• Viber
  • WhatsApp
  • Telegram
  • facebook
Головна › Новини та статті › Сторінка 10

Зварювальні трансформатори

      Зварювальні трансформатори
 
В.О.Кучеренко м. Київ

   

      

Основний обсяг робіт із зварювання виконується дуговим зварюванням, у тому числі із застосуванням зварювальних трансформаторів. Доступність електро технічних матеріалів, відносна про цей і конструкції спонукає широке коло шанувальників техніки конструювати та виготовляти оригінальні конструкції зварювальних трансформаторів. Але очікуваний результат часто не досягається внаслідок недостатньої кількості інформації про особливості конструкції, схемних рішень та технологічних зварювальних трансформаторів. Враховуючи це, журнал починає публікацію низки статей, які систематизують знання про зварювальні трансформатори та особливості їх конструкції. Технологічні властивості зварювальних транфюрматорів. Електрична зварювальна дуга.

Основний обсяг зварювальних робіт у промисловості і особливо в побуті виконується за допомогою зварювальних трансформаторів з використанням штучних електродів. Так, з усього обсягу зварювальних джерел живлення на зварювальні трансформатори припадає більше половини. Значне поширення зварювальних трансформаторів у народному господарстві пояснюється широким вибором дешевих зварювальних електродів зі спеціальним покриттям та нескладною технікою виконання самого процесу зварювання, який може виконувати будь-яка людина, озброєна захисною маскою та має елементарні знання з правил застосування електричних пристроїв, техніки безпеки та техніки виконання процесу зварювання. . Ця, на перший погляд, нескладна операція призводить до бажаного результату завдяки властивостям як зварювальних електродів, струму та зварювальних трансформаторів, удосконалення зварювальних властивостей яких відбувається вже протягом майже ста років від винаходу цього процесу у 1885 р. нашим земляком Миколою Миколайовичем Бенардосом, та над подальшим удосконаленням яких працюють виробники зварювальних матеріалів та обладнання всього світу і досі. Причому зварювальні трансформатори та зварювальні матеріали доповнюють один одного, створюючи єдину систему і лише завдяки такому поєднанню дають такий значний та легко доступний, але перший погляд результат. Але якщо в цю систему привнести електрод або трансформатор з іншими властивостями, то це призведе до погіршення процесу зварювання або неможливості його здійснення взагалі.
Розглянемо технологічні та електричні особливості зварювання, тому що конструкція зварювального трансформатора складна і людина, володіючи елементарними знаннями з електротехніки, самостійно може виготовити трансформатор. Але в результаті таких експериментів дуже часто, після того, як трансформатор виготовлений, виникають питання з реалізацією безпосередньо процесу зварювання. Такі конструктори скаржаться на погане первинне запалення дуги, неможливість підтримувати процес зварювання, часті обриви дуги, значне розбризкування розплавленого металу, погоні формування зварного шва. Це все спричиняється тим, що експлуатаційні вимоги до зварювальних трансформаторів значно відрізняються від вимог до енергетичних трансформаторів, які дуже добре описані в літературі. У той же час, особливості конструкції зварювальних трансформаторів є те, що вони повинні узгоджувати електричну характеристику зварювальної дуги з характеристикою загальної мережі живлення на відміну від звичайних трансформаторів, але які покладається функція зміни напруги струму. Тому для конструювання та виготовлення зварювального трансформатора з важливими технологічними якостями необхідно розуміти, які особливості конструкції впливають на технологічні властивості трансформатора.

Втрати в силовому трансформаторі та як їх зменшити

 Геннідій Котов

                  
   У пропонованому матеріалі розповідається про принципи та деякі тонкощі процесу трансформації електроенергії, як уникнути деяких помилок при конструюванні трансформаторів, а також тому чому коефіцієнт трансформації — величина не завжди постійна.
    
     Трансформатор - це статичний (без обертових частин) електромагнітний апарат, який здійснює перетворення електричної енергії змінного струму з одним значенням напруги (струму) в електричну енергію з іншим значенням напруги (струму) такої самої частоти. Найпростіший трансформатор складається з осердя, виготовленого з електротехнічної сталі, і двох одягнених на цей осердя обмоток I і II (рис.1). Та з обмоток, яка, будучи приєднана до мережі з відомою напругою, отримує від неї змінний струм, наприклад, обмотка I називається первинною, інша обмотка, що віддає змінний струм в іншу мережу або навантаження, наприклад, обмотка II називається вторинною.

При пропусканні через первинну обмотку змінного струму певної частоти, що з'являється в магнітопроводі магнітний потік, перетинаючи витки вторинної обмотки, індукує в ній електрорушійну силу (ЕРС), що обумовлює, у разі замикання обмотки на яке-небудь ланцюг ж частоти.

Так як магнітний потік у своїх змінах перетинає одночасно і витки первинної обмотки, що вже знаходяться під напругою, в ній індуктується електрорушійна сила, що збігається по фазі з електрорушійною силою, що індукується у вторинній обмотці.
  Струм «холостого ходу»

Якщо вторинна обмотка розімкнена (вторинна мережа вимкнена), тоді струм у первинній обмотці протікає мінімальний, і обмотка може розглядатися як звичайна індукційна котушка з феромагнітним сердечником. Електрорушійна сила, що індуктується при цьому в первинній обмотці, або так звана первинна електрорушійна сила, складе [1]:
                                                                                                                            
                                                                                                                                           E1 = 4,44*Фм*f*Z1 * 10-8
    Струм, що протікає в первинній обмотці при розімкнутому вторинному ланцюгу, дуже малий, також дуже мала виробляється в цій обмотці втрата напруги, тому можна вважати, що первинна електрорушійна сила майже дорівнює і протилежна прикладеному до первинної обмотки напруги V1, тобто.

                                                                                                                                          E1 = V1     і тому V1=4?44*Фм *f*Z1 *10-8 [2]

   Тут відразу потрібно пояснити, що струм в обмотці, підключеної до зовнішнього джерела змінної напруги, при розімкнутих затискачах вторинної обмотки буде малий тільки в тому випадку, якщо виконується умова:
                                                                                                                                            V * Z = {A / Bm * Qc} * V [3]
                                                                                                                                                                     
   де А - якесь емпіричне число, його значення може бути від 40 до 60 (найчастіше при розрахунках використовується значення 50). Це число залежить від марки трансформаторної сталі (Е41-Е43 - ізотропна гарячекатана, Е310-Е330 - текстурована холоднокатана, Е340-Е360 -текстована холоднокатана зі зменшеною проникністю і т.д.), форми сердечника (Ш, ШЛ, П, ПЛ, Оі т.д.), технології виробництва та якості складання сердечника. Справедливість цього твердження можна легко продемонструвати, якщо розібрати сердечник, зібраний, наприклад, із Ш-подібних пластин, а потім при збиранні деяку частину пластин «забути». Струм «холостого ходу» такого трансформатора при постійній напрузі, поданій на первинну обмотку, помітно збільшиться.      

 Для вторинної електрорушійної сили, тобто. електрорушійної сили, що збуджується у вторинній обмотці, що складається з z2витків і перетинається тим самим магнітним потоком Фд4, можна вважати:

                                                                            Е2 =4,44 * Фм * f * Z2* 10-8  [3a]

А т.к. E2=V2, і при цьому формули (1) і (За) відрізняються лише кількістю витків Z1іZ2  то прийнято вважати, що коефіцієнт трансформації дорівнює співвідношенню витків первинної і
вторинної обмоток: U = Z1/ Z2
Величина максимального манітного потоку при «холостому ході» трансформатора дорівнює: Фм = (Е*108 ) / (4,44 * f * Z1) [4]

  де первинна електрорушійна сила Е, очевидно, майже дорівнює напрузі в затиску в V. Якщо трансформатор навантажити, тобто. до його вторинної обмотки підключити який-небудь опір, то сила струму в первинній обмотці збільшиться, також збільшиться втрата напруги в ній, через що при сталості первинної напруги у затискачів повинна зменшитися первинна електрорушійна сила Б і, як наслідок, величина магнітного потоку Фм.

