Трансформаторы
Трансформаторы
У низкочастотных трансформаторов магнитный поток первичной обмотки почти целиком пронизывает витки вторичной обмотки.
Эдс, наводимые в обмотках, пропорциональны их числам витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной называют коэффициентом трансформации. Отношение витков пропорционально отношению эдс, а если пренебречь падением напряжения на самих обмотках, — отношению напряжений. Пренебрегая потерями энергии в трансформаторе, можно считать отношение токов в обмотках обратно пропорциональным отношению напряжений. Тогда коэффициент трансформации n =w1/w2=E1/E2~Ui/U2~I2/I1, где w1, w2 — число витков первичной и вторичной обмоток ; Е1, E2 — наводимые в обмотках эдс; U1, U2 — напряжения обмоток; 11, 12 — токи в обмотках.
Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная (n<1), трансформатор называется повышающим, если меньше, чем первичная (n>1), — понижающим. Когда во вторичную обмотку включена нагрузка Rн, тогда для источника трансформатор вместе с нагрузкой представляет собой некоторое эквивалентное сопротивление R1э а оно показано пунктиром). Значение эквивалентного сопротивления можно найти по формуле Ri9=n2RH. Если во вторичную обмотку вместо активного сопротивления включить индуктивность L2 или емкость С2, то их эквивалентные значения со стороны первичной обмоцки Lis=n2Lz; C1Э = C2/n2, Таким образом, при трансформации переменного тока и напряжения происходит трансформация сопротивления, емкости и индуктивности.
Выходные трансформаторы усилителей и радиоприемников используют именно как трансформаторы сопротивления. С помощью трансформатора сопротивление нагрузки согласуется с внутренним сопротивлением лампы или транзистора. Конструкция трансформатора зависит от его назначения и частоты переменного тока Цепи, куда он включен. В цепях низкой частоты применяют трансформаторы с сердечниками из ферромагнитных материалов. Трансформаторы высокой частоты иногда не имеют сердечников.
По назначению трансформаторы делят на сетевые и сигнальные.
По числу обмоток различают двух- и многообмоточные трансформаторы и автотрансформаторы.
Сетевые трансформаторы служат для питания различных цепей радиоаппаратуры. Их первичную обмотку включают в сеть переменного тока; вторичных обмоток может быть несколько У сетевых трансформаторов, выпускаемых промышленностью, можно -переключать первичную обмотку на различные напряжения сети (НО; 127 или 220 В).
Сигнальные трансформаторы преобразуют электрические сигналы. Примером их могут служить входные, межкаскадные и выходные трансформаторы усилителей. Конструктивно сигнальные трансформаторы звуковой частоты и сетевые трансформаторы малой и средней мощности выполняют одинаково.
Сердечники таких трансформаторов набирают из штампованных пластин электротехнической стали или железоникелевых сплавов. Сердечник может быть броневой Ш-образный стержневой , тороидальный. Маломощные трансформаторы обычно делают с броневыми сердечниками, размеры которых приведены в табл. 38 Для высокочастотных трансформаторов применяют броневые сердечники из ферритов. Если материал сердечника должен иметь толщину меньше 0,3 мм, сердечник изготовляют не из пластин, а из ленты . Стержневую конструкцию сердечников применяют для трансформаторов большой мощности (более 1 кВт). Тороидальные сердечники сложны в производстве и дороги, но обладают малыми полями рассеяния и поэтому применяются довольно часто.
Таблица 38
|
Сердечник
|
Размеры
|
|||||||
|
|
L, мм
|
H. мм
|
hcмм
|
Sc,cм2
|
bc мм
|
h0.мм
|
lс.см
|
Iв- см.
