Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как намотать трансформатор

Как намотать трансформатор

Стоят сварочные инверторы недорого, приобрести их сегодня – не проблема. И все же многих домашних мастеров интересует вопрос, как сделать трансформатор (сварочный) своими руками. Насколько это сложно, и как будет работать самодельный аппарат. В принципе, сделать его при правильном подходе несложно. Главное – это намотка трансформатора, потому что от правильно подобранного количества витков, от сечения используемой проволоки зависит мощность агрегата, качество его работы.

5-272-1

Итак, перед тем как намотать сварочный трансформатор, необходимо рассчитать его по всем требуемым параметрам. Необходимо отметить, что проводимый расчет не всегда соответствует типовым правилам и схемам, потому что собирается сварочный аппарат подчас не из тех материалов, которые используются при сборке в заводских условиях. То есть, что нашли, то и использовали.

К примеру, использовалось не самое лучшее трансформаторное железо или обмоточная проволока. Но даже после такой намотки трансформаторы прекрасно варят, хотя гудят и сильно нагреваются. Добавим, что выбирая трансформаторное железо, нужно обращать внимание на такой показатель, как форма сердечника. Она бывает броневой или стержневой. Второй тип используется в самодельных сварочных трансформаторах чаще, потому что обладают лучшим коэффициентом полезного действия. Правда, трудоемкость намотки трансформатора своими руками здесь намного выше. Но это не пугает мастеров.

Добавим, что намотать трансформатор можно по нескольким схемам.

  • Сетевая обмотка – это когда обе катушки получаются равноправными по числу витков и соединены они последовательно.
  • Обе обмотки соединены по принципу встречно-параллельно.
  • Намотанный провод расположен с одной стороны сердечника.
  • То же самое, что и в предыдущем положении, только на двух сторонах, соединенных последовательно.

Самая простая схема – последняя. Ее обычно и используют для сборки трансформатора в домашних условиях. В ней вторичная обмотка состоит из двух равных половинок. И они расположены на противоположных плечах магнитопровода. Соединение, как уже было сказано выше, последовательное.

В основе расчета лежат теоретические параметры, на основе которых придется сделать выбор фактических параметров магнитопровода. Главным параметром сварки является ток, который подается на электрод. Так как в быту чаще всего используют электроды диаметром 2; 3 или 4 мм, то для них достаточен будет ток мощностью 120-130 ампер. Теперь можно правильно рассчитать мощность сварочного трансформатора вот по этой формуле:

P=U x I x cos φ / η

U – это напряжение холостого хода, I – это сила тока (120-130 А), cos φ – принимается равным 0,8, η – это коэффициент полезного действия, который для самодельных сварочных аппаратов составляет 0,7.

Расчетная величина мощности должна по таблице свериться с сечением магнитопровода. Табличное значение при таких параметрах обычно составляет 28 см², но фактически необходимо выбирать из диапазона 25-60 см². Теперь по другим таблицам справочников подбирается количество витков провода относительно сечения сердечника.

Очень важный момент – чем больше площадь используемого сердечника для трансформатора, тем меньше витков в катушке должно быть. Все дело в том, что большое количество наматываемых витков может не поместиться в отверстие магнитопровода. Сам расчет количества витков производится вот по этой формуле:

N = 4960 × U/(S × I), где U – это напряжение источника питания на первичной обмотке, I – это ток вторичной обмотки, по сути, это тот самый сварочный ток, S – площадь сечения сердечника.

А количество витков на вторичной обмотке можно вычислить, используя соотношение:

U1/U2=N1/N2

Напряжение холостого хода на вторичной обмотке в самодельных сварочных трансформаторах равно 45-50 вольтам.

Как намотать трансформатор

Итак, расчеты проведены, определены параметры используемых элементов повышающего трансформатора, определена схема намотки, можно переходить к самому процессу перемотки. Но перед этим необходимо разобраться с проводами, которые будут наматываться на сердечник.

