Расчет трансформатора: формулы, фото и видео как рассчитать потери трансформатора

Содержание

Нюансы диагностики

Гул при работе трансформатора является нормальным, если это специфичные устройства. Только искрение и треск свидетельствуют о неисправности. Часто и нагрев обмоток — это нормальная работа трансформатора. Чаще это наблюдается у понижающих устройств.

Может создаваться резонанс, когда вибрирует корпус трансформатора. Тогда следует его просто закрепить изоляционным материалом. Работа обмоток значительно меняется при неплотно затянутых или загрязненных контактах. Большинство проблем решается зачисткой металла до блеска и новой обтяжкой выводов.

При замерах значений напряжения и тока следует учитывать температуру окружающей среды, величину и характер нагрузки. Контроль подводящего напряжения также необходим. Проверка подключения частоты обязательна. Азиатская и американская техника рассчитана на 60 Гц, что приводит к заниженным выходным значениям.

Неумелое подключение трансформатора может привести к неисправности устройства. Ни в коем случае не подсоединяют к обмоткам постоянное напряжение. Витки быстро оплавятся в противном случае. Аккуратность в замерах и грамотное подключение помогут не только найти причину поломки, но и, возможно, устранить ее безболезненным способом.

Как проверить трансформатор?

Трансформатор, который переводится как «Преобразователь», вошел в нашу жизнь и используется повсеместно в быту и промышленности. Именно поэтому необходимо уметь проверять трансформатор на работоспособность и исправность, чтобы предотвратить поломку при сбое. Ведь трансформатор стоит не так дешево. Однако не каждый человек знает, как проверить трансформатор тока самостоятельно и часто предпочитает отнести его мастеру, хотя дело совершенно не сложное.

Рассмотрим вместе подробнее, как можно проверить трансформатор самому.

Типичные неисправности

Перед тем как проверить трансформатор микроволновки, приведем частые разновидности поломок, устраняемых без мультиметра. Часто устройства питания выходят из строя вследствие короткого замыкания. Оно устанавливается путем осмотра монтажных плат, разъемов, соединений. Реже происходит механическое повреждение корпуса трансформатора и его сердечника.

Механический износ соединений выводов трансформатора происходит на движущихся машинах. Большие питающие обмотки требуют постоянного охлаждения. При его отсутствии возможен перегрев и оплавление изоляции.

Разберемся, как проверить импульсный трансформатор. Омметром можно будет установить только целостность обмоток. Работоспособность устройства устанавливается при подключении в схему, где участвует конденсатор, нагрузка и звуковой генератор.

На первичную обмотку пускают импульсный сигнал в диапазоне от 20 до 100 кГц. На вторичной же обмотке делают замеры величины осциллографом. Устанавливают присутствие искажений импульса. Если они отсутствуют, делают выводы об исправном устройстве.

Искажения осциллограммы говорят о подпорченных обмотках. Ремонтировать такие устройства не рекомендуется самостоятельно. Их настраивают в лабораторных условиях. Существуют и другие схемы проверки импульсных трансформаторов, где исследуют присутствие резонанса на обмотках. Его отсутствие свидетельствует о неисправном устройстве.

Также можно сравнивать форму импульсов, поданных на первичную обмотку и вышедших со вторичной. Отклонение по форме также говорит о неисправности трансформатора.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax — Вr

Вmax – уровень максимального значения индукции;
Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

Ψ — параметр потокосцепления;
S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, — перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

L0 — перепад индукции;
µа — магнитная проницаемость сердечника;
W1 — число витков первичной обмотки;
S — площадь сечения сердечника;
lcр — длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
Вr — величина остаточной индукции;
Вmax – уровень максимального значения индукции.
Hm — Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора https://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=XYxKfYd8Elk

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Измерение сопротивления изоляции у трансформатора

Для измерений используется мегаомметр на напряжение 2500 В. Важная особенность: сопротивление изоляции на стороне НН, имеющей глухозаземленную нейтраль, невозможно измерить без отсоединения этой самой нейтрали от контура.