Так як при навантаженні трансформатора вторинний струм виробляє згадане розмагнічує дію, то можна припустити, що при підключеному навантаженні первинний ланцюг надходить струм такої сили, при якому приблизно відновлюється магнітний потік [1].

Коли трансформатор працює з навантаженням, то повна потужність, що споживається первинною обмоткою.1, Витрачається на корисну потужність, що віддається у вторинний ланцюг Р2, і на втрати в самому трансформаторі, що складаються з втрат у сердечнику (залізі) магнітопроводу та в міді обмоток. Звідси ККД: N = P2/P1            [5]

  Вище було зазначено, що максимальний магнітний петок, що пронизує обмотки трансформатора, майже не змінюється при зміні навантаження, отже, втрати в сердечнику трансформатора можна вважати постійними та однаковими як для «холостого ходу», так роботи трансформатора з навантаженням. Незмінність магнітного потоку в сталі сердечника Фст має місце за сталості магніторушійної сили (МДС) Fm і напруженості магнітного поля Hст.

   Втрати у міді обмоток


Щодо втрат у міді обох обмоток, то вони, очевидно, перебувають у сильній залежності від навантаження. При цьому опір первинної обмотки дорівнює сумі її активного та індуктивного опорів. Відповідно до другого закону Кірхгофа напруга, підведена до первинної обмотки, дорівнює сумі падіння напруги на амівному опорі обмотки та двох ЕРС, обумовлених магнітними потоками, зчепленими з первинною обмоткою. При цьому мається на увазі, що один магнітний потік замотається через сердечник трансформатора, а другий через повітря. Оскільки ці магнітні потоки «поводяться» по-різному, то законі Кірхгофа вони описуються по-різному. Опір вторинної обмотки також складається з активного та індуктивного опорів. Активний опір відіграє роль тільки при підключеному до вторинного обмотуванні навантаженні, а індуктивний опір
                                                                                                                                           XD = w * LD              [6]
   характеризується індуктивністю розсіювання
                                                                                                                                  LD = w * ФD  * I [7]
  і, у свою чергу, обумовлено магнітним потоком ФD, що замикається, крім магнітопроводу, ще й повітрям, минаючи первинну обмотку [1].

    Втрати у сердечнику


Що ж до втрат у магнитопроводе трансформатора, то цьому потрібно зупинитися докладно. Змінний магнітний потік у сердечнику, що індукується змінною напругою в первинній обмотці, викликає в магнітопроводі вихрові струми, що залежать від частоти, провідності матеріалу магнітопроводу та його форми. Крім втрат вихрові струми розмагнічують магнітопровід, витісняючи магнітний потік до поверхні. Саме для зниження впливу вихрових струмів (струмів Фуко) магнітопровід збирають з окремих електрично ізольованих тонких пластин. При цьому величина вихрових струмів значно зменшується (до 1 % від їхньої величини в монолітному сердечнику [1]). Питомі втрати у сердечнику трансформатора мають одну природу – нелінійність процесу намагнічування. Відомо, що феромагнітні тіла складаються з областей мимовільного (спонтанного) намагнічування. Магнітний стан кожної області характеризується вектором намагніченості. Напрямок вектора намагніченості залежить від внутрішньої пружної напруги і кристалічної структури феромагнітного тіла.

Вектори намагніченості окремих областей феромагнітного тіла, на які не впливає зовнішнє магнітне поле, рівноймовірно спрямовані у різні сторони. Тому у зовнішньому щодо цього тіла просторі намагніченість тіла не проявляється. Якщо його помістити в зовнішнє поле, то під його впливом вектори намагніченості окремих областей повернуться відповідно до напряму поля. При цьому індукція результуючого поля в тілі може виявитися набагато більше, ніж магнітна індукція зовнішнього поля до приміщення в нього феромагнітного тіла [2]. При періодичному перемагнічуванні феромагнетика в ньому відбуваються незворотні процеси, на які витрачається енергія від джерела, що намагнічує. У загальному випадку втрати у феромагнітному сердечнику обумовлені гістерезисом, струмами Фуко та магнітною в'язкістю. Ступінь прояву різних видів втрат залежить від швидкості перемагнічування феромагнітного матеріалу. Якщо сердечник з трансформаторної сталі перемагнічується в часі уповільнено, то втрати в сердечнику обумовлені практично лише гістерезисом (втрати від макроскопічних вихрових струмів та магнітної в'язкості при цьому прагнуть нуля).
   Фізично втрати, зумовлені гістерезисом, викликані інерційністю процесів зростання зародків перемагнічування, інерційністю процесів зміщення доменних кордонів та незворотними процесами обертання векторів намагніченості. Питомі втрати енергії від гістерези за 1 цикл перемагнічування дорівнюють площі петлі гістерези. Зменшення максимальної індукції, зрозуміло, зменшує висоту петлі, але навіть при малих значеннях індукції та за наявності підмагнічування, наприклад, постійним струмом, ширина петлі приватного циклу у низькосортних сталей залишається значною. Іншими словами, зменшення індукції в магнітопроводі з метою зменшення площі петлі гістерези має обмежений сенс.
                                                                                                                                
Тепер згадаймо курс фізики. Навколо провідника, яким протікає струм, створюється магнітне полі. Причому напрямок (вектор) магнітного поля залежить від напрямку струму в провіднику і постулюється правилом правої руки: «Якщо долоню правої руки розташувати так, щоб до неї входили силові лінії магнітного поля, а відігнутий великий палець направити рухом провідника, то чотири витягнуті пальці вкажуть напрямок індукційного струму» (рис.2). Якщо піти далі, знаючи, що електричні та магнітні сили мають загальну природу (рівняння Максвелла), то можна припустити, що якщо по одному провіднику тече струм, причому навколо нього наводиться магнітне поле, а поруч розташований інший провідник, то магнітне поле має наводити в іншому провіднику електричний струм. (Одразу треба зазначити, що струм і магнітне поле повинні змінюватися в часі та в просторі і зовсім не обов'язково за законом синусоїди і навіть не обов'язково від позитивних до негативних значень.) Це явище відоме як електромагнітна індукція.

 З точки зору передачі енергії вищенаведена модель з двох провідників нікуди не годиться, але не варто її недооцінювати, оскільки поява наведень в аудіо-підсилювачах та радіоприймальних трактах - це прояв ознак, що описуються даною моделлю, і вона може зіпсувати чимало нервів конструкторам-розробникам.                                          

 Якщо піти ще далі і звити провідник у спіраль, а ще краще в багатошарову спіраль, то вектори магнітного поля, що виникають, у провідників, що знаходяться поруч, будуть підсумовуватися. Сумарний індукційний струм дорівнюватиме добутку струму навколо одного провідника на їх кількість. Тут потрібне ще одне застереження. Справа в тому, що вищенаведене твердження буде справедливе лише в тому випадку, якщо фізична форма і розміри дозволяють зблизити спіральні провідники на мінімальну відстань. Але з цілком зрозумілих причин це далеко не завжди можливо. Саме тому сумарний індукційний струм дорівнюватиме добутку струму навколо одного провідника на їх кількість лише приблизно, і саме тому провід, яким намотані дуже потужні трансформатори, має найчастіше не круглий, а прямокутний переріз. Це пов'язано, в основному, з тим, що, як говорилося вище, силове поле навколо провідника (кожного окремого витка) не повною мірою наводиться в сусідньому витку (сердечнику), а з деякими втратами, частково розсіюючись у повітрі (мал. 3).