На первичную обмотку наматывается медный провод в стеклотканевой или хлопчатобумажной изоляции. Никакой резины. Исходя из силы тока на первичной обмотке, равной 25 ампер, сечение наматывающего провода – 5-6 мм². Сечение провода на вторичной обмотке должно быть 30-35 мм², потому что по ней протекает ток большой силы (120-130 А). Особое внимание изоляции этого провода, она должна быть термостойкой. Теперь все готово, можно переходить к намотке тероидального трансформатора.

Перед тем как перемотать трансформатор, необходимо понять одну истину, что провода первичной обмотки подвергаются большим нагрузкам, потому что здесь используется проводник меньшего сечения. К тому же плотность уложенных витков здесь выше, поэтому они и греются больше. Вот почему качеству укладки в первичной обмотке надо уделить особое внимание.

Случается так, что самодельный трансформатор собирается не из цельного куска провода, а из нескольких отрезков. Ничего страшного в этом нет, ведь концы кусков можно соединить. Для этого нельзя использовать скрутку, лучше соединить два конца медной проволочкой в несколько витков, а затем пропаять стык и заизолировать.

Мотать витки надо аккуратно, плотно прижимая их друг к другу. При этом укладка провода должна проводиться не строго перпендикулярно касательной железа, а немного в сторону. Но как бы впереди должна идти внутренняя намотка. Это просто обеспечит простоту прижима следующего витка к предыдущему. При этом нет необходимости подравнивать провод.

Обратите внимание, чтобы в процессе перемотки трансформатора провод подавался в ровном состоянии. Перегибы и изгибы только усложнят сам производимый процесс. Поэтому лучше провод смотать на руку и натягивать во время укладки.

Для намотки тороидального трансформатора необходимо каждый уложенный слой изолировать. Для этого лучше использовать специальную пропитанную латоткань, которая при соприкосновении прилипает ко всему. Или можно использовать строительный скотч, который наматывается на трансформатор своими руками. Удобнее всего, если скотч нарезать на полоски шириною 15 мм. Ими легко покрывать слой провода, и при этом нужно постараться сделать так, чтобы внутренняя часть обмотки была покрыта изоляционным материалом в два слоя, а снаружи в один.

После чего всю обмотку надо смазать клеем ПВА. Он, во-первых, укрепит изоляцию, сделав ее монолитной. Во-вторых, обмотка не будет гудеть. ПВА жалеть не стоит, надо хорошо им обработать всю поверхность. После чего прибор надо высушить. А после еще намотать слой витков и так далее до полной готовности сварочного трансформатора. Намотка тороидального трансформатора своими руками закончена.

Перемотка трансформатора, правильно проведенная – это гарантия высокого качества и долгосрочной его эксплуатации. Перемотанный прибор будет работать точно так же, как практически новый. Конечно, он сильнее гудит, но во всем остальном это все тот же необходимый прибор.

Материалы для намотки

В качестве сердечника используют в основном профильные пластины, изготовленные из специального сплава. Их собирают по необходимой толщине, учитывая расчетное сечение сердечника. Существует несколько форм пластин, но чаще всего используются Ш-образные элементы.

Читайте так же:
Фильтр внешний aquael mini kani 80

Каркас трансформатора – это, в принципе, изолятор, который ограждает сердечник от обмоток. На нем же держится и катушка. Изготавливают каркас и диэлектрического материала, он должен быть тонким (0,5-2,0 мм), чтобы поместиться в окошке сердечника. Если будет перематываться старый трансформатор, то функции каркаса могут выполнять картон, текстолит и так далее. Размеры каркаса и его форма определяются параметрами сердечника. Но высота конструкции должна быть больше размеров обмотки.

Для тороидальных трансформаторов лучше использовать медные провода, покрытые защитной эмалью. Для сварочных аппаратов лучше использовать провода медные или алюминиевые с целлюлозной, хлопчатобумажной и ли стекловолокнистой изоляцией. Последний вид не самый лучший. Он прекрасно справляется с нагрузками, особенно с высокими температурами, но в процессе вибрации волокна расслаиваются, а это нарушение изоляционного слоя. Что касается выводных проводов, то оптимально, если они будут разного цвета. Это упростит способ подключения.