. Если же он невозможен, а при измерениях результаты будут сильно искажены, то при текущем ремонте можно их не производить. Но при капремонте они обязательны, измерения проводятся до и после его выполнения.

При измерениях на двухобмоточных трансформаторах мегаомметр подключается минимально по двум схемам. Сначала один из его выводов подключается к обмотке ВН, при этом обмотка НН соединяется с заземленным баком трансформатора и вторым выводом мегаомметра. Затем обмотки меняются местами: заземляется ВН, выводы от прибора подключаются к НН и баку.

При наличии трех обмоток логика подключения мегаомметра остается той же самой, только соединяется с баком не одна, а две обмотки. Для трансформаторов 16 кВА и выше добавляются еще два измерения: соединенных вместе обмоток ВН и СН относительно обмотки НН, соединенной с баком, а также всех обмоток относительно бака.

Видео об испытаниях высоковольтных трансформаторов:

Допустимые значения измеренных величин, относящиеся ко всем без исключения обмоткам трансформатора, указаны в таблице.

Измеренным значением сопротивления изоляции считается величина, которую показал прибор через 60 секунд после приложения измерительного напряжения (R60). Но при капремонте требуется и измерение коэффициента абсорбции (R60/R15). После ремонта и заливки маслом измеренные величины должны укладываться в нормы, приведенные в следующей таблице.

Режим холостого хода трансформатора

Холостым ходом (ХХ) называют такое подключение устройства, когда на первичную обмотку подается номинальное переменное напряжение, а цепи всех вторичных – разомкнуты (нагрузки не подключены).

В преобразователе напряжения, деление обмоток (катушек) на первичную и вторичные условно. Любая из них становится первичной, когда на нее поступает исходное переменное напряжение. Прочие, в них наводится ЭДС — становятся, соответственно, вторичными.

Опыт холостого хода проводится по схеме показанной на рисунке

Следовательно, любой трансформатор, соответственно способу подключения, может быть как понижающим, так и повышающим (кроме разделительного – с коэффициентом трансформации, равным единице).

Поскольку цепь вторичной катушки разъединена, тока в ней нет (I2 = 0). В первичной протекает I1, формирующий в магнитопроводе поток вектора магнитной индукции Ф1. Последний меняется по синусоидальному закону, но из-за перемагничивания стали отстает по фазе от I1 на угол B (угол потерь).

Применяют следующую терминологию:

I1: ток ХХ трансформатора;
Ф1: рабочий магнитный поток.

Под действием Ф1 во всех катушках возникает ЭДС:

в первичной – самоиндукции (Е1);
во вторичных – взаимоиндукции (Е2).

Зависимость ЭДС от различных параметров определяется формулами:

Е1 = 4,44 * f * W1 * Ф1max *10-8 ,

Е2 = 4,44 * f * W2 * Ф1max * 10-8, где

F — частота, Гц;

W1 и W2 — число витков в обмотках;

Ф1max — величина магнитного потока в точке максимума.

Следовательно, числовое значение ЭДС находится в прямой зависимости от числа витков катушки. Из соотношения ЭДС в первичной и вторичной обмотках, определяют главный параметр аппарата— коэффициент трансформации (К): К = Е1 / Е2 = W1 / W2.

Вторичная катушка по сравнению с первичной содержит витков:

в повышающем трансформаторе – больше (К меньше единицы);
в понижающем – меньше (К больше единицы).

Помимо рабочего (основного), в установке образуется магнитный поток рассеяния Фр1. Это силовые линии, ответвляющиеся от рабочего магнитного потока Ф1 в сердечнике и замыкающиеся по воздуху вокруг витков катушек. Как и Ф1, Фр1 является переменным, а значит, он, согласно закону электромагнитной индукции, наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукции Ер1.

Е1 и Ер1 всегда направлены против приложенного к первичной обмотке напряжения U1. По характеру действия на ток, они подобны резистору, потому и обозначаются термином «индуктивное сопротивление» (Х).

Емкостное и индуктивное сопротивление

Следовательно, создавая I1, напряжение U1 преодолевает активное сопротивление R1 первичной катушки и обе ЭДС самоиндукции. Математически это выглядит так: U1 = I1 * R1 + (-Е1) + (-Ер1).

