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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Получен новый изотоп фтора 07.04.2021 Ученые Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории (National Superconducting Cyclotron Laboratory), расположенной на территории Университета штата Мичиган получили новый изотоп химического элемента фтора - фтор-13. В его атомном ядре имеется девять протонов и всего четыре нейтрона. Фтор известен как самый химически неметалл среди химических элементов, проявляющий сильнейшие окислительные свойства. Также он самый легкий элемент группы галогенов. В нормальных условиях фтор представляет собой ядовитый газ бледно-желтого цвета, его молекула состоит из двух атомов (F2). Весь природный фтор принадлежит к единственному стабильному изотопу - фтору-19 (19F), в ядре которого находится девять протонов и десять нейтронов. Но за годы исследований ученые синтезировали целый ряд других изотопов фтора от 14F до 31F и два ядерных изомера (18Fm и 26Fm). Все эти изомеры нестабильны и имеют достаточно короткое время жизни. Самый долгоживущий из этих изомеров - 18F - играет важную роль в современной медицине, так как используется в позитронно-эмиссионной томографии. Новый изотоп 13F имеет самое маленькое массовое число среди изотопов фтора, то есть при равном числе протонов у него наименьшее количество нейтронов в ядре - всего четыре. Изотоп возникал в ходе ядерной реакции перезарядки, когда один из нейтронов в ядре заменяется на протон, ядер легкого нестабильного изотопа кислорода 13O при облучении ими мишени из бериллия-9 (9Be).

Другие интересные новости:

▪ Миниатюрный инфракрасный переключатель для поверхностного монтажа

▪ Биоразлагаемая соломинка из дерева

▪ Стекло в косметике

▪ Электризация вин

▪ Протез, ощущающий прикосновения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Строителю, домашнему мастеру. Подборка статей

▪ статья Георг Кристоф Лихтенберг. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему некоторые астрономы предполагают, что Солнце - двойная звезда? Подробный ответ

▪ статья Гагея желтая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Очень громкий будильник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Балансирующие спичечные коробки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026