Как видите, перемотать свой собственный старый трансформатор не очень сложно. Это, конечно, займет много времени, но работать прибор будет неплохо. Во всяком случае он будет дешевле, чем покупать новый.

Трансформаторы

В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:

  • По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
  • В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
  • По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
  • По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Виды трансформаторов

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

  • силовые
  • измерительные
  • специальные

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Виды трансформаторов

Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

  1. тока
  2. напряжения

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Виды трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Виды трансформаторов

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Читайте так же:
Программа для расчета обмотка трансформатора

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

  • разделительные
  • согласующие
  • высокочастотные
  • сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач
Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

Виды трансформаторов

Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Что такое трансформатор. Принцип работы

Что такое трансформатор. Начиная с 1830-х годов, трансформаторы стали важным компонентом в электрических и электронных схемах. И, несмотря на то, что новые передовые технологии в области электроники позволили снизить потребность в трансформаторах, они по-прежнему востребованы в различных устройствах.

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора основана на принципах электромагнетизма, и это позволяет уменьшать или увеличивать напряжения переменного тока. Опыты Майкла Фарадея в 19 веке показали, что изменения тока в проводнике (например, первичная обмотка трансформатора) влияет на изменение магнитного поля вокруг этого проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) находится непосредственно в области меняющегося магнитного поля, то в нем будет происходить наводка напряжения.

фото трансформатор

Коэффициент трансформации

Фарадей также подсчитали, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке будет иметь величину, которая зависит от коэффициента трансформации самого трансформатора. То есть, если вторичная обмотка имеет половину витков от числа витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотки будет в два раза ниже, чем напряжение на первичной обмотке. И на оборот, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков, чем у первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше чем первичное напряжение.

Соотношение мощности обмоток

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом схемы (не имеет никакого внешнего источника питания), он не может отдавать больше энергии, чем получает. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, то ток вторичной будет меньше, чем ток первичной на ту же величину. То есть, если напряжение вторичной обмотки в два раза превышает напряжение в первичной, то ток во вторичной будет в два раза ниже, чем в первичной.

что такое трансформатор

Работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающие коэффициент трансформации с соотношением витков обмоток трансформатора.

  • U1 = первичное напряжение.
  • I1 = первичный ток.
  • U2 = вторичное напряжение.
  • I2 = вторичный ток.
  • N1 = количество витков в первичной обмотке.
  • N2 = число витков вторичной обмотки.

Потеря мощности в трансформаторе

Формулы, приведенные выше, относятся к идеальному трансформатору. У идеального трансформатора нет каких-либо потерь мощности, то есть мощность первичной обмотки (U1*I1) равна мощности вторичной обмотки (U2*I2).

В то время, как реальные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективным, некоторые потери все же будут происходить, поскольку не весь магнитный поток исходящий от первичной обмотки достигает вторичной обмотки. Потери мощности, которые происходят в трансформаторе бывают трех типов:

Потери мощности в обмотках

Данные потери могут произойти в обмотках, изготовленных из других металлов, чем медь. Потери проявляются в виде тепла, которое возникает в проводах обмоток. Потери мощности в обмотках трансформатора могут быть рассчитаны на основании тока в обмотке и его сопротивления по следующей формуле: P = I2*R2. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивления обмоток должно быть низким, используя для этого обмоточные провода подходящего сечения.

Потери на гистерезис

Каждый раз, когда переменный ток вызывает намагничивание и размагничивание сердечника трансформатора (один раз в каждом цикле), вектор напряженности магнитного поля меняет свое направление и на это затрачивается определенное количество энергии.

При этом количество используемой энергии зависит от магнитного сопротивления материала сердечника. В больших сердечниках силовых трансформаторах, где потери на гистерезис представляют собой большую проблему, это решается путем применения специальной кристаллизованной стали, которая создает минимальное магнитное сопротивление.

Потери от вихревых токов

Поскольку железо или стальной сердечник является электрическим проводником в магнитной цепи, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию генерировать ЭДС в сердечнике, а также и во вторичной обмотке. Ток ​​будет оказывать сопротивление изменению магнитного поля, возникающего в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть снижены.

пластины для сердечника трансформатора

Поэтому железный сердечник изготавливают не из цельного куска железа, а собирают из тонких листов или пластин, причем каждая пластина имеет изолирующий слой в виде лака или оксидной пленки. Многослойные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не ухудшая при этом магнитных свойств сердечника.

Читайте так же:
Пайка дюралюминия в домашних условиях

Ферритовые сердечники трансформатора

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревых токах снижают путем использования сердечников, выполненный из керамического материала, содержащего большое количество мелких частиц железа, цинка или порошка марганца. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, что дает такой же эффект, как и от тонких пластин и более эффективно при высоких частотах.

ферритовые сердечники трансформатора

Из-за применяемых способов снижения потерь, которые описаны выше, реальные трансформаторы приближаются к трансформаторам с идеальной производительностью. В крупных силовых трансформаторах, КПД составляет около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно исходить из того, что трансформатор является «идеальным».

Соотношение вольт на виток обмотки

Трансформатор, имеющий в первичной обмотке 1000 витков и вторичной обмотке 100 витков, имеет коэффициент трансформации 1000:100 или 10:1. Поэтому 100 вольт, приложенное к первичной обмотке будет производить вторичное напряжение равное 10 вольтам.

Другой способ расчета напряжения трансформатора является соотношение вольт / на виток. Если подается 100 вольт к первичной обмотке содержащей 1000 витков, то на 1 виток приходится 0,1 вольт (100/1000). Поэтому каждые десять витков на вторичной обмотке будут создавать 1 вольт напряжения.

Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Наиболее распространенными электрическими устройствами в промышленности и в быту являются трансформаторы. Их назначение – передача мощности внутри несогласованной электрической цепи между ее различными схемами. Применяются в тех случаях, когда требуется понизить или повысить напряжение между источником энергии и потребителем. Также трансформаторы включены в схемы блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный. В основе работы трансформаторов лежит их способность передавать электроэнергию между контурами посредством магнитной индукции.

Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы — электромагнитные устройства, предназначенные для преобразования напряжений переменного тока, сохраняя при этом его частоту, а также для преобразования самой системы электроснабжения.

Конструкция и устройство силовых трансформаторов

Основной частью каждого силового трансформатора является его сердечник с несколькими обмотками, изготовленный из ферромагнитного материала. Как правило, это тонкие листы специального трансформаторного железа, обладающего магнитомягкими свойствами. Листы укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была приближенной к кругу. Для повышения КПД устройства и снижения потерь, целые листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинами.

Трансформаторная обмотка выполняется, как правило, из медного провода с прямоугольным или круглым сечением. Каждый виток изолирован от самого магнитопровода, а также от соседних витков. Для циркуляции охладителя, между обмотками и отдельными ее слоями предусматриваются технические пустоты.

Каждый трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается электрический ток) и вторичную (ток снимается после преобразования его напряжения).

Принцип работы

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от класса напряжения и полной потребляемой мощности, силовые трансформаторы условно делятся на следующие категории:

До 100 кВА, до 35кВ;

100 – 1000 кВА, до 35кВ;

1000 – 6300 кВА, до 35кВ;

Более 6300кВА, до 35кВ;

До 32 000 кВА, 35 – 110 кВ;

32 000 – 80 000 кВА, до 330 кВ;

80 000 – 200 000 кВА, до 330 кВ;

Более 200 000 кВА, более 330 кВ.

Виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько видов, основываясь на следующих характеристиках и показателях:

Тип охлаждения. Различают сухие и масляные трансформаторы. Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности. Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;

Климатическое исполнение: наружные и внутренние варианты;

Количество фаз. Бывают трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные;

Количество обмоток. Различают двухобмоточные и многообмоточные варианты;

Назначение: повышающие и понижающие.

