Трансформаторы питания на частоту 50 Гц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Трансформаторы питания входят в состав большого количества схем стабилизирующих и нестабилизирующих источников питания вторичного электропитания бытовой и любительской радиоэлектронной аппаратуры, работающей от сети переменного тока. Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат. С помощью трансформатора преобразуется электрическая энергия переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами. Таким образом, при помощи трансформатора возможно понижение и повышение напряжения и тока, а также происходит электрическая изоляция выходных каналов электропитания от сети и друг от друга.

Работа трансформатора основана на взаимодействии электромагнитного поля первичной обмотки трансформатора на вторичные обмотки. Первичная (сетевая) обмотка подключается к сети переменного тока U1 с частотой тока 50 Гц или от 400 до 5000 Гц, а ко вторичным обмоткам подключают потребители электрической энергии (нагрузка). На рис.1,а изображена упрощенная схема трансформатора, а на рис.1,б - схема его включения. Обмотки трансформатора размещаются на общем магнитопроводе, изготовленном (для лучшей магнитной связи) из ферромагнитного материала.

Магнитный поток Фо замыкается по магнитопроводу и наводит в первичной и вторичной обмотках ЭДС соответственно Е1 и Е2. С учетом падения напряжения на активном сопротивлении r1 первичной и r2 вторичной обмоток Е1=U1 - r1I1, а Е2=U2+r2I2. Но часть магнитного потока замыкается и рассеивается в воздушной среде, так называемый Фрас, который действует только на витки первичной обмотки. Этот Фрас стараются уменьшить, таким образом увеличить КПД трансформатора. Это и есть режим работы трансформатора на номинальную нагрузку. Имеются также режимы холостого хода и короткого замыкания. Таким образом, основным элементом трансформатора является магнитопровод (сердечник).

Для сердечника трансформаторов, работающих на частоте 50 Гц, в основном применяют специальную электротехническую горячекатаную сталь марок 1511, 3412. Выпускается сталь этих марок в виде листов толщиной 0,35 и 0,5 мм. Применяется также сталь холоднокатаная марок 3411 и 3412. Она выпускается в виде листов толщиной 0,35; 0,5мм и в виде лент толщиной 0,28; 0,3; 0,35; 0,5 мм.

Холоднокатаные стали обладают большей, чем горячекатаные стали, магнитной индукцией, поэтому трансформаторы из холоднокатаных ста-

лей получаются меньших габаритов и веса при одной и той же мощности. Для трансформаторов, работающих на частоте 50 Гц, используют электротехническую сталь толщиной 0,15-0,5 мм, на частоте от 400 до 5000 Гц - сталь толщиной 0,05-0,08 мм. В зависимости от требований, предъявляемых к трансформатору (мощность, стоимость, удельная характеристика), применяют пластинчатый или ленточный магнитопровод.

Основные типы и размеры пластин трансформаторов приведены на рис.2, где: а - E-образная; б - Ш-образные пластины различных типов: Ш - с h>2,5...3l1; Шу - с умеренным основанием и h>3l1; Ша - с h>l1; Шб - с h<l1; в, г, д - Ш-образные пластины с немагнитным зазором h1 и h>l1; е - П-образные пластины: Пн - с h>l1 и Пу - с h>2,5l1.

Таким образом, в зависимости от конструкции магнитопровода трансформаторы подразделяются на пластинчатые броневые (Ш-образные) и пластинчатые (П-образные). Они изображены на рис.3.

Магнитопроводы для силовых трансформаторов собирают только внахлест (вперекрышку). Для трансформаторов применяют и ленточные сердечники. Такие трансформаторы имеют значительно меньшее поле рассеивания, т.е. создают меньше наводок на окружающие элементы схемы и детали создаваемого устройства. Это позволяет располагать их рядом с функциональными узлами высокочувствительной радиоаппаратуры. Сердечник Ш-образного трансформатора обозначают названием типа и цифрами, определяющими ширину среднего стержня l (рис.3,а) или боковых (рис.3,б) и толщину В магнитопровода.

