ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА МАЛЪК МРЕЖОВ ТРАНСФОРМАТОР

(5.8/10) 439

Трансформаторът представлява две намотки, между които съществува взаимна индуктивност. Това позволява променливата електроенергия да бъде прехвърляна от една верига в друга без пряка връзка между тях, а вторичното напрежение може да е произволно голямо (при автотрансформаторите има пряка връзка между двете вериги).
Трансформаторите се използват за захранване на различни електроуреди,
в инверторите, чрез които постоянното напрежение се преобразува в променливо с определена стойност, в радиоелектронната апаратура и т.н. Чрез тях се осъществява елекродъгово и електроконтактно (точково) заваряване, и запояване на различни елементи (например, на банцигови ленти, на твърдосплавни пластини при стругарските ножове). Всичко това обуславя широкото им разпространение и голямото им разнообразие. И все пак, понякога не можем да намерим апарат с необходимите ни параметри, но заедно с развалените електроуреди изхвърляме и вградените в тях трансформатори, които сравнително лесно бихме могли да преработим в съответствие с нашите нужди.
Трудностите при преработката са свързани най-вече с големия брой неизвестни, поради което „точното” изчисляване е практически невъзможно. Влиянието на тези неизвестни най-често се отчита чрез различни коефициенти, а онези от тях, чиито стойности са много малки може да се пренебрегнат. Не са за подценяване и „случайните” грешки, които се срещат в много от литературните източници, а твърденията на някои автори, че не доизясняват някои неща поради високата техническата култура на читателите, са направо лицемерни. Те показват нежеланието им да споделят знанията си с широката аудитория. Ето защо, по-долу ще се опитам да представя онова, което ми е било полезно с надеждата, че то може да спести поне част от вашите усилия и време.
Изходните данни при изчисляването са входното напрежение 220 V, неговата честота = 50 Hz и желаните от нас вторично (изходно) напрежение ? V, и токът, който ще потребяваме от трансформатора ? А.
Магнитопроводът е първото нещо, с което се сблъскваме и чиито размери лесно можем да измерим. Най-често се употребяват три типа – мантиен, ядрен и тороидален.

Мантийният се нарича още броневи или Ш-образен, защото пластините от които е нареден, наподобяват буквата „ш”, като средата образува ядрото, върху което са разположени намотките на трансформатора. Ядреният наподобява буквата „о”, но с удължени рамена, които служат за ядра на намотките. Тороидалният представлява кръг с отвор в средата и за да се навие, проводникът се промушва (прошива) през отвора, което е изключително трудно, особено в любителски условия. Онова, което трябва да измерим е напречното сечение на ядрото – , където и са неговата ширина и дебелина. При ядрените магнитопроводи се отчита сечението само на едното ядро. При тороидалните магнитопроводи , където D е външният диаметър, d е вътрешният, а е дебелината. Тъй като пластините, от които са изградени магнитопроводите са покрити с изолационен слой, който увеличава дебелината им, активното сечение (само на стоманата) на ядрото (Sa) е по-малко от измерените по-горе геометрични сечения. Това се отчита с коефициент , който варира от 0,85 до 0,95, но най-често се използва стойността 0,92:

Следващата стъпка е да проверим дали с въпросния магнитопровод ще можем да получим желаните от нас напрежение и ток. Изходната мощност на трансформатора се дава във волтампери и е: , VA. От тук намираме и типовата мощност , VA. Коефициентът зависи най-вече от мощността и може да се избере по следната таблица:
, VA
15 - 100 200 – 1000 2000 - 15000

1,8 – 1,5 1,45 – 1,35 1,3 – 1,16
Формулата с която може да се определи сечението на магнитопровода е:
,
Коефициентът при ядрен магнитопровод е 0,5 – 0,6, а при мантиен е 0,7.
е отношението на масата на магнитопровода към масата на медта (проводника) и се избира в зависимост от желанието ни за по-ниска цена или по-малка маса. При минимална цена достига до 6, а при минимална маса намалява до 1,6. Ако искаме трансформаторът да е сравнително евтин и лек, може да приемем .
Магнитната индукция и плътността на тока може да се определят по таблицата:
, VА
10 20 40 70 100 200 400 700 1000
, Т
1,1 1,25 1,35 1,4 1,35 1,25 1,15 1,1 1,05
,
4,8 3,9 3,2 2,8 2,5 2,0 1,6 1,3 1,2
Трябва да се има пред вид, че магнитната индукция може да варира от 0,8 до 1,7 Т, но повишаването и води до прегряване на трансформатора. При намаляването и се увеличава броя на навивките, което, от една страна, води до увеличаване на активното съпротивление и пада на напрежението, а от друга, до невъзможност намотките да се поберат в магнитопровода. Увеличаването на плътността на тока води до увеличаване на активното съпротивление, пада на напрежението, загубите и прегряването на намотките. Затова след избора на индукцията трябва да се стремим към възможно най-малката плътност на тока (най-големи диаметри на проводниците), при която намотките ще се поберат в магнитопровода. При честота Hz, горната формула добива вида:
,
Ако така изчисленото сечение е по-малко или равно на сечението на наличния магнитопровод, може да продължим с изчисленията. Ако е по-голямо ще се наложи да увеличим магнитната индукция и плътността на тока , което ще доведе до прегряване, т.е. трансформаторът няма да може да се използва непрекъснато и ще трябва периодично да се изключва.
Следващата стъпка е да изчислим броя на навивките в първичната ( ) и във вторичната ( ) намотки:
, брой; , брой
Тъй като Hz, можем да използваме съкратените формули:
, брой; , брой
и са електродвижещите напрежения, които се създават в първичната и вторичната намотки, а следните корекции компенсират загубите в тези намотки:
V; V
Тъй като напрежението в мрежата е 220 V, то ще бъде 0,95.220 = 209 V и оттук:
, брой навивки в първичната намотка
Знаейки броя на навивките, можем да изчислим тока в първичната намотка:

Сега вече може да изчислим и сечението на проводниците:
;
От таблици (които по понятни причини тук не може да се поместят), а най-добре чрез запитване в магазините за бобинажни проводници, може да се види какви са диаметрите на изолираните проводници ( и ) за съответните сечения.
Диаметрите на не изолираните проводници може да се пресметнат и по формулите:
;