילופין (U) לדירוגים הנדרשים. נעשה שימוש נרחב ב-T כממיר הפשוט ביותר של AC U, אם כי ניתן להמיר גם DC, אך שיטה זו היא חסרת ערך מבחינה כלכלית. T פועל רק ממשתנה U, וזה נובע מעיקרון פעולתו.

שנאי (T) - ממיר של קלט משתנה U לדירוג או דירוגים הנדרשים להפעלת צרכנים. רוב הצרכנים מופעלים על ידי זרם ישר, אשר מתקבל על ידי המרת AC U ל DC באמצעות גשר דיודה או מיישר אחר. ממיר U משתנה זה פרימיטיבי בעיצובו, עם זאת, יש כמה מאפיינים מבניים.

T מורכב ממעגל מגנטי וסלילים שעליהם מלופף חוט מבודד נחושת. הליבה המגנטית עשויה מפלדה מיוחדת, בעלת תכונות פרומגנטיות ונקראת פרומגנט. ההבדל העיקרי בין פרומגנטים לפלדה רגילה הוא נוכחותם של אטומים עם ספין קבוע ותנע זוויתי מסלולי (CuOM). SiOM תלויים בטמפרטורה ובשדה המגנטי, ובשל כך, פיתולי ה-T אינם מתחממים יתר על המידה במהלך הפעולה עקב היעדר זרמי פוקו. פלדת שנאי מיוחדת בעלת תכונות פרומגנטיות מפחיתה את היווצרות זרמי פוקו למינימום, מה שלא מספיק כדי לחמם יתר על המידה את הפיתולים.

החומרים הנפוצים ביותר לייצור מעגל מגנטי הם פלדת שנאי חשמלי (ETS) ו-permalloy. ETS שונה מפלדה רגילה בתכונותיה הפיזיקליות-כימיות, מכיוון שהיא מכילה שבריר מסה משמעותי של סיליקון (Si), אשר ב- באמצעות טכנולוגיות מיוחדות הניתנות במפעל, הוא משתלב עם פחמן תחת פעולת טמפרטורה ולחץ גבוהים.

טכנולוגיית ייצור ETS זו נָפוֹץ, מכיוון שהוא משמש כמעט בכל T. סוג נוסף של פרומגנט לייצור מעגל מגנטי הוא permalloy, שהוא תרכובת של סגסוגת של ניקל וברזל, המשמשת לייצור T בהספק נמוך. שטח המעגל המגנטי מושפע מהכוח (P) T.

הפיתולים הם סלילים עם חוט מבודד פצע עם ציפוי לכה מיוחד. קוטר החוט ומספר הסיבובים תלויים ב-U ובזרם (I), וזה משפיע גם על ה-P של השנאי. מספר הסלילים חייב להיות לפחות 2, אך מותר סליל אחד, בתנאי שפותלים עליו 2 פיתולים (אחד מהם ראשוני).

עקרון הפעולה

עקרון הפעולה של T הוא די פשוט ומבוסס על מציאת מוליך עם מספר הסיבובים n בשדה מגנטי לסירוגין. שדה מגנטי לסירוגין (PMF) הוא שדה, שערכם וכיוונם של קווי השטף המגנטי (Ф) שלו משתנה בהתאם לחוק השינוי בערכי המשתנה I, היוצר אותו לאורך זמן. כאשר זרם עובר דרך הסיבובים של סליל המתפתל הראשוני (KPO), נוצר F, אשר חודר גם לסליל המתפתל המשני (KVO).

בשל המבנה הסגור של המעגל המגנטי, קווי F סגורים. כדי להפחית את אובדן האנרגיה החשמלית, הסלילים ממוקמים קרוב זה לזה ככל האפשר. עדיף להשתמש בסליל אחד עם 2 פיתולים או יותר. עם זאת, אפשרות זו אינה מותרת במכונות ריתוך ישנות יותר. במקרה זה, הסלילים חייבים להיות נפרדים כדי להגביר את העברת החום במהלך הריתוך. בנוסף, T מקורר שמן משמשים בתחנות כוח, אך הפיתולים שלהם ממוקמים מבנית על סלילים שונים.

בְּ חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית חל, שבו יש שינוי ב-Ф ובאינדוקציה של הכוח האלקטרו-מוטיבי (EMF) של ההשראה העצמית ב-KPO, וה-EMF שמתרחש ב-KVO נקרא EMF של אינדוקציה הדדית.