Конструктивные параметры магнитоповода

Минимальная площадь поперечного сечения стержня

Sс=B(l-∆l),

где В - толщина набора; l - ширина набора; ∆l - предельное отклонение.

Минимальная площадь окна набора

Sок = l1(h-∆h),

где l1 -ширина окна набора; h-высота окна; ∆h-предельное отклонение.

Для магнитопроводов ШI, ШШ, ШП (рис.4,а-ж)

Средняя длина магнитной линии силового поля сердечника

Iср=h-1[h+2l1+1,18(H-h) + 0,4I/H-I

Для магнитопровода ШУ (рис.4,д)

lср=2(h+l1)+1,57l.

Для магнитопровода ПН, ПУ (рис.4,е)

lср=2(h+l1)+1,57(H-h);

lо=2l+2В+2,5l1+8δк,

где lо-средняя длина проводника электрического тока сердечника; δк-суммарное значение зазора и толщины каркаса трансформатора (в пределах 0,55-1,5 мм).

Для облегчения изготовления ленточные магнитопроводы делают разрезными. Место стыка хорошо полируют и при сборке хорошо стягивают, чтобы не было потерь магнитного потока, и чтобы трансформатор не гудел. Неразрезные ленточные магнитопроводы обладают более (на 20-30%) высокой магнитной индукцией, т.е. обладают магнитными потерями. Но намотка таких трансформаторов гораздо сложнее. Намотку неразрезных трансформаторов делают на специальных станках или в домашних условиях с помощью челнока. Ленточные сердечники трансформаторов делят на стержневые (рис.5,а), броневые (рис.5,б) и кольцевые (рис.5,в), где а - толщина навивки; b - ширина ленты; с - ширина окна; h - высота окна; R - внутренний радиус (от 5 до 2 мм в зависимости от толщины ленты). Стержневые конструкции делят на ПЛ - П-образные ленточные; ПЛМ - П-образные ленточные с уменьшенным отношением ширины окна к толщине намотки (с/а <1); ПЛР - П-образные ленточные с размерами геометрии с наименьшей стоимостью трансформатора.

Броневые конструкции делят на ШЛ - Ш-образные ленточные; ШЛМ - Ш-образные ленточные с уменьшенным отношением ширины окна к толщине навивки; ШЛО - Ш-образные ленточные с увеличенным отношением ширины ленты к толщине навивки (b/а>3); ШЛР - Ш-образные ленточные с геометрией наименьшей стоимости трансформатора.

Выбираем сердечник для трансформатора, чтобы получить наименьшую стоимость, объем и массу: типа ПЛ - для низковольтовых трансформаторов мощностью более 500 В А; типа ПЛМ - для низковольтовых трансформаторов с мощностью более 100 В А и когда требуется наименьшее поле рассеивания; типа ШЛМ - для мощности 100 В А и с ограниченным падением напряжения на обмотках. Идеальным, конечно, является трансформатор с ленточным кольцевым сердечником. У него очень небольшой поток рассеивания, малое магнитное сопротивление и небольшая чувствительность к внешним магнитным полям.

Трансформатор имеет три режима работы: холостого хода, номинальной нагрузки и короткого замыкания. При режиме Х.Х. через первичную обмотку w1 (рис. 1) протекает Iх и создает в сердечнике основной магнитный поток Фх. Полезная мощность, отдаваемая трансформатором, равна нулю. Из сети потребляется активная мощность, которая определяется только потерями (в зависимости от материала сердечника) в самом сердечнике трансформатора. Iх имеет и реактивную составляющую, которая ведет к ухудшению коэффициента мощности соsϕ питающей сети. Этот режим для трансформатора не опасен.

Режим короткого замыкания (короткое замыкание или малая нагрузка во вторичной цепи) опасен и способен вызывать повреждение (нагрев и даже воспламенение) трансформатора. В режиме номинальной нагрузки напряжение на вторичной обмотке является комплексной величиной и зависит от значения и характера сопротивления нагрузки.