Запись выполнена в векторной форме, поэтому перед обозначениями ЭДС самоиндукции проставлены значки «-»: они говорят о противоположном направлении этих векторов относительно напряжения U1. Ток холостого хода I1 не является строго синусоидальным.

Он искажается, поскольку имеет в своем составе так называемую третью гармоническую составляющую (ТГС), обусловленную вихревыми токами, гистерезисом и магнитным насыщением магнитопровода. Но с определенной долей приближения, годной для практических расчетов, его можно заменить эквивалентным синусоидальным током с равноценным действующим значением.

Выявление межвиткового замыкания

Чтобы выявить такой дефект импульсного трансформатора, мультиметра недостаточно. Как минимум, понадобится еще хорошее зрение и внимательность. Для изоляции проволоки используется только ее лаковое покрытие. В случае пробоя изоляции остается сопротивление между расположенными рядом витками, и контактная область греется. Поэтому нужно убедиться в отсутствии подтеков, вспучивания, запаха гари, черноты, подгорания. После определения типа преобразователя можно увидеть в справочнике значение сопротивления его катушек. После этого следует тестером в функционале мегаомметра замерить сопротивление изоляции – между парами обмоток и отдельно между каждой из них и корпусом. Измерения осуществляются при напряжении, значащемся в техдокументации на преобразователь. Измеренные величины сравниваются со справочными, и в случае нестыковки на 50% или выше диагностируется неисправность обмотки.

Как проверить трансформатор мультимтером правильно

Не вникая в подробности, которые здесь ни к чему, заметим, что ЭДС, как и напряжение, определяется числом витков обмотки при прочих равных параметрах

Чем больше витков, тем выше значение ЭДС (или напряжения) обмотки. В большинстве случаев мы имеем дело с понижающими трансформаторами. На их первичную обмотку подают высокое напряжение 220 В (230 В по-новому ГОСТу), а со вторичной обмотки снимается низкое напряжение: 9 В, 12 В, 24 В и т.д. Соответственно и число витков также будет разным. В первом случае оно выше, а во втором ниже.

Также, не приводя обоснований, заметим, что мощности обоих обмоток всегда равны:

А так как мощность – это произведение тока i на напряжение u

S = u∙i,

Откуда получаем простое уравнение:

Последнее выражение имеет для нас большой практический интерес, который заключается в следующем. Для сохранения баланса мощностей первичной и вторичной обмоток при увеличении напряжения нужно снижать ток. Поэтому в обмотке с большим напряжением протекает меньший ток и наоборот. Проще говоря, поскольку в первичной обмотке напряжение выше, чем во вторичной, то ток в ней меньше, чем во вторичной. При этом сохраняется пропорция. Например, если напряжение выше в 10 раз, то ток ниже в те же 10 раз.

Отношение числа витков или отношение ЭДС первичной обмотки ко вторичной называют коэффициентом трансформации:

Из приведенного выше, мы можем сделать важнейший вывод, который поможет нам понять, как проверить трансформатор мультиметром.

Вывод заключается в следующем. Поскольку первичная обмотка трансформатора рассчитана на более высокое напряжение (220 В, 230 В) относительно вторичной (12 В, 24 В и т.д.), то она мотается большим числом витков. Но при этом в ней протекает меньший ток, поэтому применяется более тонкий провод большей длины. Отсюда следует, что первичная обмотка понижающего трансформатора обладает большим сопротивлением, чем вторичная.

Поэтому с помощью мультиметра уже можно определить, какие выводы являются выводами первичной обмотки, а какие вторичной, путем измерения и сравнения их сопротивлений.

Как определить обмотки трансформатора

Измерив сопротивление обмоток, мы узнали, как из них рассчитана на более высокое напряжение. Но мы еще не знаем, можно ли на нее подавать 220 В. Ведь более высокое напряжение еще на означает 220 В. Иногда попадаются трансформаторы, рассчитаны на работу от мети переменного тока 110 В и 127 В или меньшее значение. Поэтому если такой трансформатор включить в сеть 220 В, он попросту сгорит.