     Втрати в котушці


Повернемося до нашої моделі провідника звитого у багатошарову спіраль. Подібна конструкція називається котушкою. Вона має значну індуктивність, яка залежить від струму, діаметра і питомої провідності провідника, кількості витків і т.д. Звичайно, звичайний провідник, яким протікає електричний струм, також має власну індуктивність, але при незначній довжині провідника її величина настільки мала, що нею, як правило, нехтують.
                                                                                                                           
Зовсім інша річ, якщо довжина провідників сотні і навіть тисячі метрів, і по них протікають значні струми та напруження, як, наприклад, у високовольтних ЛЕП. Такі системи мають значні індуктивні та ємнісні опори, і при інженерних розрахунках це обов'язково враховується. Якщо вже мова зайшла про ЛЕП і трансформацію, то необхідно нагадати про вимогу ПТЕ, що при роботах на високовольтних ЛЕП потрібно відключати напругу крім основної ще й на лінії ЛЕП, що йде. Ігнорування цієї вимоги ПТЕ коштувало здоров'я, а іноді й життя не одному електрику.
  Якщо згадати, що котушка - це провідник довжиною в десятки або сотні, а іноді навіть тисячі метрів, звитий у багатошарову спіраль, то індуктивність, "розтягнута" по всій його довжині, концентрується у фізичних розмірах цієї котушки. Якщо поруч (а краще всередині або поверх) з вищезгаданою котушкою розташувати ще одну, то магнітні силові лінії, утворені за рахунок індуктивності, при підключенні до першої напруги будуть наводити напругу в другій. Звичайно ж, велика їх частина буде розсіюватися в навколишньому просторі і втрачатися безповоротно, так як навколишній простір (повітря) має деякий опір для магнітного поля, і дана модель, по суті, трансформатором, для передачі електричної енергії також не годиться. Якщо котушки розмістити на сердечнику (рис.1) з матеріалу зі значною магнітною проникністю (феромагнетиком), то така модель буде повноцінним трансформатором і цілком підійде для передачі електричної енергії. Якщо звернутися до рис.1, можна побачити, що магнітні силові лінії у подібному трансформаторі замикаються як через магнитопровод, а й «по повітрю». Так і є насправді.

У деяких публікаціях іноді можна зустріти твердження, що сердечник здатний «притягувати», навіть «концентрувати у собі» ці лінії. З цим ніяк не можна погодитися, тому що в подібному випадку досить було б просто надіти котушки на замкнутий магнітопровід довільної форми і перерізу і не слід винаходити броньових сердечників, сердечників марки УШ, О і т.д. Ще раз повторюся, що вектори намагніченості окремих областей феромагнітного тіла, на які не впливає зовнішнє магнітне поле, спрямовані у різні боки. Тому у зовнішньому щодо цього тіла просторі намагніченість тіла не виявляється, але якщо феромагнетик помістити у зовнішнє поле (наприклад, підключивши первинну обмотку до мережі 220 В/50 Гц), то під його впливом вектори намагніченості окремих областей повернуться відповідно до напрямку поля. При цьому індукція результуючого поля в тілі стає багато paj більше, ніж магнітна індукція зовнішнього поля.
                                                                                                                                  
Магнітні силові лінії, наведені навколо котушки, якою протікає струм, розподіляються навколо неї рівномірно (рис.4). При збільшенні струму в первинній обмотці напруженість магнітних силових ліній збільшуватиметься для всіх однаково: і для тих, що замикаються через магнітопровід, і для тих, що замикаються через повітря. Просто потрібно пам'ятати, що ті лінії, які «йдуть повітрям», через опір навколишнього середовища загасають у ній, а ті, чий шлях пролягає по сердечнику, через його фізико-механічні властивості чинити мінімальний опір магнітному полю. за мінімального згасання донести свою енергію до другої котушки. Однак зменшення індукції в осерді все одно має місце. І залежить воно не тільки від властивостей матеріалу, а й від наявності магнітного зазору, отворів у сердечнику, якості складання сердечника і т.д. (Рис.1). Магнітний потік Ф через деяку поверхню S – це потік вектора магнітної індукції через цю поверхню
                                                                                                                                        
    

  Перетин магнітопроводу


Площа перерізу S магнітопроводу трансформатора залежить від багатьох факторів, зокрема від технологічних отворів. Спочатку зупинимося на отворах. Збільшення опору в магнітопроводі пов'язане з таким емпіричним поняттям, як «домени». Вище згадувалося про області спонтанного намагнічування. Іншими словами, ці області і є «доменами», як іноді пишуть у літературі, «…області у феромагнітному матеріалі, в яких здійснюється впорядковане перемагнічування матеріалу під дією магнітного поля, що змінюється». Кількість їх велика, але не нескінченна і безпосередньо залежить від фізико-механічних властивостей матеріалу. Якщо згадати постійний магніт, то його властивість «притягувати залізо» безпосередньо залежить від цих самих «доменів», їх стабільності та полярної орієнтації у матеріалі.

У феромагнетиці «домени» розташовані хаотично і лише під дією магнітного поля здатні змінювати полярну спрямованість та орієнтуватися вздовж магнітних силових ліній. До речі, розміри, кількість і швидкість зміни орієнтації «доменів» здатні пояснити, чому одні матеріали (наприклад, ВЧ ферити) добре працюють як магнітопроводи на високих частотах і геть-чисто відмовляються працювати на низьких, а інші (наприклад, електротехнічна сталь) навпаки. Кількість «доменів» пояснює також величину максимальної індукції та індукцію насичення. Тому для отримання хороших енергетичних характеристик трансформатора слід уникати застосування сердечників з отворами у магнітопроводі.

                                                                                                                      
   Тепер зробимо ще один невеликий відступ. Якщо мова зайшла про поняття «насичення магнітопроводу», то для кращого розуміння терміна образно продемонструємо його на простому прикладі. Для цього згадаємо класичний приклад із курсу фізики. Візьмемо підковоподібний магніт, аркуш паперу і залізні тирсу На стіл кладуть магніт, зверху на нього - аркуш паперу і на папір насипають невелику жменю тирси. При цьому залізна тирса вибудовується в характерний візерунок, демонструючи напрямок магнітних силових ліній (на рис.5 візерунок зображений для стрижневого магніту). А тепер уявимо, що напруженість магнітного поля, створюваного магнітом, не постійна, а повільно збільшується від нуля до максимуму. При цьому залізна тирса, що лежить спочатку хаотично, буде потроху, слідом за збільшенням поля, вишиковуватися по лініях від полюса N до полюса S. Спочатку ті, які ближче до полюсів, потім ті, які далі, і нарешті настане момент, коли вся тирса вибудується вздовж магнітних силових ліній, і подальше збільшення напруженості магнітного поля нічого не змінить, адже кількість частинок заліза (тирса-доменів) хоч і велика, але не нескінченна. У цьому випадку можна буде говорити про насичення стосовно магнітопроводу. А тепер ідемо далі. Опір магнітного зазору пояснюється тим самим загасанням магнітного поля повітря і залежить безпосередньо від фізичних розмірів цього зазору. У [1] магнітний потік у сердечнику порівнюється з електричним струмом у провіднику, отже, магнітний зазор можна порівняти з нелінійним опором, а отже, зазор це погано? Все залежить від конкретних вимог, що висуваються до трансформатора. Якщо він буде застосовуватися як джерело живлення, наприклад, УМЗЧ або трансформаторної підстанції, то так.

                                                                                                                      
    З іншого боку, наприклад, зварювальні агрегати виготовлялися як трансформаторів з регульованим магнітним зазором в сердечнику (рис.6). Тут зварювальний агрегат показано досить умовно. Первинна та вторинна обмотки розділені на рівні частини та розміщені на лівій та правій частині магнітопроводу. У такий спосіб вирішувалися одразу дві проблеми. Змінюючи величину магнітного зазору в сердечнику, регулювалася величина загасання магнітного потоку, отже, і напруги у вторинній обмотці, і навіть величина струму зварювальної дузі. Крім цього досягалася навантажувальна характеристика зварювального агрегату, що сприятливо позначається на його роботі. Для джерела живлення, наприклад, УМЗЧ падаюча навантажувальна характеристика вкрай небажана, так як просідання напруги живлення УМЗЧ при максимумах музичного пік-фактора повинні бути мінімальні для більш вірного цього самого пік-фактора відтворення.

Якщо мова зайшла про зварювальні агрегати, потрібно ще додати деякі моменти. Напруга вторинної обмотки зварювального трансформатора на «холостому ходу» приблизно 70...80 В, а при запаленні дуги має знижуватися до 20...25 В. Цим досягається найбільш сприятливий режим для зварювання. Одним із способів досягнення зазначеного режиму роботи є отримання падаючої навантажувальної характеристики. Методів досягнення такого ефекту кілька. Найпоширенішими є методи: створення магнітного зазору в магнітопроводі та рознесення у просторі первинної та вторинної обмоток.
                                                                                                                                        
Метод рознесення в просторі обмоток - це погіршення потокозчеплення між первинною та вторинною обмотками, а значить, зменшення напруги у вторинній обмотці під навантаженням.