Дополнительным критерием служит наличие или отсутствие регулятора выходного напряжения.

Элементы силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

Силовые вводы – устройства, через которые подается нагрузка. Могут быть расположены внутри изделия или снаружи. Вводы изолированы различными специальными материалами, отличаются по типу изоляции и конструкции;

Охладители. Для мощных силовых трансформаторов предусматривается масляная система охлаждения. Охлаждение самого же масла производится посредством радиаторов, гофрированного бака, принудительной вентиляции, масляно-водных охладителей или циркуляционными насосами;

Регуляторы выходного напряжения – устройства, предназначенные для изменения коэффициента трансформации. Могут срабатывать как под действием определенной нагрузки, так и без нее (в зависимости от конструкции). По сути, регуляторы добавляют, либо уменьшают в обмотке количество ее витков.

Силовые трансформаторы могут быть оснащены дополнительным навесным оборудованием:

Газовое реле – устройство с функцией защиты. Если трансформатор работает нестабильно, масло разлагается на составляющие с выделением газа. Газовое реле либо отключает трансформатор, либо оповещает предупреждающими сигналами;

Индикаторы температуры – датчики, производящие замеры температуры масла;

Влагопоглотители – устройства, поглощающие образуемый под защитной крышкой конденсат, тем самым предотвращая его попадание в масло;

Система регенерации масла;

Автоматическая система защиты от повышения давления охладителя;

Индикатор уровня масла.

Параметры силового трансформатора

Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью обмоток параметр равен большему из показателей;

Номинальное напряжение обмоток – характерный параметр для холостой работы;

Номинальный ток – показатель, при котором разрешается длительная эксплуатация устройства;

Напряжение короткого замыкания — характеристика полного сопротивления обмоток.

Потери короткого замыкания;

Ток холостого хода – потери материала магнитопровода (реактивные и активные);

Потери тока холостого хода;

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для эксплуатации на предприятиях основан на подборе мощности, а также в соответствии с требованиями к надежности питания. Чтобы обеспечить бесперебойное питание, в некоторых случаях требуется установка нескольких трансформаторов. Мощность каждого устройства подбирается таким образом, чтобы при выходе его из строя, другие устройства были способны взять на себя функции этого недостающего звена, с учетом возможных перегрузок.

Читайте так же:
Чем можно обезжирить металл перед покраской

Еще один важный критерий – наличие защиты:

От внутренних повреждений. Обеспечивается устройствами, контролирующими наличие газов, температуру, давление и уровень масляного охладителя;

От перегрузок. Используется так называемая дифференциальная защита, когда на каждой фазе установлены трансформаторы тока.

Ремонт и техническое обслуживание

Надежность силовых трансформаторов напрямую зависит от качества и своевременности их обслуживания. Устройства, установленные в помещениях, где работает персонал предприятия, подвергаются ежедневному осмотру с контролем показателей уровня масла, состояния поглотителя и устройств регенерации. Кроме того, проверяется целостность корпуса и основных элементов. Трансформаторы в помещениях без персонала осматриваются раз в месяц, а трансформаторные пункты – дважды в год.

Внеплановый осмотр силового трансформатора и его систем защиты проводится при резком изменении температуры окружающего воздуха, а также при аварийных режимах. Периодическому обслуживанию подвергаются и устройства регулировки напряжения. Причина – окисление контактных групп, что приводит к возрастанию их переходного сопротивления. Перед сезонными изменениями нагрузки (обычно дважды в год) устройство отключается от потребителей и питания, после чего регулятор напряжения переводится последовательно во все возможные положения. Процедура способствует разрушению пленки окислов.

Лабораторный анализ масла производится каждый год при капитальном ремонте. Если масло не удовлетворяет требованиям при визуальном осмотре (цвет) или по данным обследования, производится его замена или доливка.