В таком случае опытные электрики поступают так. Берут лампу накаливания и последовательно соединяют с предполагаемой первичной обмоткой. Далее один вывод обмотки и вывод лампочки подключают в сеть 220 В. Если трансформатор рассчитан на 220 В, то лампа не засветится, так как приложенное напряжение 220 В полностью уравновешивается ЭДС самоиндукции обмотки. ЭДС и приложенное напряжение направлены встречно. Поэтому через лампу накаливания будет протекать небольшой ток – ток холостого хода трансформатора. Величина этого тока недостаточна для разогрева нити лампы накаливания. По этой причине лампа не светится.

Если лампа засветится даже в полнакала, то на такой трансформатор нельзя подавать 220 В; он не рассчитан на такое напряжение.

Очень часто можно встретить трансформатор, имеющий много выводов. Это значит, что он имеет несколько вторичных обмоток. Узнать напряжение каждой из них можно узнать следующим образом.

Раньше мы рассмотрели, как проверить трансформатор мультиметром и определить по отношению сопротивления первичную обмотку. Также с помощью лампы накаливания можно убедится в том, что она рассчитана на 220 В (230 В).

Теперь дело осталось за малым. Подаем на первичную обмотку 220 В и выполняем измерение переменного напряжения на выводах оставшихся обмоток с помощью мультиметра.

Соединение обмоток трансформатора

Вторичные обмотки трансформатора соединяют последовательно и реже параллельно. При последовательном соединении обмотки могут включаться согласно и встречно.

Согласное соединение обмоток трансформатора применяют с целью получения большей величины напряжения, чем дает одна из обмоток. При согласном соединении начало одной обмотки, обозначаемое на чертежах электрических схем точкой или крестиком, соединяется с концом предыдущей. Здесь следует помнить, что максимальный ток всех соединенных обмоток не должен превышать значения той, которая рассчитана на наименьший ток.

Зачем нужно испытывать трансформаторы

Силовой трансформатор – важный передающий узел в составе мощной и сложной энергосистемы, обеспечивающей электропитанием значительное количество промышленных и бытовых энерго потребителей. Такой узел должен быть надежным и исправным продолжительное время, чтобы не происходило сбоя в полезной работе промышленных потребителей, не было недостачи в потреблении электроэнергии в быту обычными людьми.

Именно поэтому масляные и сухие силовые преобразователи напряжения постоянно испытывают:

На заводах производителях многочисленными проверками и испытаниями на работоспособность – с целью гарантированного понимания, что сложное техническое устройство преобразования напряжения из одного класса в другой после изготовления полностью исправно и готово к дальнейшей работе на объекте;
При монтаже в ансамбле системы снабжения, тестируя согласно специальной методике приемосдаточных испытаний – с целью понимания, что в момент транспортировки и последующей установки энергооборудования не произошло или не создано никаких дефектов или ошибок монтажа, которые не смогут обеспечить должное, стабильное питание необходимому количеству потребителей;
Периодически в течении эксплуатации электроустановок и узлов, в результате которых также могут возникнуть определенные сбои или дефекты сложного передающего оборудования – для предотвращения предаварийных или аварийных режимов. Для выявления дефектов на ранних этапах и своевременного их устранения в эксплуатационном режиме с наименьшими потерями для всех энерго потребителей.

Подобный мониторинг, проверки работы силовых передающих устройств обеспечивают максимальное качество работы энергосистем в целом, а значит обеспечивается получение максимального количества и качества электроэнергии в промышленности и в бытовом секторе, что благоприятно влияет на уровень их коэффициента полезного действия.

Дополнительные испытания

Испытания с оценкой внешней целостности корпуса трансформатора, анализа трансформаторного масла, вводов, тест встроенных трансформаторов тока силового преобразователя напряжения хоть и носят вспомогательный характер, но должны в обязательном порядке проводится при проведении приемосдаточных работ на объекте.

Кратко о каждом из них рассказывается ниже.

