Как определить обмотки трансформатора мультиметром: Как проверить трансформатор при помощи мультиметра — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Как проверить трансформатор при помощи мультиметра

Чтобы узнать, как проверить состояние трансформатора мультиметром, предлагаем изучить материал от экспертов electroinfo.net. Проверить трансформатор на наличие обрыва или замыкания катушки с помощью обычного тестера довольно просто. Проверить межвитковые замыкания, не имея генератора и осциллографа, трудно или даже вовсе невозможно. Провести подобную проверку можно только осциллографом с выходами калибровки. Для этого подаются сигналы и отслеживаются прибором.

Но существуют также специальные приборы для проведения теста на исправность трансформатора и его отдельных элементов – мультиметры. С их помощью установить, исправен ли прибор, можно даже в домашних условиях. В данной статье будут рассмотрены основные моменты проверки трансформаторов с помощью мультиметра. К статье бонусом добавлен видеоролик с наглядным примером проверки трансформатора и файл с подробной инструкцией о том, как пользоваться мультиметром.

Проверка трансформатора мультиметром.

Поломки трансформаторов

Строчные устройства могут выходить из строя. Работа телевизора, монитора в этом случае будет невозможна. Существует много разновидностей моделей строчных агрегатов. Замена вызывает трудности. Стоимость аналоговых приборов высока. Некоторые телевизоры, мониторы требуют больших затрат при ремонте. Необходимые детали в некоторых случаях тяжело найти.

Чтобы приобрести только ту часть схемы, которая вышла из строя, произвести ее быструю замену, нужно проверить строчный трансформатор. Телевизору проще будет выполнить адекватный ремонт. В первую очередь проверьте, нет ли следующих неисправностей:

обрыв контура;
пробой герметичного корпуса;
замыкание между витков;
обрыв потенциометра.

Первые две поломки выявить достаточно просто. Это определяется визуально. Для выполнения замены неисправных элементов материал приобретается практически в любом магазине радиотехники. Сложнее определить замыкание в контурах обмоток. Трансформатором в этом случае производится звук, напоминающий писк.

Но не всегда требуется ремонт при появлении такого сигнала. ТДКС иногда пищит из-за высокого напряжения на вторичном контуре. Проверяете, что вызывает звук, при помощи специального прибора. Если оборудования нет, нужно искать другие варианты.

Проверка на межвитковое замыкание

Начать нужно с внешнего осмотра, особое внимание следует обращать на места обугливания изоляции, каркаса, почернение или оплавление заливки. Дело в том, что межвитковое замыкание приводит к сильному нагреву трансформатора. Далее проверяем сопротивление изоляции между обмотками, оно должно составлять не менее 10 Мом. Если есть аналогичный трансформатор, можно сравнить их значение индуктивности. Когда такой возможности нет, можно воспользоваться другим методом, основанном на резонансных свойствах цепи.

От перестраиваемого генератора подаем синусоидальный сигнал поочередно на обмотки через разделительный конденсатор и контролируем форму сигнала во вторичной обмотке.

Если внутри нет межвитковых замыканий, то форма сигнала не должна отличаться от синусоидальной во всем диапазоне частот. Короткозамкнутые витки в катушке приводят к срыву колебаний в LC-контуре на резонансной частоте. У трансформаторов разного назначения рабочий частотный диапазон отличается — это надо учитывать при проверке.

Для импульсного блока питания он составляет — 8-40 кГц, для ТДКС — 13-17 кГц. Импульсные трансформаторы обычно содержат малое число витков. Возможен вариант убедиться в работоспособности трансформатора путем контроля коэффициента трансформации обмоток.

Для этого подключаем обмотку трансформатора с наибольшим числом витков к генератору синусоидального сигнала на частоте 1 кГц. Эта частота не очень высокая и на ней работают все измерительные вольтметры (цифровые и аналоговые), в то же время она позволяет с достаточной точностью определить коэффициент трансформации (такими же они будут и на более высоких рабочих частотах).

Измерив напряжение на входе и выходе всех других обмоток трансформатора, легко посчитать соответствующие коэффициенты трансформации. Этот метод вполне реален для тех кто дружит с математикой. По результатам пробных измерений составлена таблица, в которой сопротивлению, указанному в левой колонке, соответствует определенное показание цифрового индикатора.

Замер тока и напряжения мультиметром.

Интересный материал в тему: Что нужно знать о трансформаторах тока.

Инструкции для тестирования тороидального трансформатора

Тороидальный трансформатор представляет собой высокоэффективный трансформатор, который легче и меньше, чем альтернативные трансформаторы такой же мощности. Тороидальный трансформатор — это плотно обернутые полоски стали в сердцевине, также он состоит из мотка проволоки, который свернут вокруг сердечника. Этот моток называется первичная катушка, а также есть вторая катушка проволоки, которая тоже свернута вокруг сердечника и называется вторичная обмотка.

Проще говоря, электричество проходит через первичную обмотку тороидального трансформатора, тем самым создавая магнитные поля, которые проходят через вторую катушку для получения выходного напряжения.

Трансформаторы используются для повышения или понижения выходного напряжения, тем самым увеличивая или уменьшая напряжение. Для проведения тестирования состояния трансформатора, существует определенный алгоритм действий:

Первый шаг заключается в том, что трансформатор необходимо визуально осмотреть и проверить, нет ли от него запаха.
Перегрев может привести к неисправности трансформатора, если есть следы ожогов или внешняя часть обмотки видна снаружи, трансформатор должен быть заменен и нет никакой необходимости для дальнейших испытаний, которые будут проводиться.
Точно так же, запах гари является свидетельством того, что трансформатор перегревается. Если никаких дополнительных повреждений не видно за исключением запаха, дальнейшие испытания могут быть проведены, чтобы определить, является ли трансформатор в рабочем состоянии или нет.
Информация о входном и выходном напряжении, как правило, четко обозначена на трансформаторе, но самым безопасным вариантом является получение схемы цепи от производителя продукта.

Напряжение, которое подается на первичную обмотку, должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Аналогичным образом, выходное напряжение, подаваемое на вторичной обмотке должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Вы должны знать входное и выходное напряжения для того, чтобы проверить, правильно ли работает трансформатор.

Трансформатор не способен преобразовывать переменное напряжение, в напряжение постоянного тока. Для преобразования напряжения переменного тока используются диоды и конденсаторы. Схема цепи покажет, как выходное напряжение трансформатора преобразуется из переменного тока, в напряжение постоянного тока.

Вам потребуется эта информация, чтобы определить, следует ли завершить измерения, проводимые с помощью мультиметра тестера в режиме переменного тока или в режиме постоянного тока. Начните проведение теста путем подключения питания и коммутации к изделию.

Как проверить тороидальный трансформатор.

Переключите цифровой мультиметр тестер (с экраном) или аналоговый мультиметр тестер в режиме напряжения переменного тока. Для того, чтобы подтвердить правильность входного напряжения для трансформатора, проверьте напряжение, прикоснувшись красный щуп к положительному полюсу, а черный зонда к отрицательной клемме трансформатора основного входа.

Если значения напряжений слишком низкие, значит это может быть из-за проблем с трансформатором или схемами. Необходимо удалить трансформатор от входной цепи и проверить входную мощность, представленную схемой. Если показания находятся в линии, то трансформатор неисправен и если показания остаются неизменными, то схема неисправна.

Чтобы проверить выходное напряжение сначала нужно определить, является ли выходное напряжение в сети переменного или постоянного тока. Установите цифровой или аналоговый мультиметр тестер в нужный режим для проверки.

Если конденсаторы и диоды используются для преобразования выходного напряжения от сети переменного тока в напряжении постоянного тока, то слишком низкое чтение может быть вызвано неисправным трансформатором или неисправными конденсаторами и диодами. Извлеките тороидальный трансформатор с выходной схемой и проверьте выходное напряжение трансформатора. Не забудьте изменить режим мультиметра тестера к напряжению сети переменного тока.

Если выходное напряжение в линии, трансформатор работает правильно, то проблема будет тогда с конденсаторами и диодами. Тороидальные трансформаторы, которые излучают постоянный жужжащий звук скоро выйдут из строя и должны быть заменены. Всегда помните об осторожности, не касайтесь схемы при выполнении тестов. Случайный контакт со схемой, которая находится под напряжением может привести к травмам.

Проверка с помощью мультиметра дома

В современной технике трансформаторы применяют довольно часто. Эти приборы используются, чтобы увеличивать или уменьшать параметры переменного электрического тока. Трансформатор состоит из входной и нескольких (или хотя бы одной) выходных обмоток на магнитном сердечнике. Это его основные компоненты.

Случается, что прибор выходит из строя и возникает необходимость в его ремонте или замене. Установить, исправен ли трансформатор, можно при помощи домашнего мультиметра собственными силами. Итак, как проверить трансформатор мультиметром в домашних условиях, рассмотрим ниже.

Основы и принцип работы

Сам по себе трансформатор относится к элементарным устройствам, а принцип его действия основан на двустороннем преобразовании возбуждаемого магнитного поля. Что характерно, индуцировать магнитное поле можно исключительно при помощи переменного тока.

Если приходится работать с постоянным, вначале его надо преобразовывать. На сердечник устройства намотана первичная обмотка, на которую и подается внешнее переменное напряжение с определенными характеристиками. Следом идут она или несколько вторичных обмоток, в которых индуцируется переменное напряжение. Коэффициент передачи зависит от разницы в количестве витков и свойств сердечника.

Разновидности

Сегодня на рынке можно найти множество разновидностей трансформатора. В зависимости от выбранной производителем конструкции могут использоваться разнообразные материалы. Что касается формы, она выбирается исключительно из удобства размещения устройства в корпусе электроприбора. На расчетную мощность влияет лишь конфигурация и материал сердечника.

При этом направление витков ни на что не влияет – обмотки наматываются как навстречу, так и друг от друга. Единственным исключением является идентичный выбор направления в случае, если используется несколько вторичных обмоток. Для проверки подобного устройства достаточно обычного мультиметра, который и будет использоваться, как тестер трансформаторов тока. Никаких специальных приборов не потребуется.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Порядок проверки

Проверка трансформатора начинается с определения обмоток. Сделать это можно при помощи маркировки на устройстве. Должны быть указаны номера выводов, а также обозначения их типа, что позволяет установить больше информации по справочникам. В отдельных случаях имеются даже поясняющие рисунки. Если же трансформатор установлен в какой-то электронный прибор, то прояснить ситуацию сможет принципиальная электронная схема этого прибора, а также подробная спецификация.

Итак, когда все выводы определены, приходит черед тестера. С его помощью можно установить две наиболее частые неисправности – замыкание (на корпус или соседнюю обмотку) и обрыв обмотки. В последнем случае в режиме омметра (измерения сопротивления) перезваниваются все обмотки по очереди. Если какое-то из измерений показывает единицу, то есть бесконечное сопротивление, то налицо обрыв.

Здесь имеется важный нюанс. Проверять лучше на аналоговом приборе, так как цифровой может выдавать искаженные показания из-за высокой индукции, что особенно характерно для обмоток с большим числом витков.

Когда ведется проверка замыкания на корпус, один из щупов подсоединяют к выводу обмотки, в то время как вторым позванивают выводы всех прочих обмоток и самого корпуса. Для проверки последнего потребуется предварительно зачистить место контакта от лака и краски.

Порядок проверки трансформатора мультиметром.

Проверка осциллографом

Если телевизору требуется проверка в системе ТДКС, проверка выполняется при помощи осциллографа. Для ремонта телевизора потребуется отрезать питающий прибор вывод. Далее нужно найти вторичный контур. Его работу исследуют при подключении к отрезанному выводу питания ТДКС через R-10 Ом. Замена или ремонт устройства потребуется, если подключение осциллографа выявит отклонения. Возможны следующие отклонения:

Межвитковое замыкание демонстрирует на R=10 Ом «прямоугольник» с большими помехами. Здесь остается почти все напряжение. Если неисправности в этой области нет, отклонение будет определяться долями вольта.
Если нет вторичного напряжения, требуется замена контура. Произошел обрыв.
Когда убирают R=10 Ом и создают нагрузку 0,2-1 кОм на вторичном контуре, оценивается нагрузка на выходе. Она должна повторять входящие показатели. Если есть отклонение, ТДКС подлежит ремонту или полной замене.

Существуют и другие поломки. Выявить их можно самостоятельно.

Как проверить импульсный трансформатор мультиметром

Что бы проверить импульсный трансформатор можно использовать как аналоговый прибор, так и цифровой мультиметр. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования.

Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Методика проверки аналоговым (стрелочным) измерительным прибором:
Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления.
После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко.

Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация.

Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

повреждение сердечника;
отгоревший контакт;
пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.

Заключение

Более подробно о работе мультиметра и проверке с его помощью трансформаторов можно почитать в файле “Как пользоваться мультиметром”. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк. coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

телемастерская.рф
www.texnic.ru
www.norma-stab.ru
www.yato-tools.ru

ПрактикаКатушка тесла (Трансформатор) самостоятельная сборка собственными силами

ПрактикаКак проверить конденсатор при помощи мультиметра

Как определить число витков вторичной обмотки трансформатора

Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.

Первый способ.

Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.

Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.

Второй способ.

Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

ω1 / U1 = ω 2 / U2

ω 1 – количество витков в первичной обмотке,

ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,

U1 – напряжение на первичной обмотке,

U2 – напряжение на вторичной обмотке.

Пример:

Я раздобыл вот такой трансформатор без вторичной обмотки и опознавательных знаков.

Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.

Намотал я эту обмотку тонким проводом, который не жалко и которого у меня больше всего. Намотал «в навал», что значит, как попало.

Результаты теста.

Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.

Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.

Определяем количество витков на вольт при 216V:

100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт

Здесь на точности не стоит экономить, так как погрешность набегает при замерах. Благо, считаем-то не на бумажке.

Рассчитываем число витков первичной обмотки:

4,953 * 216 = 1070 вит.

Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.

1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт

Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.

Для моего трансформатора нужно рассчитать три обмотки. Две одинаковые «III» и «IV» по 12,8 Вольт и одну «II» на 14,3 Вольта.

4,864 * 12,8 = 62 вит.

4,864 * 14,3 = 70 вит.

Видео: Перемотка трансформатора своими руками — как это делаю Я

Данное видео посвящено перемотке трансформатора. В частности, я вместе с вами произведем перемотку вторичной обмотки трансформатора. Абсолютно аналогичным образом осуществляется и перемотка первичной обмотки.

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора.

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. На первых порах занятий радиоэлектроникой у начинающих радиолюбителей, да и не только у радиолюбителей, возникает очень много вопросов, связанных с прозвонкой или определением обмоток трансформатора. Это хорошо, если у трансформатора всего две обмотки. А если их несколько, да и еще у каждой обмотки несколько выводов. Тут просто караул кричи. В этой статье я расскажу Вам, как можно определить обмотки трансформатора визуальным осмотром и с помощью мультиметра.