Таким чином, для максимального поліпшення навантажувальних властивостей трансформатора і забезпечення постійного коефіцієнта трансформації необхідно до обмоток домогтися максимального потокозчеплення між ними. Зробити це можна, наприклад, чергуючи по черзі у рядах обмотки витки первинної та вторинної обмоток (рис.7). Однак, при простоті, зробити це вкрай важко.

По-перше, кількість витків у первинній та вторинній обмотках дуже сильно різняться.

По-друге, часто вторинних обмоток кілька.

По-третє, відрізняються діаметри проводів первинної та вторинної обмоток.                                                               

  Але найвагоміша причина — властивості ізоляційного покриття провідників повинні бути вкрай високі, адже при пробої ізоляції витків первинної і вторинної обмоток, що знаходяться впритул, будуть сумні.
                                                                                                                                                      
Тому існують інші методи отримання максимального потокосцепления. Один з методів давно і з успіхом застосовується при намотуванні вихідних та міжкаскадних трансформаторів лампових УМЗЧ. Полягає він у укладанні обмоток шарами, що чергуються з обов'язковою міжшаровою ізоляцією. Наступний спосіб полягає в тому, що каркас обмотки ділять на кілька секцій щічками і кожну секцію заповнюють витками первинної та вторинної обмотки, також чергуючи їх (рис.8). Ще один спосіб такий: розділовий трансформатор УМЗЧ мотають джгутом проводів, до якого входять провідники, що належать до різних обмоток. Після закінчення намотування провідники, кожен для своєї обмотки, «викликають» і з'єднують послідовно. Потрібно врахувати, що напруга живлення подібних УМЗЧ всього лише ±15 В. Для обмоток, які в процесі експлуатації будуть перебувати під високою напругою 1 ТОВ В і більше, або навіть просто підключатися до мережі 220 В, такий спосіб намотування вкрай небажаний, а в у деяких випадках небезпечний.

Підведемо підсумки:

  1. Втрати в магнітопроводі трансформатора характеризуються гістерезисом, струмами Фуко та магнітною в'язкістю. Для зменшення струмів Фуко сердечник трансформатора збирають із тонких пластин. Уникнути втрат на перемагнічування навряд чи вдасться, але щось можна зробити. Щоб не «нарватися» використовуючи у своїй розробці магнітопровід від згорілого трансформатора, потрібно застосовувати не розрахунковий, а оцінний метод визначення кількості витків на вольт, неодноразово описаний у літературі.
  2. У відповідальних конструкціях, наприклад, в УМЗЧ, краще уникати застосування магнітопроводів з технологічними отворами. Сердечники з технологічним зазором типу П, ПЛ намагатися брати «рідні», а не будь-які, зазор перед складанням очищати дрібним наждаком і при склейці в клей додавати! феритовий порошок.
  3. Щодо намотування, то правилами її виконання також нехтувати не варто. На тих же сердечниках типу П, ПЛ первинну обмотку слід розташовувати, розділивши порівну на правій і лівій частині. Також бажано надходити і з вторинною обмоткою. На сердечниках типу О (тороїдальному) всі обмотки слід, якщо немає спеціальних вказівок в описі конструкції, укладати рівномірно по всьому діаметру. Цим вдасться дещо зменшити поле розсіювання.
  4. При використанні у своїх конструкціях у джерелах живлення працюючих від мережі 220 В/50 Гц трансформаторів від старих лампових телевізорів типу ТВЗ, ТВК потрібно пам'ятати, що вони виготовлялися з магнітним зазором у сердечнику, тому його необхідно ліквідувати, а якщо магнітопровід Ш-подібний, то його потрібно розібрати і зібрати наново вперекришку.

журнал «Електрик»
 

стабілізатори напруги

  Призначення стабілізатора (нормалізатора) напруги

 

У будинках і квартирах сьогодні є велика кількість електроприладів: котли опалення, комп'ютери, холодильники, пральні машини, мікрохвильові печі тощо. Вся ця електротехніка розрахована на електроживлення, яке відповідає вимогам стандарту України — напруга в мережі має бути 220 В ± 10%, тобто в діапазоні від 198 до 242 В. Імпортна техніка, а ми використовуємо в першу чергу імпортну техніку, розрахована більш вимогливі рамки напруги — у Європі допустимою нормою відхилення від 220 У є 6%, тобто можливі коливання від 207 У до 233 У.
      У нашому реальному житті коливання напруги виходять далеко за межі стандарту. Так у невеликих містах та селищах напруга ввечері знижується до 150 В, а в деяких зонах і до 110 В. В інших місцях, де зникли великі промислові підприємства, напруга вдень підвищується до 250-280 В. При високій напругі електроприлади можуть запросто вийти з ладу. Так електроніка систем управління котлів опалення та пральних машин згоряють при напрузі понад 240 В. Навіть електролампи згоряють при 280 В. При низькій напрузі згоряють водяні насоси та компресори холодильників. Якщо електроприлади не виходять з ладу відразу, то невідповідність напруги нормам, веде до збою програм управління мікропроцесорними системами, роботі обладнання в поганих режимах, а в результаті до суттєвого скорочення терміну експлуатації.  40-45%. Відхилення напруги від норми веде до суттєвого (10-20%) збільшення витрат електроенергії, вартість якої зростає постійно.
     Про погану напругу насамперед сигналізують звичайні лампи. При малій напрузі вони починають світити тьмяно. Зниження напруги на 10% зменшує яскравість світіння лампи на 40%. При великій напрузі лампи світять яскраво і часто перегорають. Це перша ознака порушення рівня напруги, яка потребує корекції у вашому будинку. Вимірювати напруга необхідна вдень та ввечері. Вдень напруга може сильно підвищуватись, а ввечері навпаки-падати. Визначивши рівні напруги в будинку Ви ухвалите виправдане рішення про придбання стабілізатора. Захистити ваші пристрої від аварійного рівня напруги в електромережі можуть стабілізатори напруги. Вони нормалізують напругу в такий спосіб, що вона перебувати у межах суворих нормативів. Дорога електроапаратура буде служити довго і надійно, якщо вона захищена за допомогою стабілізатора напруги.

Вибір стабілізатора напруги

Коли вибираєте стабілізатор напруги, потрібно враховувати кілька положень. Можна встановити один потужний стабілізатор, який забезпечуватиме працездатність і захищатиме від перепадів напруги всі електроприлади у вашому будинку, квартирі або офісі. В цьому випадку Вам потрібен потужний прилад, що забезпечує 7-10 кВт споживання. Цей вибір цілком виправданий за умов, коли будинок розташований у зоні поганого електроживлення.   Якщо необхідно захистити тільки один прилад, наприклад, опалювальний котел (вони дуже чутливі до підвищення або зниження напруги), то Вам буде потрібен малопотужний стабілізатор напруги на 300 Вт. Для пральної машини та більшості водяних насосів достатньо стабілізатора напруги потужністю 2 кВт. Таким чином, коли вибираєш стабілізатор, в першу чергу, потрібно оцінити потужність електроприладів, які потребують захисту та працездатність яких потрібно забезпечити в першу чергу.
      Оцінюючи потужності приладу необхідно враховувати звані пускові струми. Такі струми виникають, коли запуск насоса, верстата та інших приладів, що мають електродвигуни. Двигун у момент запуску споживає в 3-4 рази більшу потужність, ніж при роботі в номінальному режимі. Так, наприклад, опалювальні котли вимагають стабілізатор, який розрахований на потужність 300 Вт, хоча при роботі насос котла споживає близько 100 Вт.
    Таким чином, коли вибираєте стабілізатор, який забезпечуватиме роботу одного приладу, потрібно враховувати його потужність з урахуванням пускового струму (якщо він має місце), а коли вибираєте стабілізатор для цілого будинку, необхідно вважати сумарну потужність усіх одночасно включених електроприладів.
    Після цього необхідно прийняти поправку на коефіцієнт, який залежить від напруги електромережі. Ці коефіцієнти наведені у таблиці:
 