|
|
Ш6Х8
Ш18Х10
Ш18Х16
Ш10Х10
Ш10Х16
|
24
32
32
40
40
|
21
28
28
35
35
|
8
10
16
10
16
|
0,41
0,68
1,1
0,9
1,45
|
6
8
8
10
10
|
15
20
20
25
25
|
5,1
6,8
6,8
8,5
9,5
|
4,7
6
7,1
6,9
8,1
|
|
Ш 12X12
Ш12Х12
Ш12Х.16
Ш12Х20
Ш12Х25
|
42
48
42
48
42
|
42
42
42
30
42
|
12
12
16
20
25
|
1.3
1,3
1,7
2,2
2,7
|
9
12
9
12
9
|
30
30
30
18
30
|
9,7
10,3
9,7
7,6
9,7
|
7,5
8,5
8,3
10
10
|
|
Ш 16X16
Ш16Х20
Ш16Х25
Ш16Х32
Ш16Х40
|
64
64
64
48
64
|
40
40
56
40
40
|
16
16
25
32
40
|
2,3
2,9
3,6
4,6
5,8
|
16
16
16
8
18
|
24
24
40
24
24
|
10,5
10,5
13,7
8,9
10,5
|
11
12
13
12
16
|
|
Ш18Х18
Ш18Х36
Ш20Х20
Ш20Х20
Ш20Х25
|
54
54
60
80
80
|
45
45
50
70
50
|
18
36
20
20
25
|
2,9
5,8
3,6
3,6
4,5
|
9
9
10
20
20
|
27
27
30
50
30
|
10
10
12,1
17,1
13,3
|
19,8
13,4
10,9
13,8
14,8
|
|
Ш20Х30
Ш20Х40
Ш25Х25
Ш25Х32
Ш25Х40
|
60
65
100
100
100
|
50
65
62,5
87,5
62,5
|
30
40
25
32
40
|
5,4
7,2
5,6
7,2
9
|
10
12,5
25
25
25
|
30
45
37,5
62,5
37,5
|
11,1
14,6
16,4
21,4
16,4
|
12,9
15,9
17,4
19
21
|
|
Ш32X32
Ш32Х40
Ш32Х50
Ш32Х63
Ш34Х52
|
128
128
128
128
102
|
80
80
112
80
102
|
32
40
50
63
52
|
9,3
11.5
14,4
18
16,4
|
32
32
32
32
17
|
48
48
80
40
68
|
21
21
27,4
21
22,3
|
23
24
26
28,4
22,6
|
|
Ш35Х35
Ш35Х43
Ш40Х40
Ш40Х40
Ш40Х50
Ш40Х63
Ш40Х80
Ш40Х100
Ш40Х100
|
130
130
160
160
160
160
160
160
160
|
105
105
100
140
100
140
100
100
140
|
35
45
40
40
50
63
80
100
100
|
11,2
14,4
14,4
14,4
18
23
29
36
36
|
30
З8
40
40
40
40
40
40
40
|
70
70
60
100
60
100
60
60
100
|
25,5
25,5
26,3
34,3
26,3
34,3
26,3
26,3
34,3
|
23,5
25,5
28,5
28,5
30
33
37
41
41
|
Примечание. S с — площадь сечения магнитопровода, lв — средняя длина витка.
Каркас, на котором располагают обмотки, выполняют из электрокартона, гетинакса или текстолита. Картонные каркасы склеивают клеем БФ, а гетинаксозые и текстолитовые делают разборными.
Обмотки трансформаторов с выходной мощностью до 1 кВт изготовляют из провода- с эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Обмотки высокого напряжения наматывают из провода с шелковой или эмалево-шелковой изоляцией (ПЭЛШО; ПЭЛШД). Между слоями обмотки помещают прокладки из лакоткани или тонкой бумаги. Для повышений влагостойкости изоляции каркас вместе с обмотками пропитывают битумом или битумным компаундом.
Автотрансформаторы имеют только одну обмотку и ик, можно включать как повышающие или как понижающие В общей части обмоток прохо-ч дит разность токов I1 к I2. Эту часть витков выполняют из провода меньшего сечения. Поэтому при небольших значениях коэффициента трансформации (n=1,5-5-2) автотрансформаторы по сравнению с двух-обмоточными трансформаторами дают экономию меди.
Расчет трансформатора. Исходные данные: автотрансформатор повышающийноминальное напряжение нагрузки U2=120 В; мощность, потребляемая нагрузкой, Рн = 120 В-А; минимальное напряжение сети U1=70 В. Определить сечение сердечника, число витков обмоток и диаметр проводников. Коэффициент трансформации na=U2/U1== 120/70=» 1,71. Расчетная мощность повышающего трансформатора Р.= -1,1Рн(1-1/nа)-1,1*1260 — 1/1,71)=55 В*3А. Площадь сечения магнитопровода Примем для сердечника трансформаторную сталь с индукцией В== 1 Вб/м2, тогда число витков обмотки на 1 В составит а»в=45ДО=45/1 9-5. Число витков всей обмотки трансформатора w2=w0U2=5*120=600. Число витков сетевой обмотки w1 = w0Ui=5-70=350. Ток в общей (сетевой) части обмотки Iаx=Pa/U1=55/70= 0,785 А. Диаметр провода этой обмотки d1 = 0,8 sql(IaХ) = 0,8sql(0,785) =0,71 мм. Ток повышающей части обмотки I2= l,lPн/U2= l,1*l20/120= 1,1 А Диаметр провода повышающей обмотки
Таблица 39
|
Напряжение сети, В
|
Выводы трансформаторов
|
|||
|
броневых
|
стержневых
|
|||
|
соединяемые
|
для подачи напряжения
|
соединяемые
|
для подачи напряжения
|
|
|
127 .