ב-T ישנם 2 מצבי פעולה: סרק ופעיל (עומס). במצב סרק, צריכה I מתרחשת מ-3 עד 10% מהערך הנומינלי (IN). כאשר המצב פעיל, מופיע I ב-KVO, וכתוצאה מכך, מופיע כוח מגנטו-מוטיב (MDF). במקרה זה, ניתן לחשב את הפרמטר העיקרי T, הנקרא יחס הטרנספורמציה k: I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / k, כאשר I1, I2 - I KPO ו-KVO, בהתאמה, ו-w2 ו-w1 - מספר הסיבובים של KVO ו KPO.

מההגדרה של k נובע קשר נוסף בין EMF של הפיתולים (e1 ו-e2) לבין זרמים: e1 * I1 = e2 * I2 = 1. בהתבסס על יחס זה, ניתן להסיק שההספק (P = e * I) הנצרך על ידי ה-KPO שווה לצריכת החשמל של ה-KVO תחת עומס. הספק T נמדד בוולט-אמפר וקיצור של "VA".

החיבור בין EMF בפיתולים עומד ביחס ישר למספר הסיבובים. בהתבסס על חוק לנץ, הפיתולים T מנוקבים על ידי אותו Ф, ועובדה זו מאפשרת לנו לחשב את k בדרך אחרת. בהתבסס על חוק האינדוקציה לערכי EMF מיידי, אנו משיגים את השוויון הבא עבור KPO ו- KVO:

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

היחס dФ / dt הוא גודל השינוי ב-Ф ליחידת זמן (לפי החוק המתאר את המשתנה U). בהתבסס על הביטויים לערכים המיידיים של ה-EMF, נגזרת התלות של ה-EMF עבור כל פיתול במספר הסיבובים: e1 / e2 = w1 / w2. הצהרה זו נכונה גם לא עבור אינדיקטורים מיידיים, מכאן נובע ש-e1 = U1, e2 = U2. בשינוי הכמויות מתקבלים היחסים הבאים: e1 / e2 = U1 / U2 = w1 / w2 = k.

על פי יחס הטרנספורמציה, T מחולקים לירידה והולכת. לחיפוש ק אתה צריך להשתמש במספר דרכים:

1. לפי הדרכון.
2. בצורה מעשית.
3. יישום גשר שרינג.
4. שימוש ב-UICT.

לעתים קרובות מאוד חובבי רדיו משתמשים בהגדרה מעשית של פרמטר זה. אם כי לא לגמרי מדויק. כדי לחשב את אספקת החשמל, שיטה זו מספיקה למדי.

לא תמיד ניתן למצוא דרכון ל-T. כדי לקבוע k, משתמשים ב-2 מדי וולט (1 עבור KPO, 2 עבור KVO), ואז U נמדד מספר פעמים על הפיתולים. לאחר מכן, k מחושב עבור מספר ערכים והערך הממוצע שלו נלקח.

חישוב כוח

כדי לבחור T כמקור כוח, יש לחשב את ההספק המותר של הצרכן או קבוצת הצרכנים. קיימות 2 אפשרויות לאיסוף T: בחירה לפי הטבלה וחישוב. לגלות את כוחו של השנאי הוא די פשוט, אתה צריך להשתמש בנוסחה לקביעת ההספק: P = U * I. האפשרות המדויקת ביותר היא לחשב את T כמקור כוח.

יש T זמין בהספק כולל של 180 VA. יש צורך לברר אם זה יכול לשמש כספק כוח 160 VA. שיטה זו מאפשרת לבחור שנאי לפי הספק לפי הטבלה.

מקדם עומס T: kz = Sр / Str. Sр - הספק עיצובי כולל: Sp = P / cosph = 180 / 0.8 = 225 VA. גורם ה-cosph נלקח שווה ל-0.8. הספק כוח T Str = 160 VA. בהתבסס על זה, kz = 225/160 = 1.4 (> 1). אם ניקח T בעוצמה של 250 VA, אז kz = 225/250 = 0.9 (<1).

יש לבחור את העומסים המרביים המותרים בטמפרטורה של 30 מעלות מתוך טבלה 1.

טבלה 1 - עומסים מרביים T בתקופת הקיץ בטמפרטורה של 30 מעלות:

בעיקרון, T לא יעבוד במשך זמן רב בעומס, ובמצב סרק הוא צורך כ-65% מההספק הנקוב: S = 225 * 0.65 = 146.25 VA.