Расчет обмоток трансформатора и его сердечника

Расчет обмоток трансформатора и его сердечника - Трансформатор

Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Как рассчитать и намотать обмотки трансформатора, каким может быть его сердечник, каковы особенности конструкции трансформаторов различного назначения, как они работают — вопросы, которые могут заинтересовать многих. Ниже предлагаются ответы на большинство этих вопросов.

Что представляет собой трансформатор?

Немного истории

В 70-х годах XIX века русский ученый П.Н. Яблочков изобрел электродуговой источник света — «свечу Яблочкова». Первоначально источниками питания дуги служили мощные гальванические батареи, но аноды в этом случае сгорали быстрее. Тогда ученый решил использовать в качестве источника тока для своего изобретения генератор переменного тока.

В этом случае возникало другое затруднение: после того как зажигалась одна электрическая свеча, из-за уменьшения напряжения на зажимах генератора возгорание других светильников было затруднено. Задача была решена, когда для питания каждого источника света был применен свой трансформатор. Эти первые трансформаторы имели незамкнутые сердечники из пучков стальной проволоки и, как следствие, обладали низким КПД. Трансформаторы с замкнутыми сердечниками, подобные современным, появились лишь спустя 9 лет.

Как устроен и как работает трансформатор?

Самый простой трансформатор — это сердечник из вещества с большой магнитной проницаемостью и две намотанных на него обмотки (рис. 1а). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I1 в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I2 = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

U1 / U2 ≈ N1 / N2, где

N1 и N2 — число витков в обмотках.

Отношение U1 / U2 называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U1 > U2, трансформатор называют повышающим (рис. 1б), при U1 < U2 — понижающим (рис 1в). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим. Вторичная обмотка необязательно одна — их может быть и несколько. Из равенства мощностей в обмотках следует, что токи в них обратно пропорциональны числу витков:

Если вторичная обмотка — составная часть первичной (или первичная — вторичной), трансформатор превращается в автотрансформатор. На рис. 1г и 1д показаны схемы, соответственно, понижающего и повышающего автотрансформаторов.

Переменное магнитное поле вызывает появление в сердечнике вихревых токов, которые нагревают его, на что бесполезно тратится часть энергии. Чтобы уменьшить эти потери, сердечники набирают из отдельных, изолированных друг от друга листов специальной трансформаторной стали с малой энергией перемагничивания.

Чаще всего в современных трансформаторах используются магнитопроводы трех типов:

  1. Стержневые (П-образные), состоящие из двух стержней с обмотками и ярма, соединяющего их. Именно так обычно устроены сердечники мощных трансформаторов.
  2. Броневые (Ш-образные). Магнитопровод представляет собой ярмо, внутри которого находится стержень с обмоткой. Ярмо защищает каждую обмотку трансформатора от внешних воздействий — отсюда такое название. Чаще применяется в маломощных трансформаторах для электронных схем.
  3. Тороидальные — магнитопровод, имеющий форму тора, состоит из намотанной плотным рулоном трансформаторной ленты. Преимущества — относительно малый вес, высокий КПД, минимум помех. Недостаток — сложность намотки.

Как осуществить расчет трансформатора?

Важнейшие параметры трансформатора — номинальные значения токов и напряжений и мощности, на которые он рассчитан. Абсолютная точность при расчетах характеристик трансформатора по этим параметрам особого значения не имеет, поэтому можно ограничиться приблизительными значениями.

Очередность расчетов выглядит следующим образом:

  1. Расчет тока через вторичную обмотку с учетом потерь: I2 = 1,5 * I2н, где I2н — номинальный ток в ней.
  2. Расчет мощности, снимаемой с вторичной обмотки: Р2 = U2 * I2, где U2 — напряжение на ней. Если такая обмотка не одна, то результат — сумма их мощностей.
  3. Определение результирующей мощности : РТ = 1,25 * P2 при КПД порядка 80%.
  4. Расчет силы тока через первичную обмотку трансформатора: I1 = PТ / U1, где U1 — напряжение на ней.
  5. Площадь требующегося сечения магнитопровода: S = 1,3 * √PТ, где S измеряется в см2.
  6. Количество витков для первичной обмотки трансформатора: N1 = 50 * U1 / S, где S измеряется в см2.
  7. Количество витков для его вторичной обмотки: N2 = 55 * U2 / S, где S измеряется в см2.
  8. Диаметр проводников любой из обмоток трансформатора: d = 0,632 * √I, где I — сила тока в ней. Формула верна для медного провода.