Трансформаторного масла

Масло в системе силового трансформатора напряжения играет роль охлаждающей, изоляционной жидкости в зависимости от типа сборки электроагрегата. К тому же со временем необходимые показатели этого жидкого вещества могут видоизменяться (масло может «стареть»), что негативно может повлиять на правильную работу всего преобразователя напряжения в целом. Поэтому при дополнительных испытаниях трансформаторное масло оценивают по нескольким параметрам:

Степень возможного окисления масла;
Критический нагрев до режима воспламенения жидкости;
Допуски вещества по плотности.

Данные собираются на основе тестов с помощью специальных лабораторных измерителей, которые после испытаний сравнивают с паспортными значениями и в случае серьезных отклонений полученных параметров от заданных, принимают соответствующие меры.

Вводов

Следующим вспомогательным тестом является проверка и осмотр всех контактных вводов силового оборудования на обнаружения явных неисправностей, деформаций или иных дефективных изменений, которых не было на этапе прошлого тестирования.

Ведется обязательная очистка контактных вводов от пыли, грязи и других посторонних веществ, которые могут отрицательно повлиять на работоспособность оборудования.

Встроенных ТТ

Дополнительным обязательным испытанием подвергаются встроенные трансформаторы тока на силовом преобразователе напряжения согласно «ПЭУ» по пунктам. 7.1, 7.3.2, 7.4-7.6. В основу таких тестов входят несколько проверок оборудования:

Измерение сопротивления изоляции встроенных ТТ – полученное значение сопротивления должно быть не менее 1 Мом;
Тепловизионный контроль ТТ – тест и оценка проводится согласно нормам, указанным в приложении 3 «ПУЭ»;
Контроль изоляции под рабочим напряжением.

Все полученные параметры, после проведения их сравнительного анализа с паспортными данным добавляются к основным результатам проверки оборудования занесением в рабочий журнал.

Включение толчком на номинальное напряжение

Перед тестированием трансформатора подобным опытом монтажные, очистные работы с силовым оборудованием должны быть полностью закончены. Первичный анализ и общие мероприятия методики тестов трансформатора должны нести минимум удовлетворительные значения и параметры для проведения включения толчком на номинал напряжения.

Суть вспомогательного испытания состоит в подключении к трансформатору дизель генератора и подача напряжения на него без нагрузки в 3-6 кратной величине толчком в присутствии рабочего персонала, который ведет оценку и анализ всех защит и механизмов силового преобразователя напряжения.

Если срабатывания защит трансформатора на отключение от сети не было, оборудование остается под напряжением на длительный период с дальнейшей его «прослушкой» и анализа работы.

По результатам тестирования полученные данные, выводы о работе силового электрооборудования заносятся в рабочий журнал испытаний.

Уменьшение холостого хода трансформатора ↑

Во многом ответ на вопрос «как уменьшить ток холостого хода трансформатора», следует искать еще на этапе сборки устройства. Довольно большой процент всех дефектов возникает именно по вине сборщиков, допускающих существенные ошибки и не учитывающих специфику и условия использования трансформаторных приборов и систем в реальных эксплуатационных условиях.

Внимание важно на каждом этапе сборки трансформатора, так как потери холостого хода напрямую влияют на КПД. На самом деле есть несколько распространенных путей снижения потерь, но далеко не все из них эффективны и рентабельны. Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию

В данном случае об экономии речи идти не может

Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию. В данном случае об экономии речи идти не может

На самом деле есть несколько распространенных путей снижения потерь, но далеко не все из них эффективны и рентабельны. Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию. В данном случае об экономии речи идти не может.

Можно применить другой тип электротехнической стали с высокими показателями сопротивления, но это также приведет к общему удорожанию самого устройства. Если использовать тонкие пластины, изолированные друг от друга, то число потерь от вихревых токов значительно снизится, так же, как и применение сплошных пластин с косыми стыками.