מקדם K1 מחושב באופן הבא: K1 = 146.25 / 160 = 0.91 (עומס ראשוני T). לפי הטבלה, ב-K1 = 0.9 ב-Str = 160 VA T יעבוד במשך 0.5 שעות. אפשרות זו אינה חוקית. לכן, יש צורך לבחור T עם עתודת חשמל של 250 VA.

חישוב עצמי

כדי לייצר T בהספק הנדרש, עליך לבצע את החישוב בעצמך. אם אתה יודע את U ואת ה-I המקסימלי שה-KVO צריך ליצור, אז ה-P של המעגל המשני מחושב באמצעות הנוסחה הבאה: P2 = U2 * I2. עם מקדם יעילות (יעילות = 0.8) T, הספק של KPO מחושב באופן הבא: P1 = P2 / 0.8 = 1.25 * P2.

העברת הכוח מפיתול אחד לאחר מתבצעת באמצעות Ф במעגל המגנטי, לפיכך, תלויה ב-P1 שטח חתך של הליבה S, השווה לשורש הריבועי של P1 (בוואטים): S = sqrt (P1) (סנטימטרים כיכר). בהתבסס על הערך של S, נקבע מספר הסיבובים w לכל 1 V: w = 50 / S. מספר הסיבובים של הפיתולים מחושב על ידי הנוסחאות: w1 = w * U1 ו- w2 = w * U2 + (w * U2 * 0.1).

זרם ראשוני מחושב באמצעות הנוסחה: I1 = P1 / U1. הקוטרים (d) של חוט הפיתולים נקבעים על פי ערכי הזרמים, וצפיפות הזרם המותרת עבור T היא 2 A / sq.mm: d = 0.8 * sqrt (I). שטח החתך מחושב באמצעות הנוסחה: S = 3.1416 * d * d / 4.

דוגמה לחישוב פרמטרים בסיסיים

יש צורך לייצר ולחשב T עבור ספק הכוח.

T חייב להיות בעל הפרמטרים הבאים:

1. פיתול ראשי 220 V.
2. פיתולים משניים: 660 V - 100 mA ו-6 V - 5 A.
3. הספק כולל של KVO: P2 = 660 * 0.1 + 6 * 5 = 96 W.
4. הספק ראשוני: P1 = 1.25 * 96 = 120 W.
5. שטח קטע הליבה: S = sqrt (120) = 10.95 = 11 sq. ס"מ.
6. מספר הסיבובים ל-1 V: w = 50/11 = 4.54 = 5.
7. זרם ראשוני: I1 = 96/220 = 0.436 A.

מספר פניות וד:

• KPO: w1 = 5 * 220 = 1100 ו-d = 0.8 * sqrt (0.436) = 0.53 sq. מ"מ.
• KVO - 660 V: w2 = 5 * 660 + (5 * 660 * 0.1) = 3300 + 330 = 3630 ו-d = 0.8 * sqrt (I) = 0.25 sq. מ"מ.
• KVO - 6 V: w2 = 5 * 6 + (5 * 6 * 0.1) = 30 + 3 = 33 ו-d = 1.79 מ"ר. מ"מ.

שטח החתך של הליבה (בחירה של אחד מוכן) הוא Sm = 5 * 4 = 20 מ"ר. ס"מ = 2000 מ"ר. מ"מ. בדיקת מיקום מתפתל, מבוסס על הפרמטרים של המעגל המגנטי:

1. עבור KPO, הקוטר, תוך התחשבות בבידוד: d1iz = 0.63 מ"מ.
2. עבור KVO: d2iz = 0.35 מ"מ ו-d2iz = 1.89 מ"מ.

עבור KPO: S = 0.8 * 0.63 * 1100 = 554.4 מ"ר. מ"מ. עבור KVO: S = 0.8 * (0.35 * 3630 + 33 * 1.89) = 1332.87 מ"ר. מ"מ. שטח כולל S = 554.4 + 1332.87 = 1887.27 מ"ר מ"מ. בדיקת מילוי אי השוויון: Sm> S: 2000> 1887.27 (היא מתקיימת, לכן, המעגל המגנטי מתאים ל-T).

לפיכך, הבחירה של שנאי מבחינת הספק לפתרון משימה ספציפית יכולה להיעשות באמצעות טבלה או לחשב וליצור באופן עצמאי. האפשרות האחרונה מאפשרת גישה גמישה ואיכותית יותר לבחירת ה-T לכל צרכן. עם זאת, הגישה של בחירת T מוכן חוסכת זמן רב.