Напруга, В 130 150 170 210 220 230 250 270
Коефіцієнт 1,67 1,47 1,29 1,05 1,00 1,05 1,29 1,47


Якщо сумарна споживана потужність Ваших приладів з урахуванням пускових струмів становить, наприклад, 6 кВт, а вхідна напруга на рівні 130 В, то Вам потрібен стабілізатор 6 кВт x 1,69 = 10 кВт. Таку ж поправку слід враховувати, коли вибираєте стабілізатор для захисту одного приладу.
      Крім потужності стабілізатора слід враховувати швидкодію - час реакції приладу на стрибки напруги в електромережі. Є стабілізатори із швидкодією 20 мілісекунд, тобто стабілізатор відреагує на стрибок напруги через 0,02 секунди. А є інерційні стабілізатори, які зреагують лише за кілька секунд. Так сервопривідні стабілізатори нормалізують вихідну напругу зі швидкістю 10/сек. Такий стабілізатор при стрибкоподібному підвищенні напруги мережі досить довго (протягом декількох секунд) буде знижувати небезпечну для приладу напругу на виході. За цей час пристрій може вийти з ладу остаточно.
     Стабілізатори забезпечують захист електроприладів від різних граничних коливань електромережі. Є прилади, які починають працювати від 160 В і є такі, що працюють від 110-130 В. Є стабілізатори, які відключаться при підвищенні напруги до 250 В, а є такі, які надійно працюють за 285 В. Таким чином слід враховувати діапазон коливань напруги в будинку і краще брати прилад з відповідним діапазоном робочих вхідних напруг. Оптимальні стабілізатори, які будуть захищати ваш прилад як від надмірно низької напруги, при якій горять обмотки двигунів і компресорів, так і від занадто високої напруги, яка виводить з ладу системи електроніки. Необхідний також захист від занадто великої потужності, що споживається, яка виведе з ладу трансформатор стабілізатора.

Системи захисту, необхідні для нормальної роботи стабілізатора.

Захист струму це захист від перевищення потужності стабілізатора споживачем.
Тобто, якщо ви придбали стабілізатор на 5кВт, то при підключенні споживачів на 6 кВт в стабілізаторі спрацює захист від перевищення потужності (захист струму). Цей захист може бути реалізований двома способами:
    У стабілізаторі встановленому на окремий прилад є два види захисту за струмом електронний та плавка вставка. Електронний захист повинен спрацьовувати після деякої паузи, щоб ігнорувати пускові струми, якщо прилад і плавка вставка розраховані на наявність цих пускових струмів (це може бути насос котла, компресор холодильника або двигун пральної машини).
У стабілізаторі встановленому на цілий будинок захистом струму є автоматичний вимикач. Автоматичні вимикачі, як правило, не таровані дуже чітко на певні значення та допускають деяке перевищення потужності на короткий час. У деяких приладах існує перевантаження струмом, в основному це пускові струми двигунів.
      Якщо перевантаження по струму (потужності) за часом не перевищить час спрацьовування автомата, цей перевантажувальний імпульс проігнорується. Тому, якщо ви трохи помилилися при виборі потужності стабілізатора, автоматичний вимикач дозволить деяке перевищення потужності.
    Захист від високої напруги це здатність стабілізатора знижувати напругу при перевищенні її вище за рівень 240В. Як не дивно, існує безліч стабілізаторів, які підвищують напругу до певного рівня, а при перевищенні напруги в мережі вище 240В пропускають її на прилад. Це може підійти тим споживачам, які впевнені, що у них стабільна занижена напруга. Але як показує практика, сезонні коливання напруги можуть бути як у бік збільшення, так і в бік зменшення. Є приклади, коли у споживача всю зиму напруга не перевищувала 180В, а з приходом весни рівень напруги виріс до 260В!
     У стабілізаторі повинен бути передбачений комутуючий елемент (симістор або реле), призначений для відключення споживача у разі поломки самого стабілізатора, при якій на виході стабілізатора напруга може піднятися вище за рівень 240В. Цим елементом може служити додаткове реле, яке не бере участі в стабілізації напруги, і тому має мінімальне зношування, а значить гарантує надійне відключення в аварійній ситуації.
    Захист від перегріву (термозахист).
У кожному стабілізаторі має бути реалізований захист від перегріву трансформатора. А також, якщо комутаційними елементами є тиристори або симистори, повинен бути передбачений захист від їх перегріву. Якість цього виду захисту є дуже важливою для запобігання спалаху стабілізатора, а отже для запобігання пожежі.

 

Швидкодія стабілізатора напруги

Під швидкодією стабілізатора напруги слід розуміти час реакції стабілізатора на зміну напруги в мережі або просто час, за який стабілізатор відпрацює зміну вхідної напруги і видасть на своєму виході стабілізовану напругу. Зрозуміло, що чим вища швидкодія або що нижчий час спрацьовування стабілізатора, то краще. Оскільки швидкодія стабілізатора визначає час, протягом якого нестабілізована мережна напруга буде подано на ваші прилади. По швидкодії програють сервопривідні стабілізатори швидкість регулювання яких коливається 15-150 В сек. Найвищу продуктивність мають електронні (компенсаційні, дискретні) стабілізатори напруги. Електронні стабілізатори регулюють напругу за допомогою перемикання електронними ключами обмоток спеціального автотрансформатора. Ключі керуються мікропроцесором за спеціальною програмою. Виготовляють два типи електронних стабілізаторів напруги: з напівпровідниковими (тиристори або симистори) та релейними ключами. Стабілізатори цього типу мають високу швидкодію, тому встановлюються у комплексі з дорогим обладнанням, яке потребує захисту від усіх аномалій мережі. Їх також використовують у житлових будинках та на виробництві. Під швидкодією таких стабілізаторів потрібно розуміти час вимірювання напруги в мережі плюс час спрацьовування комутаційного елемента (тиристора або реле). Для достовірної оцінки напруги знадобиться вимірювання протягом 20мс (один період синусоїди). Час перемикання тиристора, симистора та малопотужних реле вбирається у 10мс, потужних реле (для стабілізаторів від 5 КВт до 10 КВт) вбирається у 20мс. Тому швидкодію симісторних (тиристорних) стабілізаторів напруги можна прирівняти до швидкодії релейних.

Трифазні стабілізатори

Трифазні стабілізатори - комбінація трьох однофазних стабілізаторів, які зібрані в одному або в трьох різних корпусах. При підключенні до електромережі кожна з фаз підключається до одного з трьох стабілізаторів. Таким чином забезпечується стабілізація всіх трьох фаз. Технічні Характеристики трифазних стабілізаторів повністю ідентичні характеристикам однофазних стабілізаторів, які описані в відповідному розділі(див. вище).

До списку статей

Методи перевірки імпульсних трансформаторів

Автор вважає, що методи перевірки імпульсних трансформаторів сигналами низького рівня без випоювання зі схеми недостовірні. Він пропонує два простих методи тестування трансформаторів у режимі, близькому до робочого. Звичайно, потрібен їх демонтаж, зате достовірність результатів перевірки гарантується!