Например, вторичная обмотка трансформатора, включаемого в сеть напряжением 220 В, должна давать ток 6,7 А при напряжении 36 В. Рассчитать параметры трансформатора.

  1. I2 = 1,5 *6,7 А = 10 А.
  2. P2 = 36 В * 10 А = 360 Вт.
  3. PТ = 1,25 *360 Вт = 450 Вт.
  4. I1 = 450 Вт / 220 В ≈ 2 А.
  5. S = 1,3 * √450 (см2) ≈ 25 см2.
  6. N1 = 50 * 220 / 25 = 440 витков.
  7. N2 = 55 * 36 / 25 = 79 витков.
  8. d1 = 0,632 * √2 (мм) = 0,9 мм, d1 = 0,632 * √10 (мм) = 2 мм.
Читайте так же:
Схема питания шуруповерта от сети своими руками

Если провода нужного диаметра отсутствуют, то можно заменить один толстый провод несколькими более тонкими, соединенными параллельно. Площадь сечения проводника диаметром d можно рассчитать по формуле: s = 0,8 * d2.

Например, нужен провод диаметром 2 мм, а имеется только проводник диаметром 1,2 мм. Площадь сечения нужного провода s = 0,8 * 4 (мм2) = 3,2 мм2, площадь имеющегося, вычисленная по той же формуле, равна 1,1 мм2. Легко понять, что один проводник диаметром 2 мм можно заменить тремя с диаметром 1,2 мм.

Изготовление трансформатора

Процесс изготовления силового трансформатора складывается из ряда последовательных операций.

Сборка каркасов катушек для стержневого или броневого сердечника

Довольно удобным материалом для сборки этих каркасов являются картон или прессшпан. Еще более крепкий каркас можно изготовить из пластика. Каркас в сборе изображен на рис. 2а. Он собран из деталей, изображенных на рисунках 2б-2г. Должно быть изготовлено по два экземпляра каждой детали. Дырочки в щечках (г) предназначены для выводов.

Порядок сборки каркаса:

  • две щечки накладываются друг на друга;
  • в их окна вкладываются детали (б) и разводятся, одна вверх, вторая вниз;
  • детали (в) устанавливаются так, чтобы их выступы совпали с выемками деталей (б).

Полученный каркас достаточно прочен и уже не рассыпается. Перед намоткой катушек заранее готовятся прокладки (рис. 2д) из полосок кабельной бумаги. Полоски аккуратно надрезаются по краям на глубину несколько мм. Эти надрезы, примыкая к щеткам, будут предохранять витки очередного слоя от проваливания в область предыдущего.

Намотка катушек

Перед намоткой следует заготовить отрезки гибкого многожильного провода в термостойкой изоляции для выводов и отрезки термостойкого кембрика. Намотка производится так, чтобы провод укладывался виток к витку с некоторым натяжением. Последующие витки должны прижимать предыдущие. Чтобы предотвратить проваливание витков возле щечки, желательно очередной ряд не доматывать до нее на несколько мм, заполняя свободные участки шпагатом или нитками.

После окончания намотки каждого ряда натяжение провода должно сохраняться, чтобы при наложении прокладки из кабельной бумаги намотанная часть не распускалась. Такие прокладки должны укладываться после каждого слоя.

Если наматываемый провод тонкий, то к началу и концу обмотки, а также к отводам от нее аккуратно припаиваются заготовленные отрезки гибкого многожильного провода. Место спайки изолируется. Если обмоточный провод достаточно толстый, выводы и отводы (в виде петель) делаются из этого же провода. И на выводы, и на отводы следует надеть отрезки кембрика.