Что нужно учитывать при сборке трансформатора? ↑

Специалисту прежде всего следует знать, что от его аккуратности и профессионализма зависит столько же, сколько и от качества материалов

На что именно стоит обратить внимание при сборке трансформатора?. Современные трансформаторы используют сталь с низким сопротивлением механическому воздействию

А это значит, что даже резкая штамповка пластины может значительно снизить магнитные свойства материала в зоне среза. Изгибы, вмятины и царапины способны легко нарушить ориентацию кристаллической решетки, увеличив удельные потери. Поэтом, чтобы восстановить магнитные характеристики стали до исходных, все пластины в обязательном порядке проходят высокотемпературный отжиг еще до начала сборки магнитопровода. В дальнейшем специалисту следует быть особенно осторожным во время проведения комплектации магнитопровода,а также расшихтовке. Ведь именно в этот момент вероятность повторного повреждения стали наиболее высока

Современные трансформаторы используют сталь с низким сопротивлением механическому воздействию. А это значит, что даже резкая штамповка пластины может значительно снизить магнитные свойства материала в зоне среза. Изгибы, вмятины и царапины способны легко нарушить ориентацию кристаллической решетки, увеличив удельные потери. Поэтом, чтобы восстановить магнитные характеристики стали до исходных, все пластины в обязательном порядке проходят высокотемпературный отжиг еще до начала сборки магнитопровода. В дальнейшем специалисту следует быть особенно осторожным во время проведения комплектации магнитопровода,а также расшихтовке. Ведь именно в этот момент вероятность повторного повреждения стали наиболее высока.

Как снизить потери в обмотках? ↑

Большие объемы энергопотерь происходят именно в обмотках и именно от токов нагрузки. Снизить их можно увеличением диаметра обмоточных проводов. Метод этот эффективен, но не рентабелен, увеличив одно, возникнет необходимость увеличить другое, а это неизбежно приведет к росту массы активных материалов и… потерь холостого хода в трансформаторе. Есть и другой способ — тщательно следить за симметрией обмоток, так как даже незначительное отклонение способно спровоцировать увеличение рассеяния и потери. Мало того, добавочные потери способны привести к перегреву отдельных элементов, что тоже не желательно. Сборщику необходимо пристально следить за тем. Чтобы обмотки не смещались относительно друг друга, каналы между ними были равномерны, а расположение на сердечнике — концентрическим. Таким образом, помимо правильной эксплуатации, регулярных проверок и соблюдения всех рекомендаций, залогом бесперебойной работы трансформатора с минимальными потерями является профессионализм его сборщиков. Уменьшить холостой ход трансформатора довольно сложно в процессе его использования, поэтому к заводским параметрам предъявляются такие высокие требования.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Читать также: Отвал для мотоблока из газового баллона

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60
ватт

Где:Р_2
– мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт
;

U
_2
— напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт
;

I
_2
— ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт
обычно равно не более η = 0,8
.КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт
.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1

, мощности потребляемой от сети 220
вольт,
зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S
.

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:S
— площадь в квадратных сантиметрах,P
_1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S
определяется число витков w
на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8
витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков
,

округляем до 173 витка
.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера
.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,для медного провода,

принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I
.

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм
.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА,
то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где
: d — диаметр провода
.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1
мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1
мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм²
.

Округлим до 1,0
мм².

Изтаблицывыбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм
. и площадью по0,5 мм²
.

Или два провода: — первый диаметром 1,0 мм
. и площадью сечения 0,79 мм²
,— второй диаметром 0,5 мм
. и площадью сечения 0,196 мм²
.что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».

Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Безопасность при измерениях

Измерения мегаомметром всегда сообщают изолированным проводникам заряды, и чем лучше качество изоляции, тем дольше держится заряд. В целях безопасности обязательно снимают эти заряды при помощи проводов с изолированными рукоятками. Закорачивают точки подсоединения проводов от прибора и каждый из проводников дополнительно замыкают на землю. Цель одна — снять все остаточные заряды для безопасности людей.

Измерение изоляции электроустановок выполнить легче, чем линий и сетей, по причине сосредоточенности и близости к персоналу. Ниже приводится пошаговый порядок действий при измерениях на линиях.

Упрощенный вид расчета трансформатора