Как Вы знаете, трансформаторы предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. Самый обычный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. Питающее напряжение подается на первичную обмотку, а ко вторичной обмотке подключается нагрузка. На практике же большинство трансформаторов может иметь несколько обмоток, что и вызывает затруднение в их определении.

1. Определение обмоток визуальным осмотром.

При визуальном осмотре трансформатора обращают внимание на его внешний защитный слой изоляции, потому как у некоторых моделей на внешнем слое изображают электрическую схему с обозначением всех обмоток и выводов; у некоторых моделей выводы обмоток только маркируют цифрами. Также можно встретить старые отечественные трансформаторы, на внешнем слое которых указывают маркировку в виде цифрового кода, по которому в справочниках для радиолюбителей есть вся информация о конкретном трансформаторе.

Если трансформатор попался без опознавательных знаков, то обращают внимание на диаметр обмоточного провода, которым намотаны обмотки. Диаметр провода можно определить по выступающим выводам концов обмоток, выпущенных для закрепления на контактных лепестках, расположенных на элементах каркаса трансформатора.

Как правило, первичную обмотку мотают проводом меньшего сечения, по отношению к вторичной. Диаметр провода вторичной обмотки всегда больше.

Исключением могут быть повышающие трансформаторы, работающие в схемах преобразователей напряжения и тока. Их первичная обмотка выполнена толстым проводом, так как генерирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Но такие трансформаторы встречаются очень редко.

При изготовлении трансформаторов первичную обмотку, как правило, мотают первой. Ее легко определить по выступающим концам выводов обмотки, расположенных ближе к магнитопроводу. Вторичную обмотку наматывают поверх первичной, и поэтому концы ее выводов расположены ближе к внешнему слою изоляции.

В некоторых моделях сетевых трансформаторов, используемых в блоках питания бытовой радиоаппаратуры, обмотки располагают на пластмассовом каркасе, разделенном на две части: в одной части находится первичная обмотка, а в другой вторичная. К выводам первичной обмотки припаивают гибкий монтажный провод, а выводы вторичной обмотки оставляют в виде обмоточного провода.

2. Определение обмоток по сопротивлению.

Когда предварительный анализ обмоток произведен, необходимо убедиться в правильности сделанных выводов, а заодно прозвонить обмотки на отсутствие обрыва. Для этого воспользуемся мультиметром. Если Вы не знаете как измерить сопротивление мультиметром, то прочитайте эту статью.

Вначале прозвоним обычный сетевой трансформатор, у которого всего две обмотки.
Мультиметр переводим в режим «Прозвонка» и производим измерение сопротивления предполагаемых первичной и вторичной обмоток. Здесь все просто: у какой из обмоток величина сопротивления больше, та обмотка и является первичной.

Это объясняется тем, что в маломощных трансформаторах и трансформаторах средней мощности первичная обмотка может содержать 1000…5000 витков, намотанных тонким медным проводом, и при этом может достичь сопротивления до 1,5 кОм. Тогда как вторичная обмотка содержит небольшое количество витков, намотанных толстым проводом, и ее сопротивление может составлять всего несколько десятков ом.

Теперь прозвоним трансформатор, у которого несколько обмоток. Для этого воспользуемся листком бумаги, ручкой и мультиметром. На бумаге будем зарисовывать и записывать величины сопротивлений обмоток.

Делается это так: одним щупом мультиметра садимся на любой крайний вывод, а вторым щупом по очереди касаемся остальных выводов трансформатора и записываем полученное значение сопротивлений. Выводы, между которыми мультиметр покажет сопротивление, и будут являться выводами одной обмотки. Если обмотка без средних отводов, то сопротивление будет только между двумя выводами. Если же обмотка имеет один или несколько отводов, то мультиметр покажет сопротивление между всеми этими отводами.

Например. Первичная обмотка может иметь несколько отводов, когда трансформатор рассчитан на работу в сети с напряжениями 110В, 127В и 220В. Вторичная обмотка также может иметь один или несколько отводов, когда хотят от одного трансформатора получить несколько напряжений.

Идем дальше. Когда первая обмотка и ее выводы будут найдены, то переходим к поиску следующей обмотки. Щупом опять садимся на следующий свободный вывод, а другим поочередно касаемся оставшихся выводов и записываем результат. И таким образом производим измерение, пока не будут найдены все обмотки.

Например. Между выводами с номерами 1 и 2 величина сопротивления составила 21 Ом, тогда как между остальными выводами мультиметр показал бесконечность. Из этого следует, что мы нашли обмотку, у которой выводы обозначены номерами 1 и 2. Нарисуем ее так:

Теперь щупом садимся на вывод 3. а другим щупом поочередно касаемся выводов с номерами от 4 до 10. Мультиметр показал сопротивление только между выводами 3. 4 и 5. Причем между выводами 3 и 4 величина сопротивления составила 6 Ом, а между парой выводов 3. 5 и 4. 5 получилось по 3 Ома. Отсюда делаем вывод, что эта обмотка с отводом посередине, т.е. пары 3, 5 и 4, 5 намотаны равным количеством витков, и что с этой обмотки снимается два одинаковых напряжения относительно общего вывода 5. Рисуем так:

Производим измерение далее.
Между выводами 6 и 7 величина сопротивления составила 16 Ом. Рисуем так:

Ну и между выводами 9 и 10 сопротивление составило 270 Ом.

А так как среди всех обмоток эта оказалась с самой большой величиной сопротивления, то она и является первичной. Рисуем так:

Вывод 8. к которому припаяна желто-зеленая жилка, ни как не звонился, поэтому смело утверждаем, что это экранирующая обмотка (экран), которую наматывают поверх первичной, чтобы устранить влияние ее магнитного поля на другие обмотки. Как правило, экранирующую обмотку соединяют с корпусом радиоаппаратуры.

В итоге у нас получилось четыре обмотки, из которых одна сетевая и три понижающих. Экранирующая обмотка обозначается пунктирной линией и располагается параллельно с сердечником. И вот на основе полученных результатов нарисуем электрическую схему трансформатора.

Теперь остается подать напряжение на первичную обмотку и измерить выходящие напряжения. Однако тут есть один момент, который необходимо знать, если Вы сомневаетесь в правильности определения первичной (сетевой) обмотки.

Здесь все просто: чтобы не сжечь обмотку трансформатора и ограничить через нее нежелательный ток нужно последовательно с этой обмоткой включить лампу накаливания на напряжение 220В и мощностью 40 – 100 Вт. Если обмотка определена правильно, то нить накала лампы должна не гореть или еле тлеть. Если же лампа будет гореть достаточно ярко, то есть вероятность того, что сетевая обмотка трансформатора рассчитана на питающее напряжение 110 — 127В или Вы ее прозвонили неправильно.

Второй момент, по которому можно судить о правильности подключения трансформатора к сети — это сама работа трансформатора. При правильном включении работа трансформатора практически беззвучна и сопровождается слегка ощутимой вибрацией. Если же он будет громко гудеть и сильно вибрировать, и при этом будет нагреваться обмотка и из нее может пойти дым, то трансформатор однозначно включен неправильно. В этом случае тут же отключайте трансформатор от сети, чтобы не повредить обмотку.

Однако и тут есть пару нюансов, которые необходимо учитывать, потому как у некоторых трансформаторов каркас с обмотками может неплотно прилегать к сердечнику и от этого работа трансформатора может сопровождаться некоторым гудением и вибрацией, но при этом обмотка греться не будет. В этом случае в зазор между сердечником и каркасом можно вставить кусочек дерева, пластмассы или кусок провода в изоляции и, тем самым, плотно зафиксировать каркас.

Также характерный гул и вибрацию может вызвать плохая стяжка пластин, из которых собран сердечник магнитопровода. Как правило, стягивание сердечника производится металлической скобой, специальными планками, болтами или стяжками, которые обеспечивают необходимую механическую прочность и жесткое соединение деталей сердечника.

Ну вот в принципе и все, что хотел сказать о прозвонке и определению обмоток трансформатора. Если у Вас возникли вопросы по этой теме, то задавайте их в комментариях к статье. Также, в дополнение к статье, можете посмотреть видеоролик.

Понравилась статья — поделитесь с друзьями:

http://sesaga.ru

Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее.

Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения.

Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.

Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода
а с другой катушки два красных провода
Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого
Ничего сложного, правда ведь?

Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.

Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.

Обмотки трансформатора

Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.

Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.

Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.

I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.

O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.

Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U1 в первичной обмотке возникает ток I1 .

Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U2 и ток I2 .

Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.
где
U2 – напряжение на вторичной обмотке
U1 – напряжение на первичной обмотке
N1 – количество витков первичной обмотки
N2 – количество витков вторичной обмотки
k – коэффициент трансформации
В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:

Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:
Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов.

Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:

Трехфазные трансформаторы

Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:
Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.
Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)

звезда-звезда
звезда-треугольник
треугольник-звезда

В 90% случаев используется именно звезда-звезда.

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.

Повышающий трансформатор

Это трансформатор, который повышает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.

Разделительный или развязывающий трансформатор

Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке.

Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР.

У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации равен 1.

Согласующий трансформатор

Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .

Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.
Именно на нем мы будем проводить различные опыты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.

Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.

Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток

Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка.

Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком.

В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.

Проверка на обрыв обмоток

При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.

Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.
Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru.

На первых порах занятий радиоэлектроникой у начинающих радиолюбителей, да и не только у радиолюбителей, возникает очень много вопросов, связанных с прозвонкой или определением обмоток трансформатора. Это хорошо, если у трансформатора всего две обмотки.

А если их несколько, да и еще у каждой обмотки несколько выводов. Тут просто караул кричи. В этой статье я расскажу Вам, как можно определить обмотки трансформатора визуальным осмотром и с помощью мультиметра.

Как Вы знаете, трансформаторы предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

Самый обычный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. Питающее напряжение подается на первичную обмотку, а ко вторичной обмотке подключается нагрузка.

На практике же большинство трансформаторов может иметь несколько обмоток, что и вызывает затруднение в их определении.

1. Определение обмоток визуальным осмотром

Если трансформатор попался без опознавательных знаков, то обращают внимание на диаметр обмоточного провода, которым намотаны обмотки.

Диаметр провода можно определить по выступающим выводам концов обмоток, выпущенных для закрепления на контактных лепестках, расположенных на элементах каркаса трансформатора.

2. Определение обмоток по сопротивлению

Это объясняется тем, что в маломощных трансформаторах и трансформаторах средней мощности первичная обмотка может содержать 1000…5000 витков, намотанных тонким медным проводом, и при этом может достичь сопротивления до 1,5 кОм. Тогда как вторичная обмотка содержит небольшое количество витков, намотанных толстым проводом, и ее сопротивление может составлять всего несколько десятков ом.

Выводы, между которыми мультиметр покажет сопротивление, и будут являться выводами одной обмотки. Если обмотка без средних отводов, то сопротивление будет только между двумя выводами.

Если же обмотка имеет один или несколько отводов, то мультиметр покажет сопротивление между всеми этими отводами.

Теперь щупом садимся на вывод 3, а другим щупом поочередно касаемся выводов с номерами от 4 до 10. Мультиметр показал сопротивление только между выводами 3, 4 и 5.

Причем между выводами 3 и 4 величина сопротивления составила 6 Ом, а между парой выводов 3, 5 и 4, 5 получилось по 3 Ома. Отсюда делаем вывод, что эта обмотка с отводом посередине, т.е.

пары 3, 5 и 4, 5 намотаны равным количеством витков, и что с этой обмотки снимается два одинаковых напряжения относительно общего вывода 5. Рисуем так:

Производим измерение далее.
Между выводами 6 и 7 величина сопротивления составила 16 Ом. Рисуем так:

Ну и между выводами 9 и 10 сопротивление составило 270 Ом.
А так как среди всех обмоток эта оказалась с самой большой величиной сопротивления, то она и является первичной. Рисуем так:

Вывод 8, к которому припаяна желто-зеленая жилка, ни как не звонился, поэтому смело утверждаем, что это экранирующая обмотка (экран), которую наматывают поверх первичной, чтобы устранить влияние ее магнитного поля на другие обмотки. Как правило, экранирующую обмотку соединяют с корпусом радиоаппаратуры.

Если обмотка определена правильно, то нить накала лампы должна не гореть или еле тлеть.

Если же лампа будет гореть достаточно ярко, то есть вероятность того, что сетевая обмотка трансформатора рассчитана на питающее напряжение 110 — 127В или Вы ее прозвонили неправильно.

Если же он будет громко гудеть и сильно вибрировать, и при этом будет нагреваться обмотка и из нее может пойти дым, то трансформатор однозначно включен неправильно.

В этом случае тут же отключайте трансформатор от сети, чтобы не повредить обмотку.

Однако и тут есть пару нюансов, которые необходимо учитывать, потому как у некоторых трансформаторов каркас с обмотками может неплотно прилегать к сердечнику и от этого работа трансформатора может сопровождаться некоторым гудением и вибрацией, но при этом обмотка греться не будет. В этом случае в зазор между сердечником и каркасом можно вставить кусочек дерева, пластмассы или кусок провода в изоляции и, тем самым, плотно зафиксировать каркас.

Ну вот в принципе и все, что хотел сказать о прозвонке и определению обмоток трансформатора. Если у Вас возникли вопросы по этой теме, то задавайте их в х к статье. Также, в дополнение к статье, можете посмотреть видеоролик.

Удачи!

Как определить мощность трансформатора по сечению сердечника

g84jsm9tB4S

Если на трансформаторе имеется маркировка, то вопрос определения его параметров исчерпывается сам собой, достаточно лишь вбить эти данные в поисковик и мгновенно получить ссылку на документацию для нашего трансформатора. Однако, маркировки может и не быть, тогда нам потребуется самостоятельно эти параметры вычислить.

Для определения номинальных тока и мощности неизвестного трансформатора по его внешнему виду, необходимо в первую очередь понимать, какие физические параметры устройства являются в данном контексте определяющими. А такими параметрами прежде всего выступают: эффективная площадь сечения магнитопровода (сердечника) и площадь сечения проводов первичной и вторичной обмоток.

Речь будем вести об однофазных трансформаторах, магнитопроводы которых изготовлены из трансформаторной стали, и спроектированы специально для работы от сети 220 вольт 50 Гц. Итак, допустим что с материалом сердечника трансформатора нам все ясно. Движемся дальше.

Сердечники бывают трех основных форм: броневой, стержневой, тороидальный. У броневого сердечника эффективной площадью сечения магнитопровода является площадь сечения центрального керна. У стержневого — площадь сечения стержня, ведь именно на нем и расположены обмотки. У тороидального — площадь сечения тела тороида (именно его обвивает каждый из витков).

Для определения эффективной площади сечения, измерьте размеры a и b в сантиметрах, затем перемножьте их — так вы получите значение площади Sс в квадратных сантиметрах.

Суть в том, что от эффективной площади сечения сердечника зависит величина амплитуды магнитного потока, создаваемого обмотками. Магнитный поток Ф включает в себя одним из сомножителей магнитную индукцию В, а вот магнитная индукция как раз и связана с ЭДС в витках. Именно поэтому площадь рабочего сечения сердечника так важна для нахождения мощности.