Обмотки трансформаторов броневой и стержневой конструкции изготовляют обычно на каркасах, но применяют и бескаркасную (гильзовую). Обмотки кольцевых сердечников изготовляют на кольцевых каркасах или на магнитопроводе, обмотанным какой-либо изоляцией. Каркасы изготовляют из электрокартона, пластмассы, просто картона. Каркасы желательно пропитывать специальными лаками или влагозащитными компаундами. Обмотки располагают одна над другой или одна рядом с другой. Трансформаторы малой мощности обычно выполняют на пластинчатых или ленточных сердечниках броневой конструкции. Обмотки в этом случае размещают на среднем стержне. При изготовлении трансформаторов средней и большой мощности лучше использовать магнитопроводы стержневой конструкции. Обмотки располагают на каркасах двух боковых стержней.

Сетевую обмотку (первичная) обычно наматывают первой на каркасе. Далее наматывают вторичные обмотки. Желательно между первичной и вторичными обмотками располагать электростатический экран. Его изготовляют или изолированным проводом в один слой, или одним незамкнутым витком фольги. Один конец такого электростатического экрана соединяют с шасси или с общим проводом аппарата, что дает возможность ослабить наводки и помехи, проникающие через межвитковую и межобмоточную емкости из сети и наоборот. Это очень актуально в настоящее время, так как в нашей действительности обычно работает очень много различных радио- и электроаппаратов, дающих помехи в питающую сеть. Особенно много помех дают импульсные блоки питания современной радиоаппаратуры ширпотреба.

При намотке трансформаторов на "кольце" обмотки необходимо располагать равномерно по окружности сердечника. Обмотки со средней точкой лучше всего мотать сразу двумя проводами одновременно. Далее соединяют начало одной обмотки с концом другой, чтобы получить среднюю точку. Так получается хорошая симметрия обмотки. Наматываемые обмотки обязательно необходимо изолировать друг от друга. Это делается с помощью кабельной бумаги, лакоткани, фторопластовой ленты, просто бумаги и т. д. При изготовлении высоковольтных обмоток их необходимо изолировать через каждые 2-3 слоя. Очень хороша для этих целей полиэтилентерефталатная пленка толщиной до 59 мкм.

Обмотки бытовых трансформаторов наматывают медными (редко алюминиевыми) изолированными круглыми (реже прямоугольными) проводами. Очень хорошо для этой цели подходят провода круглого сечения с высокопрочной (винифлексовой) изоляцией типа ПЭВ-1, ПЭВ-2. Провод типа ПЭЛ (изоляция масляносмоляным лаком) в настоящее время применяют реже. Провод марки ПЭВ-1, ПЭВ-2 выпускается диаметром от 0,03 до 2,5 мм. Пробивное напряжение у этих проводов в зависимости от диаметра от 600 и до 2500 В. Так же применяют провод повышенной теплостойкости типа ПЭТ и ПЭТВ.

Степень заполнения окна сердечники медью определяется коэффициентом заполнения окна Кок = Sм/Sок. Это отношение общей пло-

шади сечения меди провода обмоток к площади окна сердечника. Для бытовой аппаратуры значение Кок при расчетах берут таким:

Это для обмоточных проводов ПЭЛ, ПЭВ, ПЭТ, ПЭТВ круглого сечения.

При определении температуры нагрева трансформатора необходимо учитывать плотность тока в обмотках J и теплоизлучающую поверхность обмоток трансформатора.

Необходимый диаметр провода для намотки обмоток (без изоляции):

dм = 1,13(I/J)^1/2,

где I - действующий ток в обмотке; J - заданная плотность тока.

При намотке обмоток виток к витку плотного прилегания витков друг к другу никогда не получится, поэтому необходимо учитывать и коэффициент укладки Кук. Для проводов диаметром от 0,05 до 0,1 мм равен 0,83-0,85, для диаметра от 0,1 до 0,56 мм равен 0,92-0,93, а выше он равен 0,95. Необходимо учитывать и коэффициент разбухания Краз за счет недостаточного натяга провода. Так, для провода диаметром до 0,5 мм Краз=1,05...1,07, а более 0,5 мм Краз=1,1...1,12.