   Імпульсні трансформатори блоків живлення та малих розгорток виходять з ладу найчастіше через перегрівання обмоток. При пробої силових ключів різко підвищується струм в обмотці, що призводить до її локального розігріву з подальшим порушенням ізоляції обмотувального дроту. Найчастіше це відбувається в малогабаритних трансформаторах, намотаних тонким проводом, наприклад, в блоках живлення сучасних відеомагнітофонів, відеоплеєрів та малих трансформаторів (ТДКС) телевізорів. Внаслідок перегріву обмотувального дроту виникають міжвиткові замикання, що різко знижують добротність трансформатора, що порушує режим роботи автогенератора імпульсного джерела живлення (ІІП) або каскаду малої розгортки.
   Перевірка імпульсних трансформаторів блоків живлення та ТДКС – тема досить актуальна, методів виявлення міжвиткових замикань описано чимало. Результати тестування імпульсних трансформаторів методами вимірювання резонансної частоти, індуктивності чи добротності обмотки є недостовірними. Резонансна частота трансформатора, зокрема, залежить від кількості витків, ємності між шарами обмоток, властивостей матеріалу сердечника та висоти зазору. Міжвиткові замикання не усувають резонанс, а лише підвищують резонансну частоту та знижують добротність котушки. Форма тестової синусоїдальної напруги закороченими обмотками не спотворюється, а застосовувати прямокутні імпульси взагалі нерозумно через виникнення імпульсів ударного збудження. На цьому принципі теж є прилади, але вони малоефективні. Впливати на форму імпульсу може насичення сердечника, але у разі потрібен генератор великої потужності. Мабуть, з цих причин ефективність відомих методів дуже низька, а результати перевірки малодостовірні.
   Нижче пропонуються прості достовірні методи перевірки імпульсних трансформаторів у режимі, близькому до робітника. Як генератор сигналу використовується вихідний каскад малої розгортки телевізора або його імпульсне джерело живлення (ІІП). Пропоновані методи дозволяють безпечно виявити місця пробою ізоляції корпусу ТДКС, так звані свищі.
   Для перевірки за першим методом необхідний справний телевізор, рядкова розгортка якого використовується як генератор. ТДКС, що перевіряється, необхідно демонтувати, і його напружену обмотку підключити до висновків напруги розжарення на платі кінескопа, як показано на рис. 1.
   Для другого методу як генератор використовується справний ІІП, можна навіть від телевізора, що ремонтується. Для перевірки ТДКС обмотка, призначена для підключення рядкового транзистора, приєднується до вторинної обмотки трансформатора ІІП, призначеної для формування напруги 110…140 (рис. 2).
Трансформаторы ТДКС
                                                                                 

   
                  Підключення тестованого ТДКС через напружену обмотку                                                                   строчный трансзистор

   В обох випадках ТДКС виявляється в режимі, близькому до робочого, і критерієм його справності можна вважати появу на анодному виведенні високої напруги, здатної «пробити» 2…3 см повітряного простору. Для виготовлення розрядника можна використовувати провід із двома затискачами типу «крокодил». Один «крокодил» підключається до негативного виведення анодної обмотки, а другий вішається на «присоску», де й утворюється розрядник. Наявність короткозамкнутих витків легко визначається по перевантаженню генератора [рядкової розгортки або ІІП] та відсутності розрядів у високовольтному ланцюзі.
   Підозрювальні трансформатори ІІП можна перевіряти за другим методом, підключаючи до виходу генератора обмотку, призначену для силового ключа. Ознакою наявності в трансформаторі короткозамкнутих витків, що тестується, служить перевантаження ІІП, зрив генерації і спрацьовування захисту.
   Насамкінець нагадування: працюючи з високими напругами, пам'ятайте про правила техніки безпеки!

                  Олександр Омельяненко
До списку статей

Трансформатор типу ТП

                                                                                                                             
Трансформатори типу ТП з частотою мережі живлення 1 000 Гц

    Малогабаритні низьковольтні трансформатори живлення типу ТП призначені для роботи в умовах помірно холодного клімату за температури навколишнього середовища -60…+85°С та відносної вологості повітря до 98% за температури +40°С. Трансформатори типу ТП застосовуються у пристроях електроживлення РЕА, АСС та приладів для живлення функціональних вузлів та блоків, що виготовляються на ППП та мікросхемах із застосуванням схем друкованого монтажу. Трансформатори типу ТП (на броньових магнітопроводах) мають потужність 5, 200 В А, і розраховані на напругу мережі змінного струму 20 х 2,40 і 115В і частоту 1 000 Гц.

  Конструкція та розміри

Загальний вигляд, габаритні та настановні розміри трансформаторів живлення типу ТП показані на рис. 2.15. При виготовленні трансформаторів використовуються броньові магнітопроводи стандартизованого ряду, типів ШЛ та ШЛО. Перелік, застосовуваних магнітопроводів наведено в табл. 2.24.Конструкція трансформаторів та сучасна технологія їх виготовлення забезпечують міцність та надійну роботу при механічних та кліматичних впливах, розглянутих у першому розділі довідника. Вона здатна зберігати працездатність при підвищеній вологості і завжди температурних впливів, забезпечувати необхідний запас міцності ізоляції обмоток. Основні конструктивні розміри трансформаторів типу ТП наведено у табл. 2.24.
 
                                                                                                          

                                                    
     Трансформаторам типу ТП присвоєно умовні позначення, що застосовуються при розробці конструкторської документації та при замовленні заводу-виробнику. В умовне позначення трансформатора входить його скорочене позначення та позначення ДЕРЖСТАНДАРТ або ТУ, за якими проводиться їх постачання споживачеві. Приклад запису малогабаритного трансформатора типу ТП для схем друкованого монтажу в конструкторській документації - "Трансформатор ТП86-20-1000Т".
    Принципові електричні схеми трансформаторів типу ТП показано на рис. 2.16.
    При монтажі трансформатори встановлюються у гнізда друкованих плат, виготовлених із кроком сітки 2,5 мм. Граничні відхилення настановних розмірів та зазору між осями базового виведення та інших висновків трансформатора, показаних на рис. 2.14 становлять ±0,05 мм. Базове виведення трансформатора позначено цифрою «0».
     
                                                                                            
   
                  
                        

      Основні параметри

   Технічні характеристики та основні параметри трансформаторів живлення для схем друкованого монтажу типу ТП, розрахованих на частоту мережі живлення 1000 Гц в режимі номінального навантаження наведені в табл. 2 25. Електричні параметри трансформаторів у режимі холостого ходу наведені в табл. 2.26. Опір ізоляції між обмотками трансформатора у нормальних кліматичних умовах становить 100 МОм. Опір ізоляції між обмотками та корпусом становить 20 МОм. При короткочасному вплив підвищеної вологості опір ізоляції знижується до 10 МОм, а при тривалому впливі - до 1 МОм. Без обривів в обмотках та зміни струму холостого ходу трансформатори витримують багаторазове циклічне вплив зниженої та підвищеної температур, з урахуванням перегріву обмоток.
   Мінімальне значення ймовірності безвідмовної та високонадійної роботи трансформаторів протягом 1 000 год при достовірності, що дорівнює 0,9 забезпечується в межах 0,997,..0,999.
Електроживлення трансформаторів від первинної мережі змінного струму напругою 20 х 2,40 та 115 В здійснюється при коливаннях напруги та частоти в межах ± 5% Допускається експлуатація трансформаторів з номінальною напругою 40 В від мережі 37,6…42,4 Віс номінальною напругою 11 108. .122 при подачі напруги на відповідні відводи і клеми. Стійка робота трансформаторів забезпечується при зміні частоти мережі живлення в межах 950 5 000 Гц. Напруга мережі живлення подається на висновки «1» і «2» або «1» і «4» трансформатора За нормальних умов експлуатації трансформатор має довговічність не менше 10 000 год.

    Электрические параметры трансформаторов ТП

     

Трансформаторы сетевые малой мощностиТрансформаторы сетевые малой мощности 2

Замовити трансформатори    

Трансформатори типу ТПІ

  Імпульсні трансформатори живлення (ТПІ) застосовуються в імпульсних пристроях електроживлення побутової та офісної апаратури з проміжним перетворенням напруги мережі живлення 127 або 220 В з частотою 50 Гц в імпульси прямокутної форми з частотою слідування до 30 кГц, виконані у вигляді МП-1, МП-2, МП-З, МП-403 та ін Модулі мають однакову схему і відрізняються тільки типом використовуваного імпульсного трансформатора і номіналом одного з конденсаторів на виході фільтра, що визначається особливостями моделі, в якій вони застосовуються.
     Потужні трансформатори ТПІ для імпульсних джерел живлення використовуються для розв'язування та передачі енергії у вторинні ланцюги. Накопичення енергії у цих трансформаторах небажане. При проектуванні таких трансформаторів як перший крок необхідно визначити розмах коливань магнітної індукції ДВ в режимі, що встановився. Трансформатор повинен бути розрахований на роботу при можливо більшому значенні ДВ, що дозволяє мати меншу кількість витків в обмотці, що намагнічує, збільшити номінальну потужність і зменшити індуктивність розсіювання На практиці значення ДВ може обмежуватися або індукцією насичення сердечника Bs, або втратами в магнітопроводі трансформатора
     У більшості повномостових, напівмостових та двонапівперіодних (балансних) схем із середньою точкою трансформатор порушується симетрично. При цьому значення магнітної індукції змінюється симетрично щодо нуля характеристики намагнічування, що дає можливість мати теоретичне максимальне значення ДВ, що дорівнює подвоєного значення індукції насичення Bs. У більшості однотактних схем, що використовуються, наприклад, в однотактних перетворювачах, магнітна індукція коливається повністю в межах першого квадранту характеристики намагнічування від залишкової індукції Br до індукції насичення Bs обмежуючи теоретичний максимум ДВ до значення (Bs - BR). Це означає, що якщо ДВ не обмежена втратами в магнітопроводі (зазвичай на частотах нижче 50...100 кГц), для однотактних схем знадобиться трансформатор великих розмірів за однієї і тієї ж вихідної потужності.
     У схемах, що живляться напругою (які включають всі схеми понижуючих стабілізаторів), відповідно до закону Фарадея, значення ДВ визначається твором «вольт-секунда» на первинній обмотці. У режимі твір «вольт-секунда» на первинній обмотці встановлюється на постійному рівні. Розмах коливань магнітної індукції, таким чином, також незмінний.
     Однак, при звичайному методі управління робочим циклом, який використовується більшістю мікросхем для імпульсних стабілізаторів, при запуску і під час різкого збільшення струму навантаження величина ДВ може досягати подвоєного значення від значення в режимі, що встановився Тому, щоб сердечник не насичувався при перехідних процесах, значення ДВ Але ж, якщо використовується мікросхема, що дозволяє контролювати значення твору «вольт-секунда» (схеми з відстеженням обурення вхідної напруги), то максимальне значення твору «вольт-секунда» фіксується на рівні, що трохи перевищує встановлений Це дозволяє збільшити значення ДВ та покращує продуктивність трансформатора.
     Значення індукції насичення Bs більшості феритів для сильних магнітних полів типу 2500НМС перевищує значення 0.3 Тл. У двотактних схемах, що живляться напругою, величина збільшення індукції ДВ зазвичай обмежується значенням 0,3 Тл. При збільшенні частоти збудження до 50 кГц втрати в магнітопроводі наближаються до втрат у дротах. Збільшення втрат у магнітопроводі на частотах вище 50 кГц призводить до зменшення значення ДВ.
      В однотактних схемах без фіксації твору «вольт-секунда» для сердечників з (Bs — Br), рівним 0,2 Тл, і з урахуванням перехідних процесів значення ДВ обмежується на рівні лише 0,1 Тл. незначними внаслідок невеликого розмаху коливань магнітної індукції. У схемах з фіксованим значенням твору «вольт-секунда» величина ДВ може набувати значення до 0,2 Тл, що дає можливість значно скоротити габаритні розміри імпульсного трансформатора.
       У струмах, що живляться, схемах джерел живлення (підвищують перетворювачі і керовані струмом знижувальні стабілізатори на пов'язаних котушках індуктивності), значення ДВ визначається твором «вольт-секунда» на вторинній обмотці при фіксованій вихідній напрузі. Так як твір «вольт-секунда» на виході не залежить від змін вхідної напруги, то схеми, що живляються струмом, можуть працювати зі значенням ДВ, близьким до теоретичного максимуму (якщо не враховувати втрати в сердечнику), без необхідності обмеження величини твору «вольт-секунда» .
      На частотах вище 50. 100 кГц значення ДВ зазвичай обмежується втратами в магнітопроводі.
      Другим кроком при проектуванні потужних трансформаторів для імпульсних джерел живлення необхідно зробити правильний вибір типу сердечника, який не буде насичуватися при заданому творі «вольт-секунда» і забезпечить прийнятні втрати в магнітопроводі та обмотках. 3 1) і (3 2) дозволяють обчислити наближене значення добутку площ сердечника SoSc (твір площі вікна сердечника So та площі поперечного перерізу магнітопроводу Sc) Формула (3 1) застосовується, коли значення ДВ обмежено насиченням, а формула (3.2) — коли значення ДВ обмежено втратами в магнітопроводі в сумнівних випадках обчислюються обидва значення і використовується найбільша з таблиць довідкових даних для різних осердя вибирається той тип осердя, у якого твір So Sc перевищує розрахункову величину.
       

                                                                                                

    де
    РВХ = РВИХ / л = (вихідна потужність / ККД);
    К - коефіцієнт, що враховує рівень використання вікна сердечника, площі первинної обмотки і конструктивний фактор (див. табл. 3 1); fp – робоча частота трансформатора
                                                                            
   Для більшості феритів для сильних магнітних полів коефіцієнт гістерези дорівнює Кдо = 4 • 105, а коефіцієнт втрат на вихрові струмивт = 4 • 1010.
   У формулах (3.1) і (3.2) передбачається, що обмотки займають 40% від площі вікна сердечника, співвідношення між площами первинної та вторинної обмоток відповідає однаковій щільності струму в обох обмотках, що дорівнює 420 А/см2, і що сумарні втрати в магнітопроводі до перепаду температур у зоні нагрівання на 30 ° С при природному охолодженні.
   Як третій крок при проектуванні потужних трансформаторів для імпульсних джерел живлення необхідно зробити розрахунок обмоток імпульсного трансформатора.
   У табл. 3.2 наведено уніфіковані трансформатори електроживлення типу ТПІ, що використовуються у телевізійних приймачах.
                                                                              
                                                                                  
                                                                                    
                                                                                    
     Намотувальні дані трансформаторів типу ТПІ, що працюють у імпульсних блоках живлення стаціонарних та переносних телевізійних приймачах, наведено у табл. 3. 3 Принципові електричні схеми трансформаторів ТПІ показані на рис 3. 1

                                                                                                                 
  

  
   До списку статей
  
   

Перевіряємо трансформатори та котушки індуктивності

 Перевіряємо трансформатори та котушки індуктивності
А.П. Кашкарів. м. Санкт-Петербург. Росія
При ремонті радіоелектронної апаратури необхідно швидко перевірити дискретні компоненти пристрою. Коли всі можливі версії несправності відпрацьовані та виявилися неефективними, залишається звернути пильну увагу на трансформатори та котушки індуктивності.

Котушки індуктивності, дроселі, трансформатори перевіряють візуально або на урвище за допомогою омметра. Простий метод перевірки намотуваних котушок індуктивності та трансформаторів на предмет обриву виконують омметром у режимі вимірювання опору. Для виявлення короткозамкнених витків усередині котушки рекомендується схема, показана на рис.1.

На виході генератора синусоїдальних коливань встановлюють частоту 1 кГц і подають сигнал амплітудою 5 через резистор R1 на обмотку L1. Опір обмежувального резистора залежить від амплітуди сигналу генератора, яку вибирають в залежності від параметрів котушки L1, що перевіряється. При амплітуді вихідних імпульсів генератора 5 опір резистора вибирають в межах 1 кОм. Напруга на обмотці L1 у точці А контролюють за допомогою осцилографа. Поява диференційованих імпульсів у точці А вказує на наявність в обмотці котушки короткозамкнутого витка. Такий метод показав себе ефективним та доступним у звичайній домашній лабораторії.

На практиці часто виникають відмови трансформаторів, причому через коротке замикання вторинних обмоток виникає небезпека ураження електричним струмом. Звичайно, перевіряти обмотки трансформаторів на придатність можна і візуально, наприклад, якщо з трансформатора при включенні йде дим і є специфічний запах гару, причому не важливо, скільки в ньому справних обмоток і який характер несправності, тому що такий трансформатор використовувати надалі недоцільно. Однак якщо відсутні візуальні ознаки несправності, існує альтернативний метод. Пропонований нижче другий метод перевірки дозволяє виявити в силовому трансформаторі короткозамкнені обмотки.

    
На первинну обмотку Т2 з автотрансформатора Т1 через лампу розжарювання EL1, потужність якої 15-25 Вт (вона приблизно повинна відповідати половині потужності випробуваних силових трансформаторів), подають змінну напругу від 0 до 170 В.

При першому увімкненні вихідна напруга автотрансформатора має бути встановлена на «0». Після цього у зібраному за схемою рис.2 пристрої вихідну напругу автотрансформатора плавно доводять до максимального значення (150.170). Як автотрансформатор використовують промисловий ЛАТР 220/170-50-20 або інший аналогічний.

На цьому етапі перевірки при справному тестованому трансформаторі Т2 індикаторна лампа EL1 не повинна світитися. Якщо лампа EL1 все ж таки загорілася, то у вторинній (вторинних) обмотці є короткозамкнені витки. Підтвердженням цього буде відсутність зміни або незначна зміна в силі накалу лампи EL1.

Для силових трансформаторів з декількома обмотками здійснюють перевірку кожної вторинної обмотки.

Зварювальний апарат із двох трансформаторів

 
Зварювальний апарат із двох трансформаторів
    О.М. Журенків, м. Запоріжжя
 
   У статті описано зварювальний апарат постійного струму з двох трансформаторів з поділом первинної обмотки на дві по 37 В з додатковим відведенням на 110 В, а вторинної - на дві по 50 В для послідовної роботи протягом кожного періоду через діоди випрямляча для зварювання постійним струмом. Можливий варіант паралельного включення вторинних обмоток для зварювання змінним струмом. Таке технічне рішення дозволило намотати первинні обмотки проводом потрібного перерізу з меншою кількістю витків, а вторинні обмотки - більш тонким проводом, що забезпечує необхідний сумарний переріз, що суттєво полегшило намотування та укладання дроту.
 
   Сварочный аппарат на базе трансформатора  У журналі «Електрик» було описано конструкції зварювальних трансформаторів із двох ЛАТРів, кількох трансформаторів від телевізорів та інші варіанти. У серії статей І. Зубаля «Зварювальний трансформатор власноруч» дано багато цікавих рішень та рекомендацій. Зварювальний апарат з двох ЛАТРів на 10 А може бути виготовлений і зі штатними обмотками ЛАТРів як первинна обмотка. Це забезпечує потужність апарату 4,4 квт. При установці ЛАТРів вертикально між торцями, що стикаються, необхідно прокласти кільце шириною 20 мм, наприклад, з просоченої лаком ДВП. Обмотки з'єднати паралельно та синфазно, щоб магнітні потоки мали однаковий напрямок. Оголену струмознімну доріжку слід покрити епоксидним лаком. Для покращення охолодження первинної обмотки на кожну зовнішню частину ЛАТРів намотати по 3-4 витки канатика діаметром 4…5 мм. Після цього намотати вторинну обмотку за рекомендацією І. Зубаля.

При установці ЛАТРів типу «вушастик» між ними необхідно прокласти три дерев'яні прокладки висотою 15...20 мм, просочені лаком. Після цього ЛАТРи зв'язати між собою канатиком діаметром 4-5 мм, рівномірно розподіливши по висоті 4-6 витків. Первинні обмотки з'єднати послідовно та синфазно, щоб у місці зіткнення ЛАТРів магнітні потоки мали один напрямок. Вторинна обмотка може бути повністю намотаною через отвори ЛАТРів або складатися з двох половин, намотаних на кожен з них і з'єднаних синфазно. У такому разі первинні обмотки краще охолоджуватимуться.

Пропонована конструкція призначена для зварювання постійним струмом і виготовлена із двох дроселів із трансформаторним залізом УШ40х80. Сумарний переріз сердечника 64 см2, що цілком достатньо для зварювального трансформатора. У конструкції використані штатні каркаси котушок та кріпильні деталі без переробки, що звело до мінімуму використання додаткових матеріалів та трудовитрат на виготовлення.

  Котушки обох трансформаторів мають бути ідентичними. Первинні обмотки кожного трансформатора розраховані на 137 з відводами на 110 і містять кожна по 221 витків з відведенням від 161 витка.  Конструкция сварочного трансформатора Ці обмотки намотані дротом ПЕВ-2 діаметром 2,0 мм. Вторинні обмотки розраховані на 50 В кожна при напрузі по 110 на первинних обмотках і містять по 75 витків дроту ПБД діаметром 3,0 мм. Між обмотками прокладено ізоляційні прокладки з одного шару тонкого прессшпана. Після намотування котушки по черзі занурюються в ємність з підігрітим до температури 50 ... 60 ° С лаком на 10 хв для просочення. Схема сварочного трансформатора Після висихання котушки шихтуються трансформаторним залізом вперекришку, скріплюються штатним кріпильним матеріалом і встановлюються на металеву основу. При цьому необхідно врахувати ідентичність установки трансформаторів, щоб напрямок магнітних потоків у дотичних частинах магнітопроводів збігалися. 20 діодів випрямляча типу Д242А закріплені на алюмінієвій пластині розмірами 300×140 мм та товщиною 4 мм без ізоляційних прокладок, оскільки «+» при зварюванні постійним струмом підключається до «маси». Аноди діодів з'єднані з висновками вторинних обмоток індивідуальними монтажними провідниками 1,5 мм2.  

 Електрична схема зварювального апарату показано малюнку. Перемикачі SA1 і SA2 дозволяють отримувати на вторинних обмотках напруги 50, 44 і 37 В. Враховуючи, що напруги цих обмоток протягом кожного періоду подаються на вихід через діоди по черзі, струм кожної обмотки вдвічі менше зварювального. Це дозволило намотати вторинні обмотки тоншим дротом, що полегшує його намотування та укладання. З'єднавши вторинні обмотки паралельно, апарат без діодів можна використовувати для роботи на змінному струмі.

Малі габарити та вага створюють певні зручності при його експлуатації, водночас це обмежує застосування електродів діаметром понад 3 мм. Конструкція зварювального апарату показана на фото.

За матеріалами журналу «Електрик»

  До списку статей
 

Фазування обмоток трансформаторів

    Добре відомо, що фаза напруги на висновках дроселя і фаза струму через його обмотку рознесені в часі на чверть періоду (нуль напруги збігається з максимумом струму і навпаки) індуктивний елемент «крутить фазу». У трансформаторі все інакше. Хоча основу роботи трансформатора лежить закон електромагнітної індукції, щодо фаз сигналів тут усе інакше.
    Спробуймо провести простий експеримент: навантажимо вторинну обмотку трансформатора суто активним опором. Ми зауважимо, що для нашого ідеального трансформатора напруга на активному навантаженні U1 отже, і струм i2 збігатимуться по фазі з напругою, прикладеною до первинної обмотки. Еквівалентна схема дає нам зрозуміти, що відбувається в цьому випадку: ми як би збільшили наш активний опір у n2 раз відповідно до правил перерахунку (табл. 3.4) і включили його безпосередньо до клем 1-2, на які подається первинна напруга U1. На важливих електричних схемах завжди позначають "початки" і "кінці" обмоток трансформаторів. Початок прийнято помічати крапкою, як показано на рис. 3.15. Ці точки позначають «плюс» ЕРС, що додаються до обмоток або виникають у них. Взагалі фазування обмоток — важлива справа, з якою нам доведеться ще не раз зіштовхнутися «віч-на-віч». Двообмотувальний трансформатор – лише один із можливих конструкцій трансформаторів. Досить часто зустрічаються багатообмотувальні варіанти, які мають кілька вторинних обмоток. Багатообмотувальний трансформатор можна представити на еквівалентній схемі (рис. 3.16) як безліч паралельно з'єднаних навантажень, перерахованих у первинну обмотку, причому кожна через свій коефіцієнт трансформації.
 
                                                                                                 
                                
                                                                       
Семенов Б.Ю. «Силова електроніка від простого до складного»
  До списку статей                
                                                          

    Форма замовлення

    Залишіть свої дані і ми зв'яжемося з Вами найближчим часом

      Замовити дзвінок

      Залишіть свої дані і ми зв'яжемося з Вами найближчим часом