Далее необходимо найти площадь окна сердечника — того места, где располагаются провода обмоток. В зависимости от площади окна, от того насколько плотно оно заполнено проводниками обмоток, от плотности тока в обмотках — также будет зависеть мощность трансформатора.

Если бы, к примеру, окно было полностью заполнено только проводами обмоток (это невероятный гипотетический пример), то приняв произвольной среднюю плотность тока, умножив ее потом на площадь окна, мы получили бы общий ток в окне магнитопровода, и если бы затем разделили его на 2, а после — умножили на напряжение первичной обмотки — можно было бы сказать, что это и есть мощность трансформатора. Но такой пример невероятен, поэтому нам необходимо оперировать реальными значениями.

Итак, давайте найдем площадь сечения окна.

Наиболее простой способ определить теперь приблизительную мощность трансформатора по магнитопроводу — перемножить площадь эффективного сечения сердечника и площадь его окна (все в кв.см), а затем подставить их в приведенную выше формулу, после чего выразить габаритную мощность Pтр.

В этой формуле: j — плотность тока в А/кв.мм, f — частота тока в обмотках, n – КПД, Вm – амплитуда магнитной индукции в сердечнике, Кс — коэффициент заполнения сердечника сталью, Км — коэффициент заполнения окна магнитопровода медью.

Но мы поступим проще: примем сразу частоту равной 50 Гц, плотность тока j= 3А/кв.мм, КПД = 0,90, максимальную индукцию в сердечнике — ни много ни мало 1,2 Тл, Км = 0,95, Кс=0,35. Тогда формула значительно упростится и примет следующий вид:

Как подключить свечи накала через реле схема

Если же есть потребность узнать оптимальный ток обмоток трансформатора, то задавшись плотностью тока j, скажем теми же 3 А на кв.мм, можно умножить площадь сечения провода обмотки в квадратных миллиметрах на эту плотность тока. Так вы получите оптимальный ток. Или через диаметр провода d обмотки:

Узнав по сечению проводников обмоток оптимальный ток каждой из обмоток, разделите полученную по габаритам мощность трансформатора на каждый из этих токов — так вы узнаете соответствующие найденным параметрам напряжения обмоток.

Одно из этих напряжений окажется близким к 220 вольтам — это с высокой степенью вероятности и будет первичная обмотка. Далее вольтметр вам в помощь. Трансформатор может быть повышающим либо понижающим, поэтому будьте предельно внимательны и аккуратны если решите включить его в сеть.

Кроме того, перед вами может оказаться выходной трансформатор от акустического усилителя. Данные трансформаторы рассчитываются немного иначе чем сетевые, но это уже совсем другая и более глубокая история.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов.

Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность. Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.
P – мощность в Ваттах, B – индукция в Тесла, S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт
Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:
Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.
S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Как выделить зону коридора

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.
Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны
По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение
Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616
Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом
Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии
Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов
Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)
Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети
Параметры и характеристики трансформатора
Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Как почистить турку внутри

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации
Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт
Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети
КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности
Электрический расчет трансформатора
Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору
Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт
U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В
I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А
Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности Ps нужно разделить на КПД трансформатора:
где Рг – габаритная мощность трансформатора
η – КПД трансформатора
Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

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.

Как проверить трансформатор мультиметром

Трансформатор работает по простому принципу. В одной его цепи создается благодаря переменному току магнитное поле, а во второй цепи создается электрический ток благодаря магнитному полю. Это позволяет изолировать два тока внутри трансформатора. Чтобы испытать трансформатор, необходимо:

Выяснить, поврежден ли внешне трансформатор. Внимательно осмотрите оболочку трансформатора на наличие вмятин, трещин, дыр и иных повреждений. Часто трансформатор портится от перегрева. Возможно, вы увидите следы расплавления или вздутия на корпусе, тогда дальше смотреть трансформатор не имеет смысла и лучше сдать его в ремонт.
Осмотрите обмотки трансформатора. Должны иметься явно напечатанные метки. Не помешает и иметь с собой схему трансформатора, где можно посмотреть, как он подключен и другие подробности. Схема всегда должна присутствовать в документах или, в крайнем случае, на странице разработчика в интернете.
Найдите также вход и выход трансформатора. Напряжение обмотки, которая создает магнитное поле, должно быть помечено на ней и в документах на схеме. Также должно быть отмечено и на второй обмотке, где генерируется ток, напряжение.
Найдите фильтрацию на выходе, где происходит трансформация мощности из переменной в постоянную. К вторичной обмотке должны быть подсоединены диоды и конденсаторы, которые и выполняют фильтрацию. Они указаны на схеме, но не на трансформаторе.
Подготовьте мультиметр для измерения измерения напряжения в сети. Если крышка панели мешает добраться до сети, то удалите ее на время проверки. Мультиметр можно всегда купить в магазине.
Подключите входную цепь к источнику. Используйте мультиметр в режиме переменного тока и измерьте напряжение первичной обмотки. Если напряжение падает ниже, чем на 80% от ожидаемой величины, то вероятна неисправность первичной обмотки. Тогда просто отсоедините первичную обмотку и проверьте напряжение. Если оно поднялось, то обмотка неисправна. Если же не поднялось, то неисправность в первичном входном контуре.
Также измерьте напряжение на выходе. Если есть фильтрация, то измерение проводится в режиме постоянного тока. Если ее нет, то в режиме переменного тока. Если напряжение неправильно, то необходимо по очереди проверить весь блок. Если все детали в порядке, то неисправен сам трансформатор.

Часто можно услышать жужжащий или шипящий звук от трансформатора. Это означает, что трансформатор вот-вот сгорит и его надо срочно отключить и отдать в ремонт.

Помимо этого, часто обмотки имеют разный потенциал заземления, что влияет на расчет напряжения.

Реализация трехфазный двухобмоточный трансформатор с настраиваемым подключением обмоток и геометрия сердечника

Тип матрицы индуктивности трехфазного трансформатора (две обмотки) является трехфазным трансформатор с трехполюсным сердечником и двумя обмотками на фазу. В отличие от блока Three-Phase Transformer (Two Windings), который моделируется тремя отдельными однофазные трансформаторы, этот блок учитывает муфты между обмотками разные фазы. Сердечник и обмотки трансформатора показаны на следующем рисунке.

Эта геометрия сердечника подразумевает, что фазная обмотка 1 соединена со всеми другими фазными обмотками (2 до 6), тогда как в блоке трехфазного трансформатора (две обмотки) (трехфазный трансформатор, использующий три независимых сердечника) обмотка 1 соединяется только с обмоткой 4.

Модель трансформатора

Блок трехфазного трансформатора индуктивности типа (две обмотки) реализует следующие матричные отношения:

R ₁ до R ₆ представляют собой сопротивления обмоток.В члены самоиндукции L _ii и взаимная индуктивность члены L _ij вычисляются из отношений напряжений, индуктивная составляющая токов возбуждения без нагрузки и реактивных сопротивлений короткого замыкания при номинальная частота. Два набора значений в прямой и нулевой последовательности позволяют расчет 6 диагональных членов и 15 недиагональных членов симметричной индуктивности матрица.

Когда параметр Тип сердечника установлен на Три однофазные жилы, в модели используются две независимые цепи с (3×3) R и L матрицы.В этом состоянии параметры прямой и нулевой последовательности идентичны. и вы указываете только значения прямой последовательности.

Собственные и взаимные члены матрицы (6×6) L получены из токов возбуждения (один трехфазная обмотка возбуждается, а другая трехфазная обмотка остается разомкнутой) и от реактивные сопротивления короткого замыкания прямой и нулевой последовательности X1 ₁₂ и X0 ₁₂ измерено с трехфазным обмотка 1 возбуждена, а трехфазная обмотка 2 замкнута накоротко.

При следующих параметрах прямой последовательности:

Q1 ₁ = Трехфазная реактивная мощность, потребляемая обмотка 1 без нагрузки, когда обмотка 1 возбуждается напряжением прямой последовательности Vном ₁ с разомкнутой обмоткой 2

Q1 ₂ = Трехфазная реактивная мощность, потребляемая обмотка 2 без нагрузки, когда обмотка 2 возбуждается напряжением прямой последовательности Vном ₂ с разомкнутой обмоткой 1

X1 ₁₂ = Прямая последовательность реактивное сопротивление короткого замыкания со стороны обмотки 1
, когда обмотка 2 короткозамкнутый

Вном ₁, Vном ₂ = Номинальные линейные напряжения обмоток 1 и 2

Собственные и взаимные реактивные сопротивления прямой последовательности определяются по формуле:

Самореактивные сопротивления нулевой последовательности X ₀ (1,1), X ₀ (2,2), и взаимное реактивное сопротивление X ₀ (1,2) = X ₀ (2,1) также вычисляются с использованием аналогичных уравнений.

Расширение следующих двух (2×2) матриц реактивного сопротивления в прямой последовательности и в нулевой последовательности

в матрицу (6×6), выполняется заменой каждого из четырех [ X ₁ X ₀] пар с помощью подматрицы (3×3) вида:

, где собственные и взаимные члены задаются как:

X _s = ( Х ₀ + 2 X ₁) / 3
X _м = ( X ₀ — X ₁) / 3

Для моделирования потерь в сердечнике (активная мощность P1 и P0 в положительных и нулевой последовательности), дополнительные шунтирующие сопротивления также подключаются к клеммам одного из трехфазные обмотки.Если выбрана обмотка 1, сопротивления вычисляются как:

Блок учитывает выбранный вами тип подключения, и значок блока отображается как автоматически обновляется. Входной порт с пометкой N добавляется к блоку, если вы выберите соединение Y с доступной нейтралью для обмотки 1. Если вы просите доступную нейтраль на обмотке 2, создается дополнительный выходной порт с маркировкой n2 .

Ток возбуждения в нулевой последовательности

Часто ток возбуждения нулевой последовательности трансформатора с трехполюсным сердечником не соответствует предоставляется производителем.В таком случае разумную стоимость можно угадать, как объяснено. ниже.

На следующем рисунке показан трехфазный сердечник с одной трехфазной обмоткой. Только фаза B возбуждается, и напряжение измеряется на фазе A и фазе C. Поток Φ, создаваемый фаза B делится поровну между фазой A и фазой C, так что Φ / 2 течет в конечности A и в лимба C. Следовательно, в данном конкретном случае, если индуктивность рассеяния обмотки B будет равна нулю, напряжение, индуцированное на фазах A и C, будет -к.V _{B =} -V _B /2 . Фактически, из-за индуктивности рассеяния трех обмоток среднее значение индуцированной отношение напряжений k при последовательном возбуждении обмоток A, B и C должно быть немного ниже 0,5.

Предположим:

Z _s = среднее значение трех собственные сопротивления
Z _м = среднее значение взаимного сопротивления между фазами
Z ₁ = прямая последовательность импеданс трехфазной обмотки
Z ₀ = полное сопротивление нулевой последовательности трехфазная обмотка
I ₁ = ток возбуждения прямой последовательности
I ₀ = возбуждение нулевой последовательности ток

, где k = коэффициент индуцированного напряжения (при k чуть ниже 0.5)

Следовательно, I ₀/ I ₁ соотношение можно вывести из k :

Очевидно, что k не может быть точно 0,5, потому что это привело бы к бесконечный ток нулевой последовательности. Также, когда три обмотки возбуждаются нулевой последовательностью напряжение, путь потока должен вернуться через воздух и резервуар, окружающий железный сердечник. В высокое сопротивление пути потока нулевой последовательности приводит к высокому току нулевой последовательности.

Допустим, I ₁ = 0,5%. Разумная стоимость для I ₀ может быть 100%. Следовательно I ₀/ I ₁ = 200. Согласно уравнению для I ₀/ I ₁ Из приведенных выше данных можно вывести значение k . k = (200-1) / (2 * 200 + 1) = 199/401 = 0,496 .

Потери нулевой последовательности также должны быть выше потерь прямой последовательности из-за дополнительные потери на вихревые токи в резервуаре.

Наконец, значение тока возбуждения нулевой последовательности и значение потери нулевой последовательности не критичны, если трансформатор имеет обмотку, соединенную треугольником. потому что эта обмотка действует как короткое замыкание для нулевой последовательности.

Подключение обмоток

Трехфазные обмотки трансформатора могут быть подключены следующим образом: способ:

Y
Y с доступной нейтралью
Заземленный Y
Дельта (D1), запаздывание по Y на 30 градусов
Дельта (D11) на 30, опережение по оси Y градусы

Примечание

Обозначения D1 и D11 относятся к следующему условию часов.Предполагается, что У опорного напряжения Фазор в полдень (12) на дисплее часов. D1 и D11 относятся соответственно до 1 PM (дельта-напряжение, отставание от напряжения Y на 30 градусов) и 11 AM (дельта-напряжение, опережающее Y напряжения на 30 градусов).

Объяснение испытания сопротивления обмотки трансформатора

Это руководство представляет собой введение в методы и процедуры испытания сопротивления обмотки трансформатора. Фото: TestGuy

Измерение сопротивления обмотки — важный диагностический инструмент для оценки возможных повреждений трансформаторов в результате плохой конструкции, сборки, обращения, неблагоприятных условий окружающей среды, перегрузки или плохого обслуживания.

Основная цель этого испытания — проверить большие различия между обмотками и обрыв в соединениях. Измерение сопротивления обмоток трансформатора гарантирует, что каждая цепь подключена правильно и все соединения герметичны.

Сопротивление обмотки трансформаторов изменится из-за короткого замыкания витков, ослабленных соединений или ухудшения контактов в переключателях ответвлений. Независимо от конфигурации, измерения сопротивления обычно производятся между фазами, и показания сравниваются друг с другом, чтобы определить, приемлемы ли они.

Измерение сопротивления обмотки трансформатора получается путем пропускания известного постоянного тока через тестируемую обмотку и измерения падения напряжения на каждой клемме (закон Ома). Современное испытательное оборудование для этих целей использует мост Кельвина для достижения результатов; вы можете представить себе набор для измерения сопротивления обмоток как очень большой омметр с низким сопротивлением (DLRO).

Содержание руководства

Будьте осторожны при тестировании

Перед проведением испытания сопротивления обмотки трансформатора важно выполнить все предупреждения по технике безопасности и принять соответствующие меры.Убедитесь, что все тестируемое оборудование правильно заземлено, и относитесь ко всему высоковольтному силовому оборудованию как к находящемуся под напряжением, пока не будет доказано обратное с помощью соответствующих процедур блокировки / маркировки.

Во время испытания важно не отключать провода тока или напряжения, пока ток все еще течет через трансформатор. Это приведет к возникновению чрезвычайно высокого напряжения в точке обрыва тока, что может привести к возникновению смертельного напряжения.