Расчет трансформатора

Определяют габаритную мощность трансформатора для обмоток со средней точкой

где Квi - коэффициент, учитывающий тип выпрямителя (0,71-для двухполупериодного выпрямления, 1 - для мостовых схем выпрямления и с удвоением напряжения); n-количество вторичных обмоток трансформатора; Рн.тр - суммарная мощность вторичных обмоток; hтр зависит от Рн.тр. (рис. 6, где 1 - кольцевой; 2 - стержневой и броневой магнитопровод)

где Ui, Ii - напряжение и ток вторичных обмоток.

Если обмотки без средней точки

Рг=0,5 Рн.тр(1+1/hтр)

Для однополупериодной схемы выпрямления

Рг=0,5 Рн.тр(1+Кв.i);

Кв.i=(1-I²д)^1/2,

где Iд - отношение среднего тока в нагрузке к действующему току обмотки.

После нахождения Рг определяют произведение окна сердечника, который занимают обмотки, на площадь поперечного сечения стали:

SсSок=[Рг(1+hтр)10²/4КфfсBJKсКокhтр]

где Кф - коэффициент формы кривой напряжения (1,11 для синосуидальной формы); Кс-коэффициент заполнения сердечника сталью равен 0,8-,95 (меньшее значение соответствует более тонкому листу или ленте электротехнической стали).

Автор: О.Г. Рашитов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Дрожжи могут фильтровать свинец 05.07.2022 Согласно новому анализу, проведенному учеными из Массачусетского технологического института (MIT), неактивные дрожжи могут являться дешевым и эффективным средством для удаления свинцовых загрязнений из источников питьевой воды. Исследование показывает, что этот подход может быть эффективным и экономичным, ведь всего один грамм дрожжей может удалить до 12 мг свинца менее чем за пять минут! Команда специалистов подсчитала, что дрожжей, выброшенных из одной пивоварни в Бостоне, было достаточно для очистки всего городского водоснабжения. Свинец и другие тяжелые металлы в воде являются серьезной глобальной проблемой, которая продолжает расти из-за электронных отходов и выбросов в результате добычи полезных ископаемых. В отличие от органических загрязнителей, большинство из которых в конечном счете могут быть расщеплены, тяжелые металлы не подвергаются биологическому разложению, а хранятся в воде на неопределенный срок и накапливаются живыми организмами. Кроме этого, их либо невозможно, либо очень дорого полностью удалить обычными методами (химическое осаждение или мембранная фильтрация). Свинец очень токсичен даже при небольших концентрациях. В организме он попадает в мозг, печень, почки и кости. Впоследствии свинец скапливается в зубах и костях. Особенно опасен свинец для детей, он нарушает функционирование головного мозга и центральной нервной системы, вызывая запятую, судороги и даже смерть. Решение MIT не ново. Процесс, называемый биосорбцией , при котором для удаления тяжелых металлов из воды используется неактивный биологический материал, известен уже несколько десятилетий. Ранее этот метод был изучен только для гораздо более высоких концентраций. Новое исследование демонстрирует, что процесс действительно может эффективно работать при гораздо более низких концентрациях.

Другие интересные новости:

▪ Электромобиль Polestar 2

▪ Трехмерный пластырь для внутренних органов

▪ Окно в мозг

▪ Космическая ракета, работающая на угле

▪ Бактериальная батарейка для Марса

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбительские расчеты. Подборка статей

▪ статья Ничто не ново под луной. Крылатое выражение

▪ статья Какая героиня русской литературы дала название принципу, объясняющему способность экономических систем к адаптации? Подробный ответ

▪ статья Старший машинист турбинного оборудования. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Простой передатчик ЧМ на Си-Би диапазон. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Математический фокус с блокнотом. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026