|
—
|
1 И 4 ИЛИ 6 и 9
|
1 и 9 или 4 и 6
|
1 И 4 ИЛИ 9 и 6
|
|
220
|
2 и 6
|
2 и 8
|
2 и 8 1 и 6 1 и 6 1 и 6 3 н7
|
1 и 6 2 и 8 2 и 8 3 и 7 1 и 6
|
Таблица 40
|
Трансформатор
|
Напряжение на выводах вторичных обмоток, В
|
Максимальный ток между выводами вторичных обмоток, А
|
|||||
|
11 — 12
13 — 14
|
15 — 16 17 — 18
|
19-20
|
21-22
|
11 — 12
13 — 14
|
15 — 15
17 — 18
|
19 — 20
21 — 22
|
|
|
ШЛ*16Х20; 15 Вт
|
|||||||
|
ТА1
ТА 7
|
28
180
|
28
112
|
6
20
|
6
20
|
0,2
0,026
|
0,15
0,028
|
0,148
0,026
|
|
ШЛ 16X25; 26 Вт
|
|||||||
|
ТА 11
ТА 20
ТА 25
|
28
125
200
|
28
112
180
|
6
14
20
|
6
14
20
|
0,325
0,039
0,042
|
0,255
0,085
0,042
|
0,26
0,075
0,032
|
|
ШЛ 16x32; 26 Вт
|
|||||||
|
ТА 33
ТА 38
ТА 50
|
56
80
200
|
40
80
180
|
12
20
20
|
10
20
20
|
0,22
0,115
0,058
|
0,13
0,11
0,068
|
0,2
0,12
0,047
|
|
ШЛ 20X20, 40 Вт
|
|||||||
|
ТА 69
ТА 75
|
125
160
|
112
140
|
14
20
|
14
20
|
0,067
0,049
|
0,142
0,12
|
0,121
0,095
|
|
ШЛ 20X25; 54 Вт
|
|||||||
|
ТА 88
ТА 105
|
28
180
|
28
112
|
6
20
|
6
20
|
0,65
0,114
|
0,55
0,116
|
0,48
0,088
|
|
ШЛ20Х32; 68 Вт
|
|||||||
|
ТА 152
ТА 161
|
250
355
|
224
200
|
25
40
|
25
40
|
0,096
0,03
|
0,11
0,125
|
0,07
0,105
|
|
ШЛ20Х40, 86 Вт
|
|||||||
|
ТА 163
ТА 170
ТА 177
|
28
180
315
|
28
112
200
|
6
20
40
|
6
20
40
|
1,0
0,22
0,1
|
1,0
0,268
0,17
|
0,71
0,15
0,09
|
* Указаны типоразмеры и мощность Ш-образных магнитопроводов из ленточных трансформаторных сталей. Примем плавность регулировки напряжения ДU=10 В, тогда в повышающей части обмотки следует сделать отводы через каждые w0-ДU=5-10=50 витков. Поскольку повышающая часть обмотки содержит W2 — W1=600 — 350=250 витков, то число отводов от нее составит k= (w2 — w1)/(w0ДU) =250/50=5.
Для сетей с частотой 50 и 400 Гц промышленность выпускает анодные ТА, анодно-накальные ТАН, накальные ТН унифицированные трансформаторы, а.для электропитания устройств на полупроводниковых приборах — ТПП с выходными мощностями от единиц до сотен ватт Напряжение, снимаемое со вторичных обмоток, можно изменять, используя отводы первичной обмотки. Диапазон изменения напряжения составляет от — 3 до +9 % номинального. Выходное напряжение можно варьировать последовательным согласованным или встречным соединением первичной обмотки со вторичными компенсационными обмотками. Рекомендации по соединению обмоток для питания от сети напряжением 127 и 220 В частотой 50 Гц приведены в табл. 39, а основные характеристики броневых анодных трансформаторов ТА — в табл. 40.