Подключение тестового набора

Оборудование для испытания сопротивления обмотки доступно в различных стилях в зависимости от конкретных приложений.Испытательный комплект, используемый для силового трансформатора, будет сильно отличаться от комплекта, разработанного для небольших измерительных трансформаторов. Независимо от типа, измерители сопротивления обмоток всегда оснащены токовым выходом, измерителем напряжения и измерителем сопротивления. Фото: Testguy

Как первичные, так и вторичные выводы трансформатора должны быть изолированы от внешних подключений, и измерения должны выполняться на каждой фазе всех обмоток. Подключение испытательного оборудования производить в следующем порядке:

Заземление Убедитесь, что трансформатор сначала заземлен непосредственно на землю местной станции, а затем подключите заземление испытательного комплекта.
Принадлежности Подключите любые необходимые принадлежности, такие как пульты дистанционного управления, сигнальный маяк, ПК и т. Д.
Измерительные провода Отключив измерительные провода от тестируемого устройства, подключите провода тока и напряжения к испытательному комплекту и проверьте герметичность всех соединений.
Подключение к трансформатору Для каждой конфигурации трансформатора требуются разные тестовые соединения, некоторые примеры приведены в следующем разделе.Особое внимание следует уделить , чтобы не допустить выпадения проводов во время тестирования или подключения проводов друг к другу или слишком близко друг к другу. Выводы напряжения всегда должны быть размещены внутри (между) токоподводами и трансформатором.
Входная мощность Подключите испытательный комплект. Перед выполнением этого подключения убедитесь, что заземление источника питания имеет путь с низким импедансом к заземлению местной станции.

Подключение к тестируемому трансформатору

Для однофазных и простых конфигураций Delta-Wye можно использовать следующие соединения.Имейте в виду, что каждая конфигурация трансформатора отличается, и ваша конкретная настройка может не применяться к тому, что показано ниже. Для получения дополнительной информации обратитесь к руководству пользователя, прилагаемому к вашему испытательному комплекту.

Пример однофазного трансформатора

Соединения для проверки сопротивления обмотки трансформатора — одиночная обмотка. Фото: TestGuy

Пример трехфазной обмотки треугольником

Соединения для проверки сопротивления обмотки трансформатора — трехфазная обмотка треугольником. Фото: TestGuy

Тест №	I +	I-	V1 +	V1-	V2 +	В2-
А-фаза	h2	h3	h2	h3	–	–
B-фаза	h3	h4	h3	h4	–	–
C-фаза	h4	h2	h4	h2	–	–

Пример трехфазной вторичной обмотки звездой

Соединения для проверки сопротивления обмотки трансформатора — трехфазная обмотка звездой.Фото: TestGuy

Тест №	I +	I-	V1 +	V1-	V2 +	В2-
А-фаза	Х1	Х0	Х1	Х0	–	–
B-фаза	Х2	Х0	Х2	Х0	–	–
C-фаза	Х3	Х0	Х3	Х0	–	–

Пример испытания двойной обмотки (однофазный)

Чтобы сэкономить время при испытании двухобмоточных трансформаторов, можно одновременно проверять первичную и вторичную обмотки, используя соединения, показанные ниже:

Соединения для проверки сопротивления обмотки трансформатора — двойная обмотка.Фото: TestGuy

Тест №	I +	Джемпер	I-	V1 +	V1-	V2 +	В2-
1	h2	h3-X1	Х3	h2	h3	Х1	Х2

Пример испытания двойной обмотки (трехфазный)

Соединения для проверки сопротивления двух обмоток трехфазного трансформатора.Фото: TestGuy

Тест №	I +	Джемпер	I-	V1 +	V1-	V2 +	В2-
A-фаза	h2	h3-X1	Х0	h2	h3	Х1	Х0
B-фаза	h3	h4-X2	Х0	h3	h4	Х2	Х0
C-фаза	h4	h2-X3	Х0	h4	h2	Х3

Трансформаторы, часть 1 — Руководство по электронике для новичков

Трансформаторы, часть 1 — Руководство по электронике для начинающих

Верх

Elliott Sound Products

Руководство по трансформаторам для начинающих — часть 1

Указатель статей
Основной указатель

Содержание — Часть 1

Предисловие

Одна вещь, которая, очевидно, смущает многих, — это идея плотности потока внутри сердечника трансформатора.Хотя это более подробно рассматривается в Разделе 2, важно, чтобы информация из этого раздела запоминалась на каждом этапе чтения этой статьи. Для любого силового трансформатора максимальная плотность магнитного потока в сердечнике достигается при простое трансформатора. Повторюсь, это очень важно …

Для любого силового трансформатора максимальная магнитная индукция достигается, когда трансформатор находится в режиме ожидания.

Идея противоречит интуиции, она даже почти не имеет смысла.Как бы то ни было, это факт, и его отсутствие разрушит ваше понимание трансформаторов. На холостом ходу обратная ЭДС трансформатора практически полностью компенсирует приложенное напряжение. Небольшой ток, который течет, поддерживает плотность потока на максимально допустимом значении и представляет потери в стали (см. Раздел 2). Поскольку ток отводится от вторичной обмотки, поток немного падает. Причина этого кроется в конечном сопротивлении обмотки и в законе Ома.

Неважно, что вы понимаете причины этого с самого начала, но — это , важно помнить, что для любого силового трансформатора максимальная плотность потока достигается, когда трансформатор находится в состоянии покоя .Пожалуйста, не забывай этого.

В другом месте в сети вы найдете утверждения о том, что максимальная мощность, доступная от трансформатора, ограничена насыщением сердечника — это чушь, полная ложь и необходимо игнорировать , иначе
вы никогда не поймете трансформаторы должным образом! Информация, представленная здесь, является точной и правильной, и любой, кто утверждает иное, неправильно! Это может показаться резким, но, тем не менее, это правда.

Еще нужно задуматься об индуктивности трансформатора. Принято считать, что трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку, но … это верно только при холостом ходе или при очень небольшой нагрузке . Когда трансформатор нагружен до номинальной мощности резистивной нагрузкой, индуктивная составляющая незначительна. Когда любой трансформатор подает что-либо от 5% до 100% от его полного тока нагрузки, индуктивная составляющая подавляется током нагрузки, и фазовый угол (Φ) между первичным напряжением и током минимален.Все это объясняется более подробно ниже.

‘Окружной ток’ (добавлено в июле 2020 г.)

Существует некоторая путаница из-за статьи в Википедии о тороидальных трансформаторах (по состоянию на июль 2020 г.). Практически все, что нужно знать, исключено, но есть продолжительная дискуссия о «окружном токе». Во-первых, я не отрицаю, что он существует, но я знаю из многолетнего опыта (наряду с множеством измерений), что это не имеет отношения к 99,9% пользователей.Мне кажется, что страница была взломана кем-то, кто либо хочет показать, насколько он умен, либо просто хочет продвинуть эту конкретную тему по неизвестным причинам.

Стоит отметить, что ссылки, приведенные в статье Википедии, (в основном) бесполезны, и некоторые из них возвращают вас на страницу, где указана ссылка. Довольно много людей очень недовольны страницей, и один участник описал ее как «как руководство IBM; полное совершенно правильной, но совершенно бесполезной информации».

Все трансформаторы имеют некоторую «утечку» магнитного потока, и думать иначе… неразумно. Важно то, вызывает ли утечка флюса какие-либо проблемы с разумной компоновкой. Ответ на этот вопрос — «нет». Прокладка даже кабеля динамика через тороидальный трансформатор обычно вызывает «гудение» в динамике (из-за нелинейного тока намагничивания), но это не то, как люди подключают усилители. Точно так же следует избегать прокладки проводов постоянного тока поверх (или в непосредственной близости от) любого трансформатора .Утечка магнитного потока и / или окружной ток вызывают мало проблем для тех, кто понимает, что периферия любого трансформатора электрически враждебна. Единственное корректирующее действие, необходимое для тороидального трансформатора, — поддержание «безопасного» расстояния, которое обычно не должно превышать 25 мм. Если проводка находится на таком расстоянии (или более), помехи обычно незначительны.

Чтобы доказать (по крайней мере, себе), что я не ошибаюсь, я использовал тороидальный трансформатор на 300 ВА и исследовал его во всех направлениях с помощью одного петлевого детектора, усиленного в 1000 раз (да, 60 дБ).Я слушал результат через усилитель и динамик. Как и ожидалось, наибольший поток утечки наблюдается там, где выводы выводятся, потому что возникает разрыв, когда выводы выводятся из обмоток. Петля зонда должна быть в пределах 10 мм или около того от обмоток, чтобы обнаружить что-либо существенное. Вставка петли зонда внутрь отверстия в середине трансформатора дала максимальное значение, но это пространство всегда используется только для монтажного болта.

Я не показывал формы сигналов и амплитуду, а также не пытался измерить ток, который может возникнуть в контуре с низким сопротивлением.Я этого не делал по одной простой причине — нет точки . Мы, , знаем, что будет утечка магнитного потока и / или «окружной ток», но нам все равно. Это ничего не меняет, и мы все можем продолжать использовать тороидальные трансформаторы, как если бы этих вещей не существовало. Это может быть важно для некоторых коммутационных приложений, где сложно полностью окружить сердечник обмотками, и могут быть другие приложения, где это важно. Блоки питания аудио не затронуты!

Введение

Эта статья посвящена трансформаторам, используемым в типичных проектах электроники, источниках питания и т.п., а не , не распространяется на большие трансформаторы, используемые на подстанциях и в электросети в целом (кроме попутных), хотя обсуждаемые факторы также применимы к этим гораздо более крупным трансформаторам. В машиностроении трансформатор — одна из самых эффективных машин, которые есть в нашем распоряжении, но те, которые используются для распределения и промышленности, являются (большим) шагом вперед по сравнению с теми, с которыми мы обычно работаем.

Основы, которые позволяют нам использовать электромагнетизм, были открыты только в 1824 году, когда датский физик Ганс Эрстед обнаружил, что ток, протекающий по проводу, отклоняет стрелку компаса.Через несколько лет после этого было обнаружено, что движущееся магнитное поле индуцирует ток в проводе. От этой, казалось бы, базовой концепции, область электромагнетизма выросла до такой степени, что общество в том виде, в каком мы его знаем, не существовало бы без множества машин, использующих эти открытия.

Принципы магнитной индукции охватываются законом Фарадея, названным в честь Майкла Фарадея, британского ученого, который первым количественно оценил вовлеченные процессы (1831 г.). Основные принципы были независимо открыты Джозефом Генри (в честь которого названа единица индуктивности) в 1832 году.«Закон индукции» Фарадея описывает способ, которым (нестатическое) магнитное поле индуцирует ток в проводе, и, наоборот, как ток в проводе создает магнитное поле. Трансформаторы основаны на принципе постоянно меняющегося магнитного поля (создаваемого первичной обмоткой), которое взаимодействует со вторичной обмоткой, генерируя переменное напряжение (и ток при нагрузке) во вторичной обмотке. Экспериментальные данные Фарадея были преобразованы в уравнения Джеймсом Клерком Максвеллом и добавлены и расширены Оливером Хевисайдом.Эмиль Ленц сформулировал концепцию «обратной ЭДС» (электродвижущей силы), где полярность тока в проводе (или обмотке) создает магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, приложенному к обмотке (1834).

Все эти концепции важны, но, к счастью, полное понимание различных законов и формул не является необходимым, чтобы понять, как работает трансформатор. Я говорю «к счастью», потому что многие вычисления обширны и с ними трудно работать большинству нематематиков.Большинство из них даже не является обязательным при проектировании трансформаторов, тем более что существует множество практических правил, которые обычно применяются на этапе проектирования, что упрощает процесс.

Когда вы просматриваете эту статью, вас могут простить за восклицание: «Это для новичков? — этот человек сошел с ума. Я говорю вам, что сумасшедший!» Вероятно, это справедливый комментарий, но трансформаторы не просты, и нет простого способа предоставить всю информацию, которая вам нужна, чтобы правильно их понять.Здесь есть разделы, которые, вероятно, идут немного глубже, чем я изначально предполагал, но были слишком интересны, чтобы их не учитывать. Хотя это может выглядеть не так, информация здесь упрощена. Это не учебник по теории магнитного поля или глубокое обсуждение плотности потока и того, как она рассчитывается. Эти темы не являются обязательными для понимания того, как работает трансформатор или что с ним можно делать.

Есть части этой статьи, которые вы можете пропустить, но я предлагаю вам прочитать их полностью, если сможете.Полное понимание того, в какой степени вы можете спроектировать свой собственный трансформатор, не является целью, но большая часть информации как минимум интересна и расширит ваши общие знания в области электроники.

Для тех, кто хочет погрузиться глубже, Раздел 2 делает именно это. Рекомендуется прочитать даже новичкам, поскольку о трансформаторах можно много узнать, несмотря на их кажущуюся простоту.

Трансформаторы необходимы для всего современного электронного оборудования, и очень мало устройств, которые их не используют.Каждый тип трансформатора имеет определенное применение, и редко бывает, что трансформатор, предназначенный для одного применения, может использоваться для другой (совершенно другой) цели. Это не означает, что «переориентация» невозможна, но вы должны знать, что вы делаете, и какие риски могут вас поджидать, чтобы вызвать горе.

Прежде чем приступить к описанию различных типов, необходимо понять основную теорию. Все трансформаторы используют один и тот же основной принцип, и меняются только самые мелкие детали. Трансформатор работает по принципу магнитной связи для передачи энергии от одной стороны (обмотки) к другой.

Трансформаторы

двунаправленные и работают независимо от того, где подключен вход. Они могут работать не так хорошо, как в противном случае, но базовая функциональность не изменилась. Идеальный трансформатор не нагружает источник питания (питание первичной обмотки), если нет нагрузки на вторичную — в реальных компонентах есть потери, так что это не совсем так, но это предположение можно использовать в качестве основы для понимания.

Силовые трансформаторы указаны в вольт-амперах (ВА).Использование ватт бесполезно, так как полностью реактивная нагрузка не рассеивает мощность, но все же есть вольты и амперы. Это продукт реального напряжения и тока, который важен — ваттметр может указывать на то, что в нагрузке мало или совсем нет реальной мощности, но трансформатор все еще подает напряжение и ток и будет нагреваться из-за внутренних потери вне зависимости от мощности.

Сердечники трансформатора имеют указанную проницаемость, которая является мерой того, насколько хорошо они «проводят» магнитное поле.Магнетизм будет придерживаться пути наименьшего сопротивления и останется в ядре с высокой проницаемостью с небольшой утечкой. Чем ниже проницаемость, тем больше утечка потока из керна (это, конечно, грубое упрощение, но достаточно хорошо, чтобы дать начальное объяснение этого термина).

Трансформатор может быть изготовлен из различных материалов в качестве сердечника (магнитопровода). К ним относятся …

Air — обеспечивает наименьшую связь, но идеально подходит для высоких частот (особенно RF).Проницаемость 1.
Железо — неправильное название, так как все трансформаторы с «железным» сердечником — это сталь с различными добавками для улучшения магнитных свойств. Начальная проницаемость обычно около 500 и выше.
Порошковое железо — стальные магнитные частицы, сформированные в сердечник, удерживаемые вместе с помощью связующего вещества и обожженные при высокой температуре для создания керамический материал с очень хорошими свойствами на средних и высоких частотах (более 1 МГц). Особенно подходит для приложений, где есть значительная составляющая постоянного тока в обмотке или при очень большой мощности.Начальная проницаемость обычно составляет 40-90.
Феррит — магнитная керамика, обычно использующая экзотические магнитные материалы для получения чрезвычайно высокой проницаемости и отличных высоких частот. производительность (от 50 кГц до более 1 МГц). Доступен удивительный диапазон различных составов для разных областей применения. Начальная проницаемость примерно от 500 до 9000 и более.

Проницаемость указана выше как «начальная проницаемость» — фактическая проницаемость материалов керна, кроме воздуха (записывается как µ i).Это параметр «слабого сигнала», который почти всегда уменьшается при значительных уровнях магнитного потока. Фактические характеристики (, эффективная проницаемость, — мкм, э) зависят от материала и напряженности поля, и здесь они не рассматриваются. См. Термины и определения (от Hitachi Metals), если вам нужны более полные объяснения.

Технически и порошковое железо, и ферриты классифицируются как мягкие (см. Ниже) ферриты, но они имеют очень разные характеристики, даже в пределах одного «семейства».Как правило, они не подходят для работы на низких частотах, за исключением низких уровней. Ферриты часто используются в качестве трансформаторов сигналов (например, изолирующих трансформаторов для телекоммуникаций или других приложений с малыми сигналами), где высокая проницаемость делает их идеальным выбором для небольших размеров и высокой индуктивности.

Материалы сердечника обычно классифицируются как «мягкие» — это не имеет ничего общего с их физическими свойствами (все они от твердого до очень твердого), но указывает на их способность сохранять магнетизм (остаточную намагниченность).Магнитно-мягкий материал имеет низкую намагничиваемость и его трудно намагнитить. Твердые магнитные материалы используются для «постоянных» магнитов, и они обладают очень высокой остаточной намагниченностью, то есть сохраняют очень большую часть первоначального магнитного поля, которое было наведено в них во время производства.

Во всех импульсных источниках питания используются ферритовые трансформаторы, поскольку обычные пластинки нельзя сделать достаточно тонкими, чтобы предотвратить огромные потери в сердечнике. Для любого основного материала существует множество ограничений.Для низкочастотных источников питания кремнистая сталь с ориентированной зеренной структурой (около 4% кремния) является наиболее распространенной, так как она имеет очень высокую плотность потока до насыщения. Большинство других материалов уступают в этом отношении, что является одной из основных причин, по которой этот материал до сих пор так распространен. К специализированным материалам относятся MuMetal (он же µMetal, Mu-Metal и т. Д.) И Permalloy, и это материалы сердечника (и магнитного экранирования) с очень высокой проницаемостью.

Небольшой образец некоторых трансформаторов показан выше (не в масштабе).Тороидальный трансформатор и трансформатор E-I имеют одинаковую номинальную мощность, также показан небольшой набор небольших трансформаторов и вставной блок (настенный трансформатор, настенный бородавка и т. Д.).

1. Магнетизм и индукторы

Трансформатор состоит из двух (или более) катушек индуктивности, имеющих общий магнитный путь. Любые две катушки индуктивности, размещенные достаточно близко друг к другу, будут работать как трансформатор, и чем сильнее они связаны магнитным полем, тем более эффективными они становятся.Вот почему пассивные кроссоверные сети громкоговорителей должны иметь индукторы, ориентированные по-разному — чтобы они не работали как трансформатор.

Когда изменяющееся магнитное поле находится рядом с катушкой с проволокой (индуктором), в катушке индуцируется напряжение, соответствующее приложенному магнитному полю. Статическое магнитное поле не действует и не генерирует электрическую мощность. Те же принципы применимы к генераторам, генераторам переменного тока, электродвигателям и громкоговорителям, хотя эта статья действительно была бы очень длинной, если бы я охватил все существующие устройства магнитного поля.

Когда электрический ток проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле — это работает с переменным или постоянным током, но с постоянным током магнитное поле, очевидно, статично. По этой причине трансформаторы не могут использоваться напрямую с постоянным током, потому что, хотя магнитное поле существует, оно должно быть , изменяя , чтобы индуцировать напряжение в другой катушке. Статическое магнитное поле не может создавать выходное напряжение / ток.

Попробуйте этот эксперимент. Возьмите катушку с проводом (для этого подойдет кроссоверная катушка динамика) и магнит.Подключите мультиметр (желательно аналоговый) к катушке и установите диапазон на наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе. По мере того, как вы перемещаете магнит к катушке или от нее, вы увидите ток, показанный отклонением стрелки измерителя. При повороте магнита в одну сторону ток будет положительным, а в другую — отрицательным. Чем выше индуктивность катушки и чем сильнее магнит (и / или чем ближе он к катушке), тем больше будет индуцированный ток.

Двигайте магнит медленно, и сила тока будет меньше, чем при быстром перемещении.Оставьте его неподвижным, и ток вообще не будет, независимо от того, насколько близко может быть магнит. Это принцип магнитной индукции, и он применим ко всем катушкам (действительно, ко всем кускам провода, хотя катушка усиливает эффект).

Если теперь вы возьмете пригоршню гвоздей и поместите их через центр катушки, вы увидите, что ток увеличился во много раз — магнитное поле теперь более сконцентрировано, потому что стальные гвозди создают лучший магнитный путь, чем воздух.

Легкость, с которой любой материал может переносить магнитное поле, называется проницаемостью (или, точнее, начальной проницаемостью ), и разные материалы имеют разные проницаемости. Некоторые из них оптимизированы особым образом для конкретных требований — например, сердечники, используемые для трансформатора импульсного источника питания, сильно отличаются от сердечников, используемых для обычных сетевых трансформаторов 50/60 Гц.

Проницаемость сердечников трансформаторов сильно различается в зависимости от материала и применяемой обработки.Проницаемость воздуха равна 1, и большинство традиционных кернов имеют гораздо более высокую (т.е.> 1) проницаемость. Пара заметных исключений — это алюминий и латунь, которые иногда используются для уменьшения индуктивности катушек с воздушным сердечником в радиочастотной (RF) работе. Это гораздо реже, чем ферритовый сердечник, который увеличивает индуктивность и используется для настройки многих ВЧ трансформаторов.

Помимо проницаемости, магнитопроводы (за исключением воздуха) обладают максимальным магнитным потоком, с которым они могут работать без насыщения.В этом контексте насыщение означает то же самое, что и в большинстве других: когда полотенце пропитано, оно не может больше удерживать воду, а когда магнитный сердечник насыщен, он больше не может переносить магнитный поток. В этот момент магнитное поле больше не меняется, поэтому ток в обмотке не индуцируется.

Вы не сможете пропитать ногти магнитом, так как между двумя полюсными наконечниками очень большой воздушный зазор. Это означает, что сердечник всегда сможет поддерживать магнитный поток, но эффективность также будет намного ниже, поскольку магнитная цепь разомкнута.Почти все трансформаторы, которые вы увидите, имеют полностью замкнутую магнитную цепь, чтобы гарантировать, что как можно большая часть магнетизма, наведенного в сердечник, пройдет через обмотку (и).

Бывают случаи, когда крошечный воздушный зазор будет намеренно оставлен, и это делается обычно, когда трансформатор или катушка должны выдерживать значительную составляющую постоянного тока, а также переменного тока. Об этом вкратце рассказывается ниже, но больше по этому поводу во втором разделе статьи.

Рисунок 1.1 — Основные принципы работы трансформатора

На Рисунке 1.1 показаны основные элементы всех трансформаторов. Катушка (первичная) подключена к источнику переменного напряжения — обычно это сеть для силовых трансформаторов. Поток, наведенный в сердечник, передается во вторичную обмотку, в обмотке индуцируется напряжение, и через нагрузку создается ток.

На схеме также показаны различные части трансформатора. Это простой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка (обозначенная как таковая при проектировании) будет индуцировать магнитное поле в сердечнике в соответствии с током, создаваемым приложенным напряжением переменного тока.Магнитное поле концентрируется сердечником, и почти все оно также проходит через обмотки вторичной обмотки, где индуцируется напряжение. Сердечник в этом случае типичен для конструкции трансформатора «C-Core», где первичная и вторичная обмотки иногда разделены. Более распространенным является «традиционный» тип E-I (ee-eye), который, хотя и несколько не в моде, в наши дни все еще широко используется. Это показано ниже.

Величина напряжения во вторичной обмотке определяется по очень простой формуле, которая определяет отношение витков (N) компонента — это традиционно рассчитывается путем деления витков вторичной обмотки на витки первичной обмотки…

1.1.1 N = Ц / Тп

Tp — это просто количество витков провода, составляющего первичную обмотку, а Ts — количество витков вторичной обмотки. Трансформатор с 500 витками на первичной обмотке и 50 витками на вторичной имеет отношение витков 1:10 (т.е. 1/10 или 0,1)

1.1.2 Vs = Vp × N

В большинстве случаев вы никогда не узнаете количество витков, но, конечно, мы можем просто изменить формулу, чтобы соотношение витков можно было вывести из первичного и вторичного напряжений…

1.1.3 N = Vs / Vp

Если напряжение 230 В (естественно, переменного тока) приложено к первичной обмотке, мы ожидаем 23 В на вторичной обмотке, и это действительно то, что будет измеряться. У трансформатора есть дополнительная полезная функция — «трансформируется» не только напряжение, но и ток.

1.1.4 Is = Ip / N

Если в приведенном выше примере из вторичной обмотки потребляется ток 10 А, то логически в первичной обмотке будет измеряться ток 1 А — напряжение уменьшается, но увеличивается ток.Так было бы, если бы трансформатор был на 100% эффективен, но даже эта самая эффективная «машина», которая у нас есть, к сожалению, никогда не будет идеальной. В результате, при потреблении 10 А от вторичной обмотки напряжение будет меньше, чем 23 В, которые были у нас без нагрузки. Это мера регулирования трансформатора, и большая часть падения напряжения происходит из-за сопротивления обмотки.

При использовании больших трансформаторов для национальной энергосистемы, КПД трансформаторов обычно превышает 95%, а некоторых достигает 98% (или даже больше).

Меньшие трансформаторы всегда будут иметь более низкий КПД, но блоки, обычно используемые в усилителях мощности, могут иметь КПД до 90% для больших размеров. Причины потери мощности станут ясны (я надеюсь) по мере нашего продвижения. Пока что для простоты будем считать трансформатор «идеальным» (т.е. без потерь).

Рисунок 1.2 — Ламинирование E-I

Обычный набор для ламинирования E-I все еще широко используется, и стоит упомянуть несколько важных моментов.Центральная ножка всегда в два раза больше ширины внешних ножек, чтобы сохранить площадь поперечного сечения. Точно так же ламинация «I» и «задняя часть» буквы E имеют такую же ширину (или иногда немного больше) внешних ножек. Окно обмотки — это место, где живут медные обмотки, и в хорошо спроектированном трансформаторе оно будет почти полностью заполнено. Это максимизирует количество меди и снижает резистивные потери, поскольку обмотки имеют максимальную толщину.

См. Раздел 2, чтобы узнать, как определяются размеры пластин E и I.Это обычно называют ламинированием без царапин и практически исключает любые потери материала.

2. Терминология магнитного сердечника

Этот список далеко не полный, но его будет достаточно, чтобы вы начали или напугали. Я включил символы и единицы только трех записей ниже, так как большинство из них не представляют реального интереса.

Коэрцитивная сила — это напряженность поля, которая должна быть применена для уменьшения (или coerce ) остаточного потока до нуля.Материалы с высокой коэрцитивной силой (например, те, которые используются для постоянных магнитов) называются жесткими . Материалы с низкой коэрцитивной силой (те, которые используются для трансформаторов) называются soft .

Эффективная площадь — сердечника — это площадь поперечного сечения центральной ветви для пластин E-I или общая площадь для тороида. Обычно это соответствует физическим размерам сердечника, но поскольку поток может распределяться неравномерно, производитель может указать значение, которое отражает это.

Эффективная длина сердечника — это расстояние, которое магнитный поток проходит при замыкании цепи. Обычно это близко соответствует среднему физическому размеру сердечника, но поскольку поток имеет тенденцию концентрироваться на внутренних углах пути, производитель может указать значение эффективной длины.

Плотность потока — (символ; B, единица; тесла (Т)) — это просто общий поток, деленный на эффективную площадь магнитной цепи, через которую он течет.

Потоковая связь — в идеальном индукторе магнитный поток, создаваемый одним витком, должен содержаться во всех других витках. Настоящие катушки приближаются к этому идеалу, когда другие размеры катушки малы по сравнению с ее диаметром, или если подходящий сердечник направляет поток через обмотки.

Магнитодвижущая сила — MMF можно рассматривать как магнитный эквивалент электродвижущей силы. Это произведение тока, протекающего в катушке, и количества витков, составляющих катушку.

Напряженность магнитного поля — (обозначение: H, единица измерения; амперметры (A m ^-1)), когда ток течет в проводнике, он всегда сопровождается магнитным полем. Сила или интенсивность этого поля пропорциональна величине тока и обратно пропорциональна расстоянию от проводника (отсюда и надстрочный индекс -1).

Магнитный поток — (обозначение:; единица измерения: Веберс (Вб)) мы относимся к магнетизму в терминах силовых линий или магнитных линий, которые являются мерой общей величины магнетизма.

Проницаемость — (символ; µ, единицы: генри на метр (Hm ^-1) определяется как отношение плотности потока к напряженности поля и определяется типом материала в магнитном поле, т. Е. Сердечником Сам материал. Большинство ссылок на проницаемость на самом деле относятся к «относительной проницаемости», поскольку проницаемость почти всех материалов изменяется в зависимости от напряженности поля (и в большинстве случаев также от температуры).

Remanence — (или остаток) — это плотность магнитного потока, которая остается в магнитном материале, когда внешнее приложенное поле удаляется.Трансформаторы требуют минимально возможной намагниченности, в то время как постоянные магниты требуют высокой намагниченности.

Saturation — точка, в которой ядро больше не может принимать больше потока. Когда это происходит, первичный ток трансформатора ограничивается только любым последовательным сопротивлением (например, внешним сопротивлением и сопротивлением обмотки). Насыщение сердечника ограничивает пиковое входное напряжение переменного тока для заданного числа витков первичной обмотки. Начало насыщения обычно довольно постепенное, но может быть очень резким для некоторых материалов с высокой проницаемостью.

Я упоминаю их здесь для полноты картины, но их реальная важность не обсуждается далее в этом разделе. В разделе 2 этой статьи снова рассматриваются термины, и их важность несколько увеличивается в контексте.

3. Как работает трансформатор

Идеальный трансформатор практически не потребляет ток из сети без нагрузки, поскольку это просто большая индуктивность. Весь принцип работы основан на наведенном магнитном потоке, который не только создает напряжение (и ток) во вторичной обмотке, но и в первичной! Именно эта характеристика позволяет любой катушке индуктивности функционировать должным образом, а напряжение, генерируемое в первичной обмотке, называется «обратной ЭДС» (электродвижущая сила).Величина этого напряжения такова, что оно почти равно (и составляет , фактически, в той же фазе, что и) приложенной ЭДС.

Хотя для определения напряжения, генерируемого внутри, можно выполнить простой расчет, это бессмысленно, поскольку его нельзя изменить. Для синусоидальной формы волны ток через катушку индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов. Поскольку наведенный ток отстает на 90 градусов, внутреннее генерируемое напряжение снова сдвигается на назад на на 90 °, поэтому оно находится в фазе с входным напряжением.Для простоты представьте себе индуктор или трансформатор (без нагрузки) с приложенным напряжением 230 В. Чтобы эффективная обратная ЭДС сопротивлялась полному приложенному напряжению переменного тока (как и должно), фактическая величина наведенного напряжения (обратная ЭДС) составляет чуть менее 230 В. Выходное напряжение трансформатора всегда находится в фазе приложенного напряжения (в пределах нескольких тысячных градуса).

Например … первичная обмотка трансформатора, работающая от входного напряжения 230 В, потребляет 15 мА из сети на холостом ходу и имеет сопротивление постоянному току 2 Ом.Обратной ЭДС должно быть достаточно, чтобы ограничить ток через сопротивление 2 Ом до 15 мА, поэтому будет достаточно близко к 229,97 В (30 мВ на 2 Ом составляет 15 мА). В реальных трансформаторах есть дополнительные сложности, которые увеличивают общий ток (в частности, потери в стали и / или частичное насыщение), но принцип не сильно изменился.

Если это слишком запутанно, не беспокойтесь об этом. Если вы не собираетесь посвятить свою карьеру проектированию трансформаторов, эта информация на самом деле мало полезна для вас, так как вы ограничены «реальными» характеристиками компонентов, которые вы покупаете — внутреннее устройство не имеет большого значения.Даже если вы посвятите свою жизнь дизайну трансформеров, эта информация по большей части останется просто любопытством, так как вы все еще мало что можете с этим поделать.

Когда вы подключаете нагрузку к выходной (вторичной) обмотке, через нагрузку проходит ток, который отражается через трансформатор на первичную обмотку. В результате первичная обмотка теперь должна потреблять больше тока из сети. Возможно, несколько интригующе то, что чем больше тока потребляется из вторичной обмотки, первоначальный сдвиг фазы тока на 90 ° становится все меньше и меньше по мере приближения трансформатора к полной мощности.Коэффициент мощности ненагруженного трансформатора очень низкий, что означает, что, хотя есть вольты и амперы, но есть относительно небольшая мощность. Коэффициент мощности улучшается по мере увеличения нагрузки и при полной нагрузке будет близок к единице (идеал).

Однако это зависит от нагрузки — нелинейная нагрузка на вторичной обмотке трансформатора отражает нелинейную нагрузку на сетевое питание.

Теперь можно рассмотреть еще один интересный факт о трансформаторах.

Мы будем использовать тот же пример, что и выше.Первичная обмотка 230 В потребляет 1 А, а вторичная 23 В подает 10 А. По закону Ома сопротивление нагрузки (импеданс) составляет 23/10 = 2,3 Ом. Первичное сопротивление должно быть 230/1 = 230 Ом. Это соотношение 100: 1, а соотношение оборотов всего 10: 1 — что происходит?

Коэффициент импеданса трансформатора равен квадрату отношения витков …

3.1.1 Z = N²

Трансформаторы

обычно проектируются в зависимости от требуемой мощности, и это определяет размер сердечника для данного материала сердечника.Исходя из этого, можно определить необходимое число витков на вольт на основе максимальной плотности потока, которую может выдержать материал сердечника. Опять же, это сильно зависит от материалов сердечника.

Можно применить эмпирическое правило, согласно которому площадь сердечника для «стандартных» (если действительно существует) стальных пластин (в квадратных сантиметрах) равна квадратному корню из мощности. Таким образом, трансформатору на 625 ВА потребуется сердечник (как минимум) 25 кв. См, если предположить, что проницаемость сердечника составляет около 500, что довольно типично для стандартных пластин трансформатора.Это также предполагает, что материал сердечника не будет насыщаться с плотностью потока, необходимой для получения этой мощности.

Следующий шаг — вычислить количество витков на вольт первичной обмотки. Это зависит от частоты, но для трансформатора с частотой 50 Гц количество витков на вольт (приблизительно) составляет 45, деленное на площадь сердечника (в квадратных сантиметрах). Для трансформатора 60 Гц требуется меньше витков, а число витков на вольт будет около 38 на площадь жилы. Материалы сердечника с более высокими рабочими характеристиками могут допускать более высокую плотность магнитного потока, поэтому возможно меньшее количество витков на вольт, что повышает общую эффективность и регулирование.Эти расчеты необходимо производить осторожно, иначе трансформатор будет перегреваться без нагрузки.

Для трансформатора на 625 ВА вам потребуется около 432 витков для первичной обмотки 230 В, хотя на практике это может быть меньше этого значения. Кремнистые стали с ориентированной структурой, используемые в трансформаторах более высокого качества, часто допускают более высокий общий магнитный поток на единицу площади, и потребуется меньше витков.

Вы можете определить количество витков на вольт любого трансформатора (по причинам, которые станут яснее по мере продвижения), добавив ровно 10 витков тонкого «звонкового провода» или аналогичного изолированного провода к проверяемому трансформатору, намотанному поверх существующих обмоток.При питании от правильного номинального напряжения питания измерьте напряжение на созданной вами дополнительной обмотке. Разделите количество витков (10) на измеренное напряжение, чтобы получить число витков на вольт для этого трансформатора. Например, если вы измеряете 5 В, трансформатор имеет 2 витка на вольт.

Итак, какая вам земная польза от этого? Что ж, вы можете быть удивлены, что вы можете сделать с этими знаниями. Предположим на мгновение, что у вас есть трансформатор для усилителя мощности приличного размера. Вторичное напряжение составляет 35-0-35 В, что слишком велико для питания цепи предусилителя или даже его источника питания, но вы сможете сделать это с помощью одной обмотки 16 В.Обычно используется другой трансформатор, но вы также можете добавить дополнительную обмотку самостоятельно. Это почти слишком просто с тороидальными трансформаторами, но с другими может быть вообще невозможно. Если трансформатор использует (скажем) 2 витка на вольт, всего 32 дополнительных витка провода звонка (или эмалированного медного провода) обеспечат 16 В при типичных 100 мА или около того, которые вам понадобятся. Добавьте 10% запаса, и у вас останется только 36 витков, и это можно будет сделать за несколько минут. Убедитесь, что дополнительная обмотка надежно закреплена лентой хорошего качества (настоятельно рекомендуется использовать каптон, если вы можете его достать). , а не , используйте обычную электротехническую ленту — она не рассчитана на температуру, при которой трансформаторы могут работать при постоянной нагрузке.

ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что нет возможности какого-либо дополнительного короткого замыкания обмотки между витками — это вызовет эффектный выход дыма из изоляции, и вы можете повредить сам трансформатор.

3.1 Насыщение ядра

Ток намагничивания, указанный или измеренный для любого трансформатора, обычно представляет собой комбинацию истинного тока намагничивания (который обычно очень низкий) и тока насыщения, который может составлять до половины расчетного тока полной нагрузки для небольших трансформаторов.Любой трансформатор с сердечником (кремнистая сталь, феррит и т. Д.) Перейдет в насыщение, если первичное напряжение холостого хода будет увеличено достаточно сильно. Это более подробно рассматривается в Разделе 2.

Насыщение сердечника достигается, когда пиковое входное напряжение достаточно для достижения сердечником максимального номинального потока. Когда плотность потока слишком высока, сердечник больше не может принимать больше и насыщается. Форма волны насыщения показана в разделе 2, и хотя вы можете увидеть указанный «ток намагничивания» трансформатора, это почти всегда первичный ток холостого хода, , включая ток насыщения .

Нереально ожидать, что какой-либо сетевой трансформатор останется значительно ниже насыщения на всех рабочих уровнях. Это потребует, чтобы ядро было намного больше и дороже, чем обычно. Когда плотность потока сердечника превышает примерно 1,4 Тесла (кремнистая сталь), он начинает насыщаться. Как только сердечник на полностью насыщен на , он больше не существует, и ток ограничивается только сопротивлением цепи. Это недопустимо, но частичное насыщение на холостом ходу является обычным явлением, и это увеличивает кажущийся ток намагничивания.

Для трансформаторов, используемых в аудиосистеме (выходные трансформаторы вентилей, микрофонные или «линейные» трансформаторы и т. Д.), Сердечник должен работать при всех возможных напряжениях и частотах значительно ниже насыщения, чтобы предотвратить серьезные искажения. Для силовых трансформаторов характерно небольшое насыщение без нагрузки. Хотя это увеличивает ток холостого хода (и температуру) трансформатора, это также позволяет немного лучше регулировать, поскольку используется меньше витков, что снижает сопротивление обмотки.

Насыщение — это сложный процесс, который не совсем понятен большинству любителей (и даже некоторым профессионалам).Степень допустимой насыщенности зависит от предполагаемого использования и допустимой степени искажения. При уменьшении частоты трансформатор будет больше насыщаться, если входное напряжение остается неизменным. Например, силовой трансформатор, рассчитанный на работу с частотой 60 Гц, обычно сильно насыщается на частоте 50 Гц, даже если напряжение правильное. Нормальная работа может быть восстановлена только в том случае, если входное напряжение уменьшается в том же соотношении, что и частота — от 60 Гц до 50 Гц составляет 17%, поэтому входное напряжение также необходимо уменьшить на 17%, чтобы получить расчетный ток «намагничивания».

4. Интересные факты о трансформаторах

Как обсуждалось выше, коэффициент импеданса — это квадрат отношения витков, но это только одна из многих интересных особенностей трансформаторов … (ну, , , в любом случае, думают, что они интересны).

Например, можно было бы подумать, что увеличение числа витков приведет к увеличению плотности потока, так как больше витков вносят вклад в магнитное поле. На самом деле, верно обратное, и при том же входном напряжении увеличение числа витков приведет к уменьшению плотности потока и наоборот.Это нелогично, пока вы не поймете, что увеличение числа витков увеличивает индуктивность и, следовательно, уменьшает ток через обмотку.

Я уже упоминал, что коэффициент мощности (и фазовый сдвиг) варьируется в зависимости от нагрузки, и это (хотя и довольно интересно) не имеет для большинства из нас реальных последствий.

Когда мы получаем ток от вторичной обмотки, возникает очень интересное явление. Поскольку первичный ток увеличивается для питания нагрузки, мы ожидаем, что магнитный поток в сердечнике также увеличится (больше ампер, то же количество витков, больше потока).На самом деле плотность потока уменьшается! В идеальном трансформаторе без потерь в меди магнитный поток останется прежним — дополнительный ток питает только вторичную обмотку. В реальном трансформаторе, когда ток увеличивается, потери увеличиваются пропорционально, а первичное напряжение немного меньше (из-за сопротивления меди), поэтому магнитный поток при полной нагрузке на меньше, чем на без нагрузки. Об этом стоит немного пошуметь, так как это широко неправильно понимается. Хотя это уже было указано в начале, это настолько важно, что я повторю это еще раз…

Плотность магнитного потока в трансформаторе максимальна на холостом ходу, и уменьшается по мере увеличения нагрузки.

4,1 Индуктивность

Также важно понимать еще один интересный факт о сетевых трансформаторах. Мы склонны полагать, что индуктивность важна — в конце концов, это то, что мешает трансформатору потреблять 10 А или более из сети на холостом ходу. На самом деле, индуктивность обычно не является параметром конструкции, а просто результатом правильного расчета количества витков на вольт.Индуктивность также является туманной цифрой, и ее значение составляет , а не константа, но изменяется (или, по крайней мере, кажется, что меняется) в зависимости от условий. Когда у вас есть нужное количество витков первичной обмотки, индуктивность в значительной степени заботится о себе. Быстрый расчет покажет, что я имею в виду.

Предположим, тороидальный трансформатор на 600 ВА с измеренной индуктивностью 52 Гн при 50 Гц. Формула для индуктивности говорит нам, что ток намагничивания будет …

I _mag = В / (2 × π × f × L)
I _mag = 230 / (2 × π × 50 × 52) = 14 мА

Однако, когда этот трансформатор испытывается (см. Часть 2 — Ток намагничивания), фактически измеренный ток намагничивания составляет 42 мА — в 3 раза выше ожидаемого.Это происходит потому, что сердечник частично насыщен, а не , а не , потому что индуктивность ниже измеренной или рассчитанной. При работе при (гораздо) более низком напряжении, когда ток намагничивания не искажается (что означает, что нет насыщения сердечника вообще), ток намагничивания подчиняется формуле, показанной выше. Без насыщения сердечника ток определяется индуктивностью, напряжением и частотой, как и в любой катушке индуктивности. Однако (большинство) трансформаторов не являются индукторами как таковые !

Примечание: Для многих других трансформаторов индуктивность является конструктивным параметром (и очень важным).Это относится к трансформаторам, используемым в импульсных источниках питания, или к аудио трансформаторам и другим, где критична низкочастотная характеристика. Это только с трансформаторами частоты сети (50 или 60 Гц), где нас действительно не заботит индуктивность, при условии, что ток намагничивания ощутим. «Разумность» определяется тем, как и где используется трансмиссия, и чего хотел достичь дизайнер. Здесь нет никаких «правил» — если он работает, как требуется (и согласно проектной спецификации), сохраняет приемлемую температуру, надежен и безопасен, то это все, что имеет значение.

Вот почему производители редко (если вообще когда-либо) указывают индуктивность трансформаторов сетевой частоты. Вместо этого (и если вам повезет) они могут сказать ток намагничивания без нагрузки при номинальном напряжении и частоте. Большинство даже не удосуживаются рассказать вам об этом. В конце концов, вы все равно ничего не можете с этим поделать.

В предисловии я упомянул, что трансформатор не является индуктивным при работе с номинальной нагрузкой. Если мы представим тот же трансформатор, описанный выше (индуктивность 52H), он будет потреблять 14 мА индуктивного тока на холостом ходу (без учета насыщения).Ток будет отставать от напряжения на 90 °, а коэффициент мощности, определяемый cos (Φ), равен cos (90) = 0. Если вторичная обмотка загружена так, что первичный ток нагрузки составляет всего 14 мА (общий ток теперь составляет 20 мА). , , а не 28 мА, как вы могли предположить), фазовый угол падает до 45 °, а коэффициент мощности увеличивается до cos (45) = 0,707 — при токе нагрузки всего 14 мА !

Если нагрузка такова, что первичный ток составляет около 5% или более номинального значения трансформатора (около 130 мА для трансформатора на 600 ВА), фазовый сдвиг составляет всего несколько градусов (около 5.6 °), а коэффициент мощности близок к единице (0,995 для обсуждаемого гипотетического трансформатора). Однако (и это важно) первичный ток является почти идеальным воспроизведением вторичного тока, и, если вторичный ток нелинейный, первичный ток также является нелинейным. Выпрямительные и конденсаторные нагрузки, используемые почти во всех линейных источниках питания, имеют низкий коэффициент мощности, но это из-за нелинейности , а — не индуктивности .

Итак, для обычных сетевых трансформаторов индуктивность не является частью спецификации и может считаться «случайной».Он должен существовать, чтобы ограничить ток холостого хода до разумного значения, но большая часть тока намагничивания связана с частичным насыщением. Большинство сетевых трансформаторов необходимо испытывать при напряжении значительно ниже заданного входного напряжения сети, чтобы можно было измерить индуктивность. Типичный трансформатор 230 В должен быть измерен при напряжении не более 50-100 В, чтобы получить фактическую индуктивность.

Измерив индуктивность первичной обмотки, вы быстро обнаруживаете, что эти данные бесполезны — вы ничего не можете с ними поделать, и это не поможет вам понять ни на йоту.Отчасти это связано с тем простым фактом, что он меняется. Поскольку плотность потока внутри сердечника меняется, также изменяется и измеренная индуктивность, так что это действительно бессмысленный параметр в более широкой схеме вещей. Трансформаторы предназначены для получения требуемых напряжения и тока на вторичной обмотке, а процесс проектирования основан на количестве витков первичной обмотки, необходимых для получения ощутимого тока холостого хода («намагничивания»).

Во многом это баланс. Для данного размера сердечника более высокий ток намагничивания является результатом использования меньшего количества витков на первичной обмотке, что улучшает регулирование, поскольку провод может быть больше.Однако, если ток холостого хода слишком высок, трансформатор будет перегреваться из-за насыщения сердечника из-за высокого первичного тока. Трансформатор , который никогда не работает на холостом ходу , может быть спроектирован таким образом, чтобы он был намного меньше, чем в противном случае.

Если мы предположим, что трансформатор для конкретного применения должен обеспечивать хорошее регулирование и что он всегда работает только при полной нагрузке, нет причин делать сердечник настолько большим, насколько это было бы необходимо в противном случае. Мы также можем использовать меньше витков и уменьшить резистивные потери.Современные трансформаторы для микроволновых печей попадают в эту категорию — если они работают без нагрузки, ток намагничивания может быть настолько высоким, что трансформатор может перегреться и выйти из строя, но при нормальной работе (питание магнетрона) они идеально подходят для этой работы. Большинство из них также охлаждаются вентилятором, что позволяет им быть еще меньше!

Когда трансформатор работает только с полной нагрузкой, ток намагничивания больше не является важным фактором, и количество необходимых витков основывается на эффективном напряжении на обмотке при полной нагрузке.Трансформатор мощностью 1 кВт обычно может иметь сопротивление первичной обмотки от 1,0 до 1,2 Ом, но если его можно уменьшить, потери в меди также уменьшатся. При 1 кВт первичный ток составляет 4,35 А, и это снизит напряжение, воспринимаемое трансформатором, возможно, на 5–6 В RMS. Вместо того, чтобы разрабатывать трансформатор для приятного низкого тока намагничивания при 230 В, его можно спроектировать для несколько более высокого тока намагничивания при 225 В — один только ток намагничивания может составлять 1 или 2 А, а может быть и больше.

Попытка измерить индуктивность такого трансформатора — пустая трата времени.Вы сможете измерить это, но чтение не имеет значения. Еще более традиционные сетевые трансформаторы находятся в той же лодке — индуктивность (возможно, с натяжкой) можно считать «показателем качества», но единственное, что действительно имеет значение, — это общий ток намагничивания, включая эффекты частичного насыщения. Не думайте ни на минуту, что обычные сетевые трансформаторы не насыщаются — каждый трансформатор, который я когда-либо измерял, потребляет ток в 2-5 раз больше, чем вы ожидаете, исходя только из одной индуктивности.Конечно, при нормальном рабочем напряжении они неразделимы.

Коэффициент индуктивности любого трансформатора (между первичной и вторичной обмотками) — это квадрат отношения витков. Трансформатор, рассчитанный на сеть 230 В с измеренным выходным напряжением 23 В без нагрузки (полная нагрузка 20 В), имеет коэффициент трансформации 10: 1 (230: 23). Если вы измеряете первичную индуктивность (скажем) 30 Гн, вторичная индуктивность составляет 300 мГн. Это тоже бесполезно, но может пригодиться, если вы хотите использовать трансформатор в обратном направлении, например, с генератором и усилителем мощности.

4,2 Взаимная индуктивность

Одна из причин, вызывающих путаницу, связана с тем, как трансформатор «знает», что кто-то пытается получить ток из вторичной обмотки, поэтому первичный ток может быть увеличен пропорционально. Это происходит из-за взаимной индуктивности (также известной как взаимная связь или просто коэффициент связи) между обмотками. Когда две или более обмоток используют одну и ту же магнитную цепь, они связаны магнитным потоком. В идеальном трансформаторе эта связь равна единице, что означает, что любое возмущение одной обмотки напрямую связано с другой (конечно, с учетом коэффициента трансформации).

Если связь равна единице, обмотки действуют как единое целое. Электрическое разделение (изоляция) не имеет значения, поэтому попытка отвода тока из вторичной обмотки ничем не отличается от отвода тока от первичной — две обмотки соединены вместе и неразделимы. Конечно, настоящие трансформаторы не идеальны, но (что может быть удивительно) это лишь немного меняет ситуацию. Это ключ к работе трансформатора, но (несмотря на его большое значение) он мало влияет на конструкцию трансформатора.Это также то, что вы не можете изменить — трансформатор такой, какой он есть, а параметры можно изменить только во время разработки.

Индуктивность утечки уменьшает взаимную индуктивность, предотвращая единичную связь. Однако в преобразователях частоты это практически ничего не меняет. Даже «обычные» трансформаторы (с ламинированием E-I) имеют сравнительно низкую индуктивность рассеяния (по сравнению с первичной индуктивностью), а тороидальные трансформаторы имеют очень низкую индуктивность рассеяния . Любой поток, который «утекает» из сердечника, не может проходить через обе обмотки одинаково, что снижает эффективный поток во вторичной обмотке и уменьшает связь между ними.

Связь такова, что если вы управляете сетевым трансформатором от генератора сигналов с низким импедансом, все, что находится во вторичной обмотке, отражается обратно в первичную. Если нагрузка представляет собой конденсатор, первичная обмотка будет казаться емкостной (опережающий коэффициент мощности). Когда нагрузка представляет собой резистор, первичная обмотка кажется резистивной. Первичная обмотка будет индуктивной , только , если нагрузка — индуктор. Чтобы провести этот тест (что несложно сделать), ток, потребляемый от вторичной обмотки, должен быть как минимум в 10 раз (а предпочтительно в 100 раз) больше, чем ток намагничивания (ток холостого хода из-за индуктивности первичной обмотки трансформатора.

Например, если трансформатор имеет индуктивность первичной обмотки (при низком напряжении) 100 Гн, ток намагничивания будет около 390 мкА при 50 Гц. Вам необходимо потреблять не менее 39 мА от вторичной обмотки, и этого достаточно, чтобы напряжение и ток в первичной обмотке находились в пределах менее одного градуса друг от друга. Если вы теперь подключите конденсатор, который потребляет такой же ток (это необходимо рассчитать на основе напряжения и частоты), первичная обмотка окажется полностью емкостной.

Это аспект взаимной связи, который редко объясняется, но понимание этой простой концепции означает, что вы можете избежать целой кучи довольно утомительной математики, которая на самом деле не поможет вам понять задействованные принципы.Как знают постоянные читатели, я не буду приводить подробные формулы, если они никому не помогут понять, как что-то работает. Это показательный пример. Использование формулы почти ничего не покажет, но если вы запустите тест для себя, вы поймете, как это работает.

4,3 Импеданс
Трансформатор не имеет определенного импеданса. Вы можете извиниться за то, что думаете иначе, но это потому, что некоторые трансформаторы предназначены для выходных каскадов ламповых усилителей или для номинальных сигнальных линий 600 Ом (например).Для выходного трансформатора отношения импеданса определяются так, чтобы соответствовать анодному сопротивлению / импедансу конкретных выходных клапанов и преобразовывать его в импеданс, подходящий для громкоговорителя. В этой роли важна индуктивность первичной обмотки , потому что она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хорошее соединение между лампами и динамиками на самой низкой интересующей частоте.
Это кратко рассматривается в этом разделе и более подробно рассматривается в разделе 2.Хотя индуктивность важна, еще более важно обеспечить, чтобы сердечник оставался вдали от даже частичного насыщения на самых низких частотах. Вот почему хорошие выходные трансформаторы такие большие и дорогие. Однако важно понимать, что, хотя трансформатор разработан и рекламируется как (например) 6 кОм P-P: 8 Ом, это не означает, что сам трансформатор имеет такие импедансы. означает, что означает, что при питании от источника 6 кОм (пара выходных клапанов) выходное сопротивление будет таким, что максимальная мощность будет передаваться на нагрузку 8 Ом.
Точно такой же трансформатор может питаться от источника 3 кОм и выдавать максимальную мощность на нагрузку 4 Ом. Он также работает с более высоким импедансом источника, но тогда индуктивность может быть недостаточно большой для обеспечения хорошего воспроизведения низких частот. Требуемая индуктивность определяется импедансом источника и наименьшей интересующей частотой — обычно 40 Гц для многих ламповых усилителей. Итак, используя приведенный пример, можно определить индуктивность и частоту -3 дБ …
L = Z / (2 × π × f _{-3 дБ}) (где Z — импеданс источника, а f _{-3 дБ} — частота -3 дБ)
L = 6k / (2 × π × 40) = 24H
Как должно быть очевидно, по мере увеличения импеданса источника требуется больше индуктивности для той же частоты -3 дБ.Это также требует, чтобы поток сердечника оставался значительно ниже насыщения. Даже небольшая насыщенность вызывает грубые искажения. Некоторые утверждают, что это искажение не так нежелательно, как можно было бы представить, потому что оно спадает с увеличением частоты. Однако, если низкая и высокая частота передаются одновременно, более высокая частота также будет искажена — как только ядро начинает насыщаться, искажаются все частот, присутствующие в данный момент, а не только частота, вызывающая насыщение.
5. Примеры использования трансформатора
Это лишь краткое описание множества применений трансформаторов. В этом разделе я отказался от источников питания с переключаемым режимом и представлю только наиболее распространенные линейные приложения. Применение источников питания более полно описано в Разделе 2, а также в статье Проектирование линейных источников питания.
Было бы невозможно охватить все аспекты трансформаторов и их использования, поскольку они очень разнообразны и используются в очень многих разных вещах.Компьютерные сетевые карты, модемы, усилители мощности и микроволновые печи, автомобильные и морские системы зажигания, катушки Тесла и фонокорректоры с подвижной катушкой, распределение мощности от электростанции до вашего дома … это очень маленькая выборка из разнообразие скромного трансформера (ну, может, не так уж и скромно).
5.1 — Выходной каскад двухтактного клапана
Трансформаторы используются не только в источниках питания, но и в других областях.Почти во всех ламповых усилителях мощности для выходного каскада используется трансформатор, который преобразует высокий импеданс анодов в импеданс громкоговорителя, а также обеспечивает подачу напряжения на выходные клапаны. Здесь не было показано никаких смещений или других вспомогательных компонентов — для получения дополнительной информации см. Как работают усилители. Еще одна ссылка на ступени клапана находится в разделе «Клапаны».

Рисунок 5.1 — Выходной каскад двухтактного клапана
Рисунок 5.1 показано, как это работает. Работа первичной обмотки может поначалу вас удивить, но это полностью соответствует всей теории. Показанное напряжение питания составляет 500 В, и мы предполагаем, что клапан может включаться достаточно сильно, чтобы уменьшить его до нуля поочередно на каждом конце обмотки. На самом деле это не так, поскольку клапаны не имеют достаточно низкого внутреннего импеданса, но это упрощает объяснение.
Ни один из клапанов не потребляет значительного тока при отсутствии сигнала, а потребляемая величина не намагничивает сердечник.Причина проста — через каждую секцию первичной обмотки проходит равный ток, но фактически в противоположных направлениях. Магнитное поле, создаваемое одной половиной обмотки, компенсируется магнитным полем второй половины, оставляя чистый установившийся магнитный поток равным нулю.
Когда клапан V1 включается полностью, напряжение на его конце обмотки снижается до нуля, а напряжение на аноде V2 составляет 1000 вольт. Это должно быть так, иначе теория трансформаторов разваливается в клочья.Первичная обмотка работает как «автотрансформатор». Аналогичным образом, когда V1 выключается, а V2 включается, ситуация меняется на противоположную. Вы вполне можете спросить, зачем вообще нужны 2 клапана? Казалось бы, напряжение от одного клапана вполне способно раскачивать напряжение из одной крайности в другую.
Это не так. Поскольку клапан может только включаться, он сможет подавать ток только на половину формы волны. В двухтактной конструкции класса A каждый клапан обычно пропускает 1/2 максимального пикового тока, необходимого на холостом ходу, и полный пиковый ток при включении на максимум до искажения (другой клапан выключен).В случае двухтактной конструкции насыщение сердечника отсутствует из-за постоянного тока (который, как и раньше, компенсируется), поэтому, хотя необходимы два клапана, трансформатор будет меньше и будет иметь гораздо лучшую производительность. Для несимметричных усилителей класса A требуется очень большой сердечник с воздушным зазором для предотвращения насыщения. Это резко снижает производительность трансформатора, увеличивает искажения и ухудшает низкочастотную характеристику из-за более низкой индуктивности. Также это может отрицательно сказаться на высоких частотах, потому что воздушный зазор заставляет часть магнитного потока «просачиваться» из сердечника.Это одна из причин возникновения индуктивности рассеяния (более подробно рассматривается в Разделе 2).
Стоит отметить, что эффективный размах размаха на всей первичной обмотке трансформатора составляет 2000 В. Когда V1 полностью включен, он имеет нулевое напряжение (только для нашего примера) на пластине, а V2 имеет напряжение на пластине 1000 В. V1 и V2 имеют одинаковые пики напряжения, но они сдвинуты по фазе на 180 градусов. Таким образом, полное напряжение на трансформаторе является суммой двух напряжений. С точки зрения переменного тока линию питания B + можно рассматривать как то же самое, что и нулевое напряжение (помните, что она будет шунтирована с большой емкостью).
Действующее значение напряжения (с учетом синусоиды и игнорирования потерь) легко рассчитывается по стандартной формуле …
5.1.1 Вп = Вп-пик / 2
Чтобы получить пиковое значение от пика к пику, затем …
5.1.2 Vrms = Vp / √2
Чтобы найти значение RMS.
В этом случае размах напряжения составляет 2000 В, поэтому от пика до 1000 В. Среднеквадратичное значение составляет 707 В.
5.2 Выход на несимметричный триод (SET)
Рисунок 5.2 показано базовое устройство выходного каскада усилителя SET. Полный постоянный ток должен протекать через первичную обмотку трансформатора, и, как обсуждалось выше, в сердечнике должен быть воздушный зазор для предотвращения насыщения. Поскольку воздушный зазор снижает эффективность магнитного пути, сердечник должен быть значительно больше, чем в противном случае.

Рисунок 5.2 — Выходной каскад на несимметричном триоде
Сердечник работает только с одной полярностью потока, которая меняется в зависимости от сигнала.Можно подумать, что одно это уменьшит искажение, поскольку поток никогда не пересекает нулевую точку, но это не так. По-прежнему необходимо, чтобы поток изменял направление, и характеристики магнитных материалов указывают на то, что сопротивление изменению (а не абсолютная полярность магнитного поля) является доминирующим фактором. Клапан (и первичная обмотка трансформатора) теперь должны пропускать ток, равный пиковому переменному току, требуемому нагрузкой — конечно, в зависимости от коэффициента трансформации.
Максимальное отрицательное колебание (клапан включен) удвоит этот ток, и он будет уменьшен почти до нуля при выключении клапана (положительное колебание). Когда ток уменьшается ниже среднего постоянного (покоящегося) тока, напряжение на трансформаторе увеличивается с противоположной полярностью — отсюда и тот факт, что напряжение на пластине превышает напряжение питания. Это одна из областей, где трансформатор на самом деле является катушкой индуктивности , а работа схемы зависит от накопленного «заряда» катушки индуктивности.Вторичная обмотка просто передает напряжение на нагрузку.
Для той же выходной мощности клапан в несимметричной цепи должен быть значительно больше, чем требуется для двухтактной схемы, из-за более высокого рассеяния, необходимого для дополнительного тока. Есть также много других проблем с этой схемой — в частности, высокие искажения и сравнительно высокое выходное сопротивление.
Не менее важная проблема заключается в том, что преимущество дополнительного размаха напряжения при использовании трансформатора с центральным ответвлением теперь утрачено, поэтому максимальное эффективное среднеквадратичное напряжение, которое может быть разработано, составляет 353 В — значительное падение первичного переменного напряжения (опять же без учета потерь, это ровно половина).Это означает, что нагрузка клапана выше при том же импедансе динамика, потому что коэффициент трансформации меньше, поэтому мы снова получаем меньшую мощность.
Постоянные читатели знают, что я считаю «НАБОР» мерзостью. Заявленные преимущества в основном видны (или ухом) смотрящего и не выдерживают ни малейшей проверки.
5.3 Приложения линейного уровня Трансформаторы
также используются для «линейных» приложений с низким энергопотреблением, обычно для балансных микрофонных входов и линейных выходных каскадов.Трансформатор не имеет себе равных для реальных симметричных схем, так как вход или выход действительно плавающий и не требует заземления. Это означает, что синфазные сигналы (то есть любой сигнал, общий для обоих сигнальных проводов) почти полностью отклоняются.
На рисунке 5.3 показан симметричный вход трансформатора, преобразующийся в несимметричный. Сигнал усиливается и снова отправляется на выходной трансформатор для распределения как сбалансированный сигнал. «Усилитель», как правило, представляет собой микшерный пульт и принимает на вход сигналы микрофонного или линейного уровня (проходящие от сцены к зоне микширования), а конечный микшированный выход отправляется обратно на сцену для основного (передний дома) усилители громкой связи и колонки.От микрофона до микшера и обратно к основным усилителям может быть более 100 метров кабеля, и при этом практически не будет слышен какой-либо шум.

Рисунок 5.3 — Симметричный микрофонный и линейный выходы
Телефонная система раньше полностью зависела от трансформаторов для передачи сигнала от АТС (или центрального офиса в США) на оборудование в помещении клиента (CPE). В телефонном коммутаторе, используемом в офисах (PABX — Private Automatic Branch Exchange, или PBX для США) оборудование, по-прежнему используются трансформаторы почти для всех входящих цепей, аналоговых или цифровых.
Принцип точно такой же, как и для показанного выше аудиоприложения, за исключением того, что для телефонных цепей обычно присутствует постоянное напряжение для питания CPE (в случае домашнего телефона) и для обеспечения некоторой базовой сигнализации. В современных схемах PABX используются трансформаторы с ферритовым сердечником и схема развязки постоянного тока, чтобы гарантировать, что постоянный ток не протекает через обмотки трансформатора, поскольку это ухудшает характеристики так же, как и выходной трансформатор для усилителя мощности SET. (Обратите внимание, что многие абонентские цепи теперь управляются через специально изготовленные ИС, которые исключают трансформатор.)
Аудиоприложения для трансформаторов в симметричных схемах пришли из телекоммуникационной отрасли, где впервые были придуманы концепции. Телефонная линия может иметь длину 4 км и более и не экранирована, поэтому метод устранения гудения и шума был необходим. Сегодня существуют десятки (сотни?) Миллионов трансформаторов, используемых для соединений Ethernet LAN, и розетки RJ45 доступны со встроенными трансформаторами.
6. Безопасность
Безопасность является основным фактором для любого силового трансформатора (а в случае телекоммуникаций — изолирующих трансформаторов), и электрический контакт между первичной и вторичной обмотками не должен допускаться при любых реальных условиях неисправности .Во всех странах есть стандарты безопасности, которые применяются к трансформаторам, где важна электрическая изоляция, и если есть какие-либо сомнения относительно безопасности трансформатора для конкретной цели, убедитесь, что вы проверили соответствие трансформатора соответствующим стандартам. Охват всех возможных стандартов и вопросов соответствия выходит за рамки данной статьи, поэтому я оставлю это вам — и вашему поставщику.
Многие силовые трансформаторы оснащены внутренним предохранителем, работающим только на один раз, который размыкает цепь в случае превышения заданной температуры.Эта температура выбрана в качестве максимальной безопасной температуры обмоток перед тем, как изоляция расплавится или сломается, поэтому в случае неисправности плавкий предохранитель сработает до того, как будет повреждена изоляция, и компонент станет потенциально опасным. Это также помогает предотвратить риск пожара (и нет, это не предназначено для юмора — мой друг сгорел дотла из-за неисправного силового трансформатора в видеомагнитофоне — по мнению следователей по пожарам.Правдивая история!). На Рисунке 6.1 (ниже) показан пример того, насколько плохо может быть, если трансформатор не защищен.
После размыкания плавкого предохранителя трансформатор необходимо выбросить, поскольку обычно невозможно получить доступ к предохранителю для замены. Это не так глупо, как может показаться, поскольку термическое разрушение перегретой изоляции невозможно предсказать, и трансформатор может быть небезопасным, если его все еще можно использовать.
Есть трансформаторы, которые спроектированы так, чтобы быть «безопасными по своей природе», и у них обычно есть обмотки на отдельных участках сердечника, а не в физическом контакте друг с другом.Если сердечник соединен с заземлением с электробезопасностью (что обычно является обязательным), никакой метод отказа (включая полное расплавление) в первичной обмотке не приведет к появлению сетевого напряжения на вторичной. Боковые обмотки являются следующими по безопасности, и хотя первичная и вторичная обмотки находятся на одной катушке, используемый материал выбран так, чтобы выдерживать высокие температуры и обеспечивать разделение обмоток. Тороидальные сердечники и другие трансформаторы с концентрической намоткой являются наименее безопасными, поскольку единственным разделением между первичной и вторичной обмотками является довольно тонкий слой изоляции.Это одна из причин того, что термопредохранители часто используются с тороидами. Обратите внимание, что любой трансформатор, классифицированный как «безопасный по своей природе», обычно должен соответствовать очень строгим условиям утверждения в большинстве стран.

Рисунок 6.1 — Расплавление трансформатора
На рисунке 6.1 показан трансформатор, который я снял с ремонтных работ. Это полный расплав, и остатки пластиковой шпульки видны достаточно четко. В любой цепи чрезвычайно важно защитить пользователя от контакта с сетью, если это произойдет.В этом случае бобина расплавилась с обмоток, капала на основание оборудования и в целом создавала большой беспорядок. Несмотря на все это, не было электрического соединения между первичной и вторичной обмотками или пластинами. Это был хорошо сделанный трансформатор (он вышел из строя из-за большой продолжительной перегрузки, а не из-за отказа самого трансформатора).
Надлежащее защитное заземление — единственный реальный способ гарантировать, что катастрофический отказ трансформатора (как показано на рисунке) не приведет к тому, что шасси окажется под напряжением — не все трансформаторы созданы равными с точки зрения безопасности.Правильный предохранитель гарантирует, что предохранитель перегорит — надеюсь, с до будет нарушена электробезопасность. Тепловой предохранитель не позволил бы ситуации стать настолько плохой, как показано, но трансформатор был бы так же мертв.
7. Шум
Трансформаторы шумят. Это не только электрический шум, который создается опасной формой волны тока через обмотки, диоды и конденсаторы фильтра, но и реальный слышимый шум. Одним из источников является вибрация обмотки из-за движения провода из-за магнитного поля и тока, протекающего по проводникам.Этого следует избегать любой ценой, поскольку постоянная вибрация в конечном итоге приведет к износу изоляции, короткому замыканию обмоток и разрушению трансформатора. К счастью, это довольно необычно, но иногда случается (и случается).
Большая часть шума исходит от пластин или другого материала сердечника, который сжимается под воздействием сильного магнитного поля. Это называется магнитострикцией и происходит в большей или меньшей степени со всеми магнитными материалами. Стетоскоп проверит источник шума, и нет ничего или почти ничего, что могло бы его остановить.Упругая установка предотвратит акустическое усиление большей части шума шасси, и, как правило, шум будет хуже без нагрузки. В некоторых случаях трансформатор может быть рассчитан на 60 Гц, но используется на 50 Гц. В этом случае плотность потока, вероятно, превысит максимально допустимую для сердечника (который будет насыщать), и трансформатор станет намного горячее, чем должен, и почти наверняка будет намного более шумным. Тороидальные трансформаторы обычно намного тише, чем ламинированные EI (т.е.е. обычные) типы.
Большинство (все?) Трансформаторов, разработанных специально для 60 Гц, в конечном итоге выйдут из строя с сетью 50 Гц из-за перегрева. Обратное неверно, и трансформаторы на 50 Гц могут вполне безопасно работать на 60 Гц.
Еще одна проблема с пластинами E-I заключается в том, что они могут быть недостаточно хорошо скреплены друг с другом, и это, в частности, позволяет внешним пластинам вибрировать. Обычные трансформаторы более высокого качества обычно пропитывают лаком (иногда под вакуумом) и запекают в умеренной печи до готовности…. ой, то есть до полного высыхания лака. Это связывает пластинки и обмотки вместе, предотвращая шум, а также делая трансформатор более устойчивым к повреждениям водой или другими загрязнителями и / или в условиях высокой влажности (например, в тропиках).
Щелкните любой из вышеперечисленных разделов, чтобы просмотреть остальные разделы этой серии. Как вы, наверное, заметили, трансформаторы все-таки не так просты.
Список литературы
Эти ссылки являются общими для обоих разделов статьи, хотя большинство из них относятся только к разделу 2.Во время составления этих статей было исследовано бесчисленное количество различных веб-страниц, и, хотя некоторые из них были интересными, большинство использовалось минимально. Из тех, кого я действительно помню (сложная задача сама по себе, учитывая огромное количество поисков, которые мне приходилось делать), я должен поблагодарить следующие веб-страницы (в алфавитном порядке) …
Амидон
Школа ATDL (Армия США)
Трансформеры Jensen
Mitchell Electronics Corporation
Томи Энгдал — (ePanorama.нетто)
Я рекомендую статью «История трансформатора», хотя и не используется в качестве справочной. Он не технический, но дает некоторое представление о разработке трансформаторов, какими мы их знаем.
Кроме того, я использовал различные другие ссылки, но особенно (в порядке полезности) …
Следующие (слегка отредактированные) определения взяты из единиц измерения Авторские права на сайт «
единиц измерения» принадлежат Рассу Роулетту и Университету Северной Каролины в Чапел-Хилл.
(Определения использованы с разрешения автора.)
Тесла (Тл) — плотность потока (или напряженность поля) для магнитных полей (также называемая магнитной индукцией). Напряженность магнитного поля можно измерить, поместив в поле проводник с током. Магнитное поле оказывает на проводник силу, которая зависит от силы тока и длины проводника. Один Тесла определяется как напряженность поля, создающая один Ньютон силы на ампер тока на метр проводника.Эквивалентно, одна тесла представляет собой плотность магнитного потока, равную одному Веберу на квадратный метр площади. Поле в один тесла довольно велико: самые сильные поля, доступные в лабораториях, составляют около 20 тесла, а плотность магнитного потока Земли на ее поверхности составляет около 50 микротесла (мкТл). Одна Тесла равна 10 000 Гс. Tesla, созданная в 1958 году, названа в честь Николы Теслы (1856-1943), чья работа в области электромагнитной индукции привела к появлению первых практических генераторов и двигателей, использующих переменный ток (к большому раздражению Эдисона, который утверждал, что постоянный ток был « безопаснее »). .
Weber (Wb) — магнитный поток. «Поток» — это скорость (в единицу времени), с которой что-то пересекает поверхность, перпендикулярную потоку. В случае магнитного поля магнитный поток через перпендикулярную поверхность является произведением плотности магнитного потока в теслах и площади поверхности в квадратных метрах. Если переменное магнитное поле проходит перпендикулярно круговой петле из проводящего материала (один виток), изменение поля индуцирует электрический потенциал в петле.Если поток изменяется с постоянной скоростью один Вебер в секунду, индуцированный потенциал составляет один вольт. Это означает, что численно поток в веберах равен потенциалу в вольтах, который был бы создан путем равномерного сжатия поля до нуля за одну секунду. Один Вебер — это поток, индуцированный таким образом током, изменяющимся с постоянной скоростью один ампер в секунду. Единица посвящена немецкому физику Вильгельму Эдуарду Веберу (1804–1891), одному из первых исследователей магнетизма.
Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2001. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены.
Навигация по записям
Предыдущая запись:
В чем измеряется нагрузка в электрических сетях – .
Следующая запись:
Бытовой тепловентилятор: Бытовые тепловентиляторы настенные, напольные, керамические — купить бытовые электрические обогреватели в Москве, России
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Найти:
Рубрики
Заземление
Защита
Изоляция
Инструменты
Кабели
Как правильно
Монтаж
Подключение
Полезные советы
Правила
Электропроводка
Разное
Найти:

Специальные | Новые продукты | Лидеры продаж | Связаться с нами | Доставка | Карта сайта