Петля (рис. 3а) пропускается сквозь отверстие сложенной вдвое полоски из плотной бумаги или хлопчатобумажной ленты, которую затягивают после того, как она прижата следующими витками (рис. 2б). Пример отвода от тонкого обмоточного провода показан на рис. 2в.

Примерно так же крепят концы обмотки из толстого провода, но используется только хлопчатобумажная лента. Схема закрепления начала обмотки показана на рис. 2г, ее конца — на рис. 2д.

И несколько слов о том, как намотать обмотку тороидального трансформатора. Обычно для их намотки используются самодельные челноки, на поверхность которых наматывается достаточный запас провода. Челнок с проводом должен проходить в отверстие тороидального магнитопровода.

Гораздо проще осуществить намотку с помощью приспособления, основой которого является обод колеса велосипеда (рис. 4). Обод распиливается в одном месте, продевается в отверстие магнитопровода, после чего разрезанные части аккуратно соединяются. Затем на его внешнюю поверхность наматывается обмоточный провод необходимой длины с небольшим запасом. Для удобства обод может быть подвешен своей верхней частью на забитый гвоздь, штырь или какой-нибудь другой подходящий подвес. Намотанный провод удобно зафиксировать подходящим резиновым кольцом.

Обмотка наматывается за счет вращения обода. Завершив каждый оборот, следует передвинуть на соответствующее расстояние резиновое кольцо. Витки следует укладывать аккуратно, с натяжением. Выводы и отводы можно формировать так же, как у упомянутых выше катушек. Каждый слой и обмотка обязательно разделяются слоем изоляции. Поверх последнего слоя трансформатор обматывается киперной лентой и пропитывается лаком.

Окончание сборки трансформатора

Когда катушки готовы, производится сборка стержневого или броневого сердечника. Следует постараться сделать как можно более узкими магнитные зазоры, для чего сборку следует производить вперекрышку. Продолжается она, пока не будет заполнено все окно. Заключительные пластины часто приходится забивать, используя деревянный молоток или прокладку из дерева.

По окончании сборки сердечник уплотняют, обжимая обоймой или стягивая, если в пластинах имеются соответствующие отверстия, шпильками, которые изолируются от сердечника картонными трубками или несколькими слоями бумаги. На концы шпилек надеваются электроизоляционные и обычные шайбы и навинчиваются гайки, которыми стягивается сердечник. Плохо обжатый сердечник будет сильно гудеть и вибрировать.

Проверка изготовленного трансформатора

Прежде всего следует, воспользовавшись мегомметром, измерить сопротивление между отдельными обмотками, а также между сердечником и обмотками. Оно не должно быть менее 0,5 Мом. Если мегомметра нет, можно оценить эти сопротивления обычным авометром. Он должен показывать бесконечность.

После проверки изоляции на первичную обмотку трансформатора подается напряжение, равное половине номинального. Можно использовать, например, ЛАТР. Если изделие не дымится, не гудит, сильно не нагревается, на первичную обмотку подают номинальное напряжение.

Без нагрузки ток в первичной обмотке трансформатора не должен быть более 5-10% от его номинального значения. Сам трансформатор не должен сильно нагреваться и громко гудеть. Если гудение сильное, следует или стянуть его еще сильнее, или вбить в зазор между пластинами деревянные или пластмассовые пластинки.

Для окончательной проверки к трансформатору подключается номинальная нагрузка, проверяются напряжения на всех обмотках. Если все в норме, трансформатор выдерживается под нагрузкой 3-4 часа. Если гудения, запаха гари нет, а трансформатор не нагревается более чем на 70°C, испытание можно считать успешно завершенным.

Не всегда в продаже можно найти трансформатор с необходимыми параметрами.

Но можно с полной уверенностью утверждать, что требуемое устройство не является чрезмерно сложным, и его можно рассчитать и изготовить самостоятельно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector