Jak závisí počet závitů vinutí transformátoru na napětí?

Dovolte mi připomenout, že transformátor je elektrické zařízení schopné přeměňovat elektrickou energii prostřednictvím meziprostředí ve formě elektromagnetického pole. Konstrukce transformátoru je poměrně jednoduchá. Skládá se z magnetického jádra (může mít různé tvary), na kterém jsou navinuty závity izolovaného drátu. Klasická verze transformátoru obsahuje dvě vinutí: primární (také známé jako vstupní) a sekundární (také známé jako výstupní). V závislosti na materiálu magnetického jádra, celkovém výkonu transformátoru, požadovaných parametrech (vstupní a výstupní napětí a proud) obsahuje toto zařízení určitý počet závitů a průřez vodiče vinutí.

Primární vinutí transformátorů jsou většinou navržena pro standardní síťové napětí 220 voltů (méně často 380 voltů, tyto transformátory se používají v průmyslovém sektoru). Jednou z hlavních charakteristik transformátoru je jeho výkon. Znáte-li výkon tohoto zařízení a máte primární vinutí dimenzované na 220 voltů, můžete si snadno předělat jakýkoli transformátor podle svých potřeb (pokud vám tento výkon stačí) navinutím sekundárního vinutí na požadované výstupní napětí a proud.

Jak můžete určit tento výkon transformátoru? Podle jeho jádra! Elektrický výkon transformátoru (ve wattech) se rovná druhé mocnině plochy (v centimetrech) průřezu části magnetického obvodu, na které je navinut vodič.

Dovolte mi připomenout, že elektrický výkon se rovná součinu napětí a proudu. To znamená, že pokud známe výkon transformátoru, se kterým může pracovat, můžeme vypočítat jmenovitý proud, který může sekundární vinutí vyrobit (při znalosti hodnoty napětí).

Například se rozhodnete vyrobit si napájecí zdroj s relativně nízkým výkonem. Snižovací výkonový transformátor (s železným magnetickým jádrem) odebereme ze starého nepotřebného elektrického zařízení (pokud ho máte v domě nebo garáži) nebo jej koupíme. Řekněme, že z jádra určíte, že transformátor má výkon asi 120 wattů. To znamená, že při napětí 12 voltů (na sekundárním vinutí) dokáže poskytnout proud až 10 ampér (výkon dělený napětím a přijatým proudem). Ve skutečnosti je třeba vzít v úvahu, že malé transformátory mají účinnost asi 80 %, což znamená, že maximální výstupní proud bude o něco menší než 10 ampér (na základě tohoto příkladu).

Ukázalo se, že transformátor, který jste našli a zakoupili, byl navržen (jeho sekundární, výstupní vinutí) pro jiné napětí, ne to, které potřebujete. Žádný problém! Opatrně jej rozebereme, odmotáme staré sekundární vinutí a namotáme nové. Pokud vám průměr drátu může poskytnout požadovaný proud, pak jednoduše převiňte staré sekundární vinutí na požadované napětí. Napětí závisí na počtu závitů (čím více závitů, tím vyšší je výstupní napětí). Síla proudu závisí na průřezu vodiče vinutí (čím větší je průřez, tím větší proud jím může vodič projít bez přehřátí).

U různých výkonových transformátorů se bude také lišit počet závitů na 1 volt. Čím větší výkon, tím méně vodičů je potřeba navinout, aby se získal 1 volt (a obecně požadované napětí). Velikost drátu do značné míry závisí na hustotě proudu, kterou můžete tolerovat. Pokud je oblast vinutí velká, bude se lépe chladit, proto lze hustotu proudu zvolit vyšší. Když je vinutí pevně navinuto, je lepší vzít nižší hustotu proudu. Průměrná proudová hustota je 2 A/mm2. Při této hustotě lze průměr drátu (bez izolace) vypočítat pomocí vzorce:

Počet závitů sekundárního vinutí bude v praxi snazší určit. K tomu rychle navineme řekněme 20 závitů na transformátor. Napájíme primární vinutí. Dále změříme napětí na sekundárním vinutí (těchto 20 závitů), načež těchto 20 závitů vydělíme naměřeným napětím a získáme počet závitů, který nám dá 1 volt. Takže, abychom zjistili celkový počet závitů sekundárního vinutí, vynásobíme napětí sekundárního vinutí počtem závitů na volt. Například při navinutí 1 závitů dostaneme 10 volt, proto vynásobíme 10 12 volty (které chceme získat na výstupu transformátoru). V důsledku toho by naše sekundární vinutí mělo obsahovat 120 závitů.

PS Abyste si nepletli hlavu s převíjením vinutí transformátoru, je možná lepší jednoduše zakoupit na trhu nebo v obchodě transformátor s odpovídajícím výkonem, s požadovaným výstupním napětím a proudem. Mějte ale na paměti, že levné transformátory nemusí do jisté míry odpovídat jejich charakteristikám (obvykle je na magnetické jádro umístěn drát o menším průměru, než je nutné). Je tedy lepší si připlatit a koupit kvalitní transformátor.

Někdy si musíte vyrobit vlastní napájecí transformátor pro usměrňovač. V tomto případě se nejjednodušší výpočet výkonových transformátorů s výkonem do 100-200 W provádí následovně.

Když známe napětí a maximální proud, který má sekundární vinutí (U2 a I2) dávat, zjistíme výkon sekundárního obvodu: Pokud je sekundárních vinutí více, výkon se vypočítá sečtením výkonů jednotlivých vinutí.

Dále, vezmeme-li účinnost malého výkonového transformátoru rovnající se asi 80 %, určíme primární výkon:

Energie je přenášena z primárního vinutí do sekundárního vinutí magnetickým tokem v jádře. Proto plocha průřezu jádra S závisí na hodnotě výkonu P1, která se zvyšuje s rostoucím výkonem. Pro jádro vyrobené z normální transformátorové oceli lze S vypočítat pomocí vzorce:

kde s je v centimetrech čtverečních a P1 je ve wattech.

Hodnota S určuje počet závitů w‘ na volt. Při použití transformátorové oceli

Pokud musíte vyrobit jádro z oceli horší kvality, například z cínu, střešního železa, oceli nebo železného drátu (musí se nejprve vyžíhat, aby změkly), pak by se měly S a w‘ zvýšit o 20-30 %.

Nyní můžete vypočítat počet závitů vinutí

V režimu zátěže může dojít ke znatelné ztrátě části napětí na odporu sekundárních vinutí. Proto se pro ně doporučuje vzít počet otáček o 5-10% více, než je vypočteno.

Průměry vodičů vinutí jsou určeny aktuálními hodnotami a na základě přípustné proudové hustoty, která se u transformátorů bere v průměru 2 A/mm2. Při této proudové hustotě se z tabulky určí průměr drátu bez izolace jakéhokoliv vinutí v milimetrech. 1 nebo vypočítané podle vzorce:

Pokud není k dispozici drát požadovaného průměru, můžete vzít několik tenčích drátů zapojených paralelně. Jejich celková plocha průřezu nesmí být menší než plocha odpovídající vypočtenému jednomu drátu. Plocha průřezu drátu je určena podle tabulky. 1 nebo vypočítané podle vzorce:

Pro nízkonapěťová vinutí, která mají malý počet závitů tlustého drátu a jsou umístěna nad ostatními vinutími, lze hustotu proudu zvýšit na 2,5 nebo dokonce 3 A/mm2, protože tato vinutí mají lepší chlazení. Pak by ve vzorci pro průměr drátu měl být konstantní koeficient místo 0,8 0,7 nebo 0,65.

Nakonec byste měli zkontrolovat umístění vinutí v okně jádra. Zjistí se celková plocha průřezu závitů každého vinutí (vynásobením počtu závitů w plochou průřezu drátu rovnou 0,8d2iz, kde diz je průměr vodiče v izolaci Lze to určit z tabulky 1, kde je uvedena také hmotnost drátu. Plochy průřezu všech vinutí jsou sečteny Pro zohlednění přibližné vůle vinutí, vlivu rámu izolačních těsnění mezi vinutími. a jejich vrstev, je nutné zvětšete nalezenou plochu 2-3krát Plocha okna jádra by neměla být menší než hodnota získaná z výpočtu.

Jako příklad si spočítejme výkonový transformátor pro usměrňovač, který napájí zařízení s elektronkami. Transformátor nechť má vysokonapěťové vinutí určené pro napětí 600 V a proud 50 mA a také vinutí pro žárovky s U = 6,3 V a I = 3 A. Síťové napětí je 220 V.

Určíme celkový výkon sekundárních vinutí:

Napájení primárního okruhu

Najděte průřez ocelového jádra transformátoru:

Počet závitů na volt

Počet závitů a průměr drátů vinutí jsou stejné:

• pro primární vinutí

• pro stupňovité navíjení

• pro vinutí vláken žárovek

Předpokládejme, že okno jádra má plochu průřezu 5×3 = 15 cm2 nebo 1500 mm2 a vybrané vodiče mají následující izolované průměry: d1iz = 0,44 mm; d2iz = 0,2 mm; d3iz = 1,2 mm.

Zkontrolujeme umístění vinutí v okně jádra. Najděte plochu průřezu vinutí:

• pro primární vinutí

• pro stupňovité navíjení

• pro vinutí vláken žárovek

Celková plocha průřezu vinutí je přibližně 430 mm2.

Jak vidíte, je více než třikrát menší než plocha okna, a proto se vinutí vejde.

Výpočet autotransformátoru má některé funkce. Jeho jádro by se nemělo počítat pro plný sekundární výkon P2, ale pouze pro tu jeho část, která je přenášena magnetickým tokem a lze ji nazvat transformovaným výkonem Pt.

Tato síla je určena vzorcem:

– pro zvyšovací autotransformátor

– pro snižovací autotransformátor a

Pokud má autotransformátor odbočky a bude pracovat při různých hodnotách n, pak je při výpočtu nutné vzít hodnotu n, která se nejvíce liší od jednoty, protože v tomto případě bude hodnota Pm největší a je nutné, aby jádro mohlo přenášet takový výkon.

Poté je určen návrhový výkon P, který lze považovat za rovný 1,15•Rm. Násobič 1,15 zde zohledňuje účinnost autotransformátoru, která je obvykle o něco vyšší než u transformátoru. D

Dále se použijí vzorce pro výpočet plochy průřezu jádra (na základě výkonu P), počtu závitů na volt a průměrů vodičů uvedených výše pro transformátor. Je třeba mít na paměti, že v části vinutí, která je společná pro primární a sekundární obvody, je proud roven I1 – I2, pokud je autotransformátor zvyšovací, a I2 – I1, pokud je klesající.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: