Самодельный трансформатор: Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить  трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

• Силовые трансформаторы;
• Измерительные трансформаторы;
• Импульсные трансформаторы;
• Сварочные трансформаторы;

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

• Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
• Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
• Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
• Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
• Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Рис. 1: принципиальная схема трансформатора

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S, 

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁ = P₁ / U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по  формуле: : I₂

= P₂ / U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник		Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм2	Ток, А	Сечение  жил. мм2	Ток, А
0,5	11	–	–
0,75	15	–	–
1	17	–	–
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85
25	115	35	100
35	135	50	135
50	175	70	165
70	215	95	200
95	265	120	230
120	300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной.

Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

• Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

• Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю.
  Проденьте в них выводы. Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
• Уложите первый слой изоляции под первичку. Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
• Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Рис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

• Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
• После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

• Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой
• Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
• Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

1. Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
2. Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
3. Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
4. Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
5. Зафиксируйте выводы обеих катушек.
6. Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем  проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Список использованной литературы

• Подъяпольский А. Н. «Как намотать трансформатор» 1953
• Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
• Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
• Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Как сделать трансформатор своими руками: видео с инструкцией

• Статья
• Видео

Бывают в жизни ситуации, когда нужен трансформатор с особыми характеристиками для конкретного случая. К примеру, сгорел сетевой тр-р в любимом приемнике, а именно такого для замены у вас нет. Зато есть другие ненужные тр-ры от старой техники, которые валяются без дела, вот их можно попробовать самому переделать под конкретные параметры. Далее мы расскажем, как рассчитать и сделать трансформатор своими руками в домашних условиях, предоставив все необходимые расчетные формулы и инструкцию по сборке.

• Расчетная часть
• Порядок изготовления

Расчетная часть

Итак, начнем. Для начала необходимо разобраться, что представляет из себя такое устройство.  Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника, выполненного из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, а тот в свою очередь индуцирует электрический ток во второй катушке, что показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной катушки, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, пропорционально ему меняется и ток.

От размеров сердечника зависит максимальная мощность, которую трансформатор сможет отдать, поэтому при проектировании отталкиваются от наличия подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения габаритной мощности трансформатора и подключаемой к нему нагрузки. Поэтому сначала нам необходимо найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, то их мощность нужно суммировать. Расчетная формула будет иметь вид:

P2=U2*I2

Где:

• U2 — это напряжение на вторичной обмотке;
• I2 — ток вторичной обмотки.

Получив значение, нужно сделать расчет первичной обмотки, учитывая потери на трансформации, предполагаемый КПД около 80%.

P1=P2/0.8=1.25*P2

От значения мощности Р1 подбирается сердечник, его площадь сечения S.

S=√Р1

Где:

• S в сантиметрах;
• Р1 в ватт.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

w’=50/S

Где:

• 50 — это частота сети;
• S — сечение железа.

Эта формула дает приблизительное значение, но для простоты расчета вполне подойдет, так как мы изготавливаем деталь в домашних условиях. Далее можно приступить к расчету количества витков, сделать это можно по формуле:

w1=w’*U1

w2=w’*U2

w3=w’*U3

Так как расчет у нас упрощенный и возможна небольшая просадка напряжения под нагрузкой, увеличьте число витков на 10 % от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки в отдельности по этой формуле:

I1=P1/U1

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

d = 0. 8*√I

Исходя из таблицы 1 выбираем провод с искомым сечением. Если подходящего значения нет, нужно сделать округление в большую сторону до табличного диаметра.

Если посчитанного диаметра нет в таблице, или слишком большое заполнение окна получается, то можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме искомое.

Чтобы узнать поместятся ли катушки на нашем самодельном трансформаторе, требуется посчитать площадь окна тр-ра, это образованное сердечником пространство, в которое помещаются катушки. Уже известное число витков умножаем на сечение провода и коэффициент заполнения:

s= w*d²*0.8

Данный расчет производим для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего нужно суммировать площадь катушек и сделать сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади сечения катушек.

Порядок изготовления

Теперь, имея расчеты и материал для сборки, можно приступить к намотке. На подготовленную картонную катушку производим укладку первого слоя обмотки.  Для этого удобно использовать электродрель, зажав катушку в патроне с помощью особого приспособления (в качестве него может выступать болт с двумя шайбами и гайкой). Закрепив на столе или верстаке дрель, на малых оборотах, производим укладку провода, виток к витку без перехлестов. Между слоями провода укладываем один слой изоляции — конденсаторную бумагу. Между первичной и вторичной обмоткой нужно сделать два слоя изоляции во избежание пробоя.

Намного проще, если вы планируете перематывать готовый трансформатор на желаемое напряжение. В этом случае достаточно при размотке подсчитать количество витков вторичной намотки, и зная коэффициент трансформации:

w’=U2/w2

Можно подсчитать необходимое количество витков под требуемое напряжение:

w2=w’*U2

Также рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется порядок сборки трансформатора в домашних условиях:

Технология намотки

Перед проверкой прозвоните обмотки, убедитесь, что их сопротивление не слишком мало, нет обрывов и пробоев на корпус изделия. Первое включение необходимо проводить с особой осторожностью, желательно последовательно с первичной обмоткой включить лампу накаливания мощностью 40-90 Ватт.

Проверочные работы

В данной статье приведена инструкция, которая доступно объясняет, как сделать трансформатор своими руками в домашних условиях. Для примера мы описали последовательность расчета и сборки броневой модели, как наиболее распространенного вида преобразователей. Его популярность обусловлена простотой изготовления моточных узлов, легкостью сборки, ремонта и переделки. На основе этой самоделки легко можно сделать тр-р для зарядки автомобильного аккумулятора, или же изготовить повышающий тр-р для лабораторного источника питания, электрический выжигатель по дереву, горячий нож для резки пенопласта или другой прибор для нужд домашнего мастера.

Будет интересно прочитать:

• Как сделать зарядное устройство из трансформатора
• Сборка простого самодельного генератора
• Как меньше платить за свет легально

Технология намотки

Проверочные работы

Самодельные электрические трансформаторы | Наука

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Автор Paul Dohrman

Электрический трансформатор изменяет уровни тока и напряжения в цепи переменного тока с помощью магнитной индукции. Самодельный трансформер можно сделать с помощью простых инструментов. Нет необходимости иметь что-то вроде причудливого коробчатого железного сердечника, показанного в учебниках по естествознанию. Вместо этого вам просто нужен переменный ток, чтобы индуцировать магнитное поле в намагничиваемом материале между первичной и вторичной цепями. Первичная цепь подает переменный ток во вторичную цепь через намагничиваемый материал между ними.

Общая конструкция

Трансформатор состоит из трех частей. Есть две цепи с некоторым магнитным материалом между ними, который их соединяет. Цепь, подключенная к источнику переменного тока, называется первичной цепью. Цепь на другой стороне магнитного материала называется вторичной цепью. Ток во вторичной цепи индуцируется первичной цепью через магнитный материал.

Две цепи соединены с магнитным материалом путем наматывания на разные его части (см. схему). Первичная цепь индуцирует магнитное поле в своей катушке, которое магнитный материал передает вторичной катушке. Это, в свою очередь, создает переменный ток во вторичной обмотке.

Где-то в цепях должен быть вставлен резистор, чтобы ток не протекал так быстро, что электрическая система вашего дома будет повреждена. (Здесь мы используем лампочку в качестве резистора.) И дети не должны пытаться делать это без присмотра взрослых.

Первичная цепь

Для первичной цепи необходим переменный ток. Достаточно будет настенной розетки. Чтобы получить доступ к его току, вы можете использовать старый шнур лампы. Чтобы сделать круговую цепь, вам нужно разделить два провода шнура лампы. Затем один из свободных концов оборачивают вокруг намагничиваемого материала. Можно использовать большой болт или отвертку. Чтобы убедиться, что металл намагничивается, проверьте, прилипает ли к нему кухонный магнит.

После того, как один конец намотан на отвертку или болт, его можно присоединить к другому проводу шнура, чтобы образовать петлю (см. схему). Фактически, если вы подключите его сейчас, отвертка / болт должны работать как электромагнит.

Предупреждение: Убедитесь, что провод покрыт покрытием по всей цепи. Оголенный провод следует обмотать изолентой. Вы не хотите рисковать короткое замыкание или шок. Кроме того, катушка не будет работать правильно, если она намотана оголенным проводом.

Вторичный контур

Используйте другой провод для вторичной цепи. Провод должен быть покрыт по тем же причинам, что и первичный. Намотайте вторичный провод вокруг болта или отвертки. Затем прикрепите оголенные концы провода к двум клеммам лампочки. (Двумя контактами лампочки являются металлическая резьба и металлический наконечник.)

Во избежание пересечения оголенных проводов может потребоваться изолента.

Трансформатор готов. Вы можете вставить вилку первичной цепи в настенную розетку после последней проверки на наличие перекрывающихся оголенных проводов. Если вы почувствуете запах гари, немедленно выньте вилку из розетки. Либо оголенные провода перекрещиваются, либо нужно вставить другой резистор, например, лампочку в первичную цепь.

Изменение яркости лампы

Изменение количества витков на катушку изменит соотношение напряжений между цепями. Чем больше витков вторичной цепи по сравнению с первичной, тем больше напряжение и меньше ток вторичной цепи. Поскольку мощность, теряемая через резистор, равна квадрату тока, умноженному на сопротивление, лампочку можно заставить светить ярче, понизив напряжение и увеличив ток, то есть увеличив количество вторичных обмоток.

Как работают трансформеры | Проекты самодельных цепей

Согласно определению, данному в Википедии, электрический трансформатор — это стационарное оборудование, которое обменивает электроэнергию между парой тесно намотанных катушек посредством магнитной индукции.

Постоянно изменяющийся ток в одной обмотке трансформатора создает переменный магнитный поток, который, следовательно, индуцирует переменную электродвижущую силу во второй катушке, построенной на том же сердечнике.

Содержание

Основной принцип работы

Трансформаторы в основном работают путем передачи электроэнергии между парой катушек посредством взаимной индукции, независимо от какой-либо формы прямого контакта между двумя обмотками.

Этот процесс передачи электричества посредством индукции был впервые подтвержден законом индукции Фарадея в 1831 году. Согласно этому закону, индуцированное напряжение на двух катушках создается за счет переменного магнитного потока, окружающего катушку.

Основная функция трансформатора заключается в повышении или понижении переменного напряжения/тока в различных пропорциях в соответствии с требованиями приложения. Пропорции определяются количеством витков и коэффициентом витков обмотки.

Анализ идеального трансформатора

Мы можем представить идеальный трансформатор как гипотетическую конструкцию, которая может быть практически без потерь. Кроме того, в этой идеальной конструкции первичная и вторичная обмотки могут быть идеально соединены друг с другом.

Это означает, что магнитная связь между двумя обмотками осуществляется через сердечник с бесконечной магнитной проницаемостью и с индуктивностью обмотки при нулевой магнитодвижущей силе.

Мы знаем, что в трансформаторе переменный ток, подаваемый в первичную обмотку, пытается создать переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который также включает в себя вторичную обмотку, окружающую его.

Из-за этого переменного потока на вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) за счет электромагнитной индукции. Это приводит к генерированию потока на вторичной обмотке с величиной, противоположной, но равной потоку первичной обмотки, в соответствии с законом Ленца.

Поскольку сердечник имеет бесконечную магнитную проницаемость, весь (100%) магнитный поток может передаваться через две обмотки.

Это означает, что, когда первичная обмотка подвергается воздействию источника переменного тока, а нагрузка подключена к клеммам вторичной обмотки, ток протекает через соответствующую обмотку в направлениях, указанных на следующей схеме. В этом состоянии магнитодвижущая сила сердечника нейтрализуется до нуля.

Изображение предоставлено: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg

В этой идеальной конструкции трансформатора, поскольку передача потока через первичную и вторичную обмотки составляет 100 %, в соответствии с законом Фарадея индуцированное напряжение на каждой из обмоток будет точно пропорционально числу витков обмотки, как показано на рис. на следующем рисунке:

Тестовое видео Проверка линейной зависимости между первичным и вторичным коэффициентом поворота.

ОБОРОТ И КОЭФФИЦИЕНТ НАПРЯЖЕНИЯ

Попробуем разобраться в расчетах коэффициента трансформации в деталях:

Чистая величина напряжения, индуцированного от первичной обмотки к вторичной, просто определяется соотношением числа витков, намотанных на первичную и вторичную части.

Однако это правило применяется только в том случае, если трансформатор близок к идеальному.

Идеальным трансформатором является трансформатор с незначительными потерями в виде скин-эффекта или вихревых токов.

Возьмем пример с рисунка 1 ниже (для идеального трансформатора).

Предположим, что первичная обмотка состоит примерно из 10 витков, а вторичная обмотка состоит только из одного витка. Из-за электромагнитной индукции линии потока, генерируемые на первичной обмотке в ответ на входной переменный ток, попеременно расширяются и схлопываются, прорезая 10 витков первичной обмотки. Это приводит к тому, что во вторичной обмотке индуцируется точно пропорциональное количество напряжения в зависимости от коэффициента трансформации.

Обмотка, на которую подается переменный ток, становится первичной обмоткой, а дополнительная обмотка, производящая выходной сигнал за счет магнитной индукции от первичной, становится вторичной обмоткой.

Рисунок (1)

Поскольку вторичная обмотка имеет только один виток, на ее один виток действует пропорциональный магнитный поток относительно 10 витков первичной обмотки.

Следовательно, поскольку напряжение, приложенное к первичной обмотке, равно 12 В, то на каждую ее обмотку будет воздействовать встречная ЭДС 12/10 = 1,2 В, а именно такая величина напряжения будет воздействовать на отдельный виток. присутствует во вторичном разделе. Это связано с тем, что он имеет одну обмотку, которая способна извлекать только такое же эквивалентное количество индукции, которое может быть доступно на одном витке первичной обмотки.

Таким образом, вторичная обмотка за один виток сможет получить 1,2 В от первичной обмотки.

Приведенное выше объяснение показывает, что количество витков первичной обмотки трансформатора линейно соответствует напряжению питания на нем, а напряжение просто делится на количество витков.

Таким образом, в приведенном выше случае, поскольку напряжение составляет 12 В, а количество витков равно 10, суммарная ЭДС счетчика, индуцированная на каждом из витков, будет 12/10 = 1,2 В

Пример #2

Теперь давайте визуализируем рисунок 2 ниже, он показывает тот же тип конфигурации, что и на рисунке 1. ожидайте вторичного, который теперь имеет 1 дополнительный виток, то есть 2 числа витков.

Излишне говорить, что теперь вторичная обмотка будет проходить через вдвое больше линий магнитного потока по сравнению с состоянием, показанным на рисунке 1, которое имело только один виток.

Таким образом, здесь вторичная обмотка будет показывать около 12/10 x 2 = 2,4 В, потому что на два витка будет влиять величина противоЭДС, которая может быть эквивалентной для двух обмоток на первичной стороне трансформатора.

Таким образом, из приведенного выше обсуждения в целом мы можем сделать вывод, что в трансформаторе соотношение между напряжением и числом витков на первичной и вторичной обмотках вполне линейно и пропорционально.

Число витков трансформатора

Таким образом, полученная формула для расчета количества витков любого трансформатора может быть выражена как:

Es/Ep = Ns/Np

где

• Es = вторичное напряжение 90721 ,
• Ep = первичное напряжение,
• Ns = количество витков вторичной обмотки,
• Np = количество витков первичной обмотки.

Соотношение витков первичной вторичной обмотки

Было бы интересно отметить, что вышеприведенная формула показывает прямое соотношение между отношением напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки и количеством витков вторичной обмотки к первичному, которые указаны как пропорциональные и равны.

Таким образом, приведенное выше уравнение может быть также выражено как:

Ep x Ns = Es x Np

Далее, мы можем вывести приведенную выше формулу для решения Es и Ep, как показано ниже:

Es = (Ep x Ns)/Np

аналогично,

Ep = (Es x Np)/Ns

Приведенное выше уравнение показывает, что если доступны любые 3 величины, четвертую величину можно легко определить, решив формулу.

Решение практических проблем с обмоткой трансформатора

Пример №1: Трансформатор имеет 200 витков в первичной части, 50 витков во вторичной и 120 вольт, подключенных к первичной части (Ep). Каким может быть напряжение на вторичной обмотке (E s)?

Дано:

• Np = 200 витков
• Ns = 50 витков
• Ep = 120 вольт
  вольт

Ответ:

Es = EpNs/Np

Подстановка:

Es = (120 В x 50 витков)/200 витков

Es = 30 вольт

Пример из пункта #2 : Предположим, у нас есть 400 витков проволоки в катушке с железным сердечником.

Предположим, что катушка должна использоваться в качестве первичной обмотки трансформатора. Рассчитайте количество витков, которые необходимо намотать на катушку, чтобы получить вторичную обмотку трансформатора, чтобы обеспечить вторичное напряжение в один вольт в ситуации где первичное напряжение 5 вольт?

Дано:

• Np = 400 витков
• Ep = 5 вольт
• Es = 1 вольт
9012? Внешние повороты

Ответ:

EPNS = ESNP

Транспозиция для NS:

NS = ESNP/ EP

Замена 9000 2 9000 292121212.

. 402. Ns = 80 витков

Имейте в виду: Отношение напряжения (5:1) эквивалентно коэффициенту обмотки (400:80). Иногда, вместо определенных значений, вам присваивается соотношение витков или напряжения.

В таких случаях вы можете просто принять любое произвольное число для одного из напряжений (или обмотки) и вычислить другое альтернативное значение из соотношения.

В качестве иллюстрации предположим, что соотношение обмотки задано как 6:1, вы можете представить количество витков для первичной части и вычислить эквивалентное число витков вторичной обмотки, используя аналогичные пропорции, такие как 60:10, 36:6, 30:5 и т. д.

Трансформатор во всех приведенных выше примерах имеет меньшее количество витков во вторичной части по сравнению с первичной частью. По этой причине вы можете найти меньшее напряжение на вторичной стороне трансформатора, чем на первичной стороне.

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Трансформатор, у которого номинальное напряжение на вторичной стороне ниже номинального напряжения на первичной стороне, называется ПОНИЖАЮЩИМ трансформатором.

Или, в качестве альтернативы, если вход переменного тока подается на обмотку с большим числом витков, то трансформатор действует как понижающий трансформатор.

Коэффициент понижающего трансформатора четыре к одному обозначен как 4:1. Трансформатор, который включает меньшее количество витков на первичной стороне по сравнению со вторичной стороной, будет генерировать более высокое напряжение на вторичной стороне по сравнению с напряжением, подключенным на первичной стороне.

Трансформатор, у которого номинальное напряжение на вторичной обмотке превышает напряжение на первичной обмотке, называется ПОВЫШАЮЩИМ трансформатором. Или, альтернативно, если вход переменного тока подается на обмотку с меньшим числом витков, то трансформатор действует как повышающий трансформатор.

Передаточное отношение повышающего трансформатора один к четырем должно быть указано как 1:4. Как видно из двух соотношений, в начале последовательно упоминается величина первичной боковой обмотки.

Можно ли использовать понижающий трансформатор в качестве повышающего и наоборот?

Да, безусловно! Все трансформаторы работают по одному и тому же фундаментальному принципу, описанному выше. Использование повышающего трансформатора в качестве понижающего просто означает перестановку входных напряжений на их первичной/вторичной обмотке.

Например, если у вас есть обычный повышающий трансформатор источника питания, который обеспечивает выходное напряжение 12-0-12 В от входного переменного тока 220 В, вы можете использовать тот же трансформатор в качестве повышающего трансформатора для получения выходного напряжения 220 В от источника переменного тока. Вход 12 В переменного тока.

Классический пример — инверторная схема, в которой трансформаторы не имеют ничего особенного. Все они работают на обычных понижающих трансформаторах, включенных наоборот.

Воздействие нагрузки

Всякий раз, когда нагрузка или электрическое устройство подключаются к вторичной обмотке трансформатора, ток или сила тока проходит через вторичную обмотку вместе с нагрузкой.

Магнитный поток, создаваемый током во вторичной обмотке, взаимодействует с магнитными линиями потока, создаваемого током в первичной обмотке. Этот конфликт между двумя линиями потоков создается в результате общей индуктивности между первичной и вторичной обмотками.

Взаимный поток

Абсолютный поток в материале сердечника трансформатора преобладает как в первичной, так и во вторичной обмотках. Кроме того, это способ, по которому электрическая энергия может мигрировать из первичной обмотки во вторичную обмотку.

В связи с тем, что этот поток объединяет обе обмотки, явление, известное как ВЗАИМНЫЙ ПОТОК. Кроме того, индуктивность, создающая этот поток, преобладает в обеих обмотках и называется взаимной индуктивностью.

На рисунке (2) ниже показан поток, создаваемый токами в первичной и вторичной обмотках трансформатора каждый раз, когда ток питания включается в первичной обмотке.

Рисунок (2)

Всякий раз, когда сопротивление нагрузки подключается ко вторичной обмотке, напряжение, подаваемое во вторичную обмотку, вызывает циркуляцию тока во вторичной обмотке.

Этот ток создает кольца потока вокруг вторичной обмотки (обозначены пунктирными линиями), что может быть альтернативой полю потока вокруг первичной обмотки (закон Ленца).

Следовательно, поток вокруг вторичной обмотки компенсирует большую часть потока вокруг первичной обмотки.

При меньшем количестве потока, окружающего первичную обмотку, обратная ЭДС уменьшается, и из источника питания высасывается больше ампер. Дополнительный ток в первичной обмотке высвобождает дополнительные линии потока, в значительной степени восстанавливая исходное количество линий абсолютного потока.

ОБОРОТЫ И ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ

Количество линий потока, образующихся в сердечнике trafo, пропорционально силе намагничивания

(В АМПЕР-ТУРАХ) первичной и вторичной обмоток.

Ампер-виток (I x N) указывает на магнитодвижущую силу; ее можно понимать как магнитодвижущую силу, создаваемую током в один ампер, протекающим по катушке с 1 витком.

Поток, присутствующий в сердечнике трансформатора, окружает вместе первичную и вторичную обмотки.

Учитывая, что поток идентичен для каждой обмотки, ампер-витки в каждой первичной и вторичной обмотке всегда должны быть одинаковыми.

For that reason:

IpNp = IsNs

Where:

IpNp = ampere/turns in the primary winding
IsNs — ampere/turns in the secondary winding

By dividing both sides of the выражение по
Ip , получаем:
Np/Ns = Is/Ip

так как: Es/Ep = Ns/Np

Тогда: Ep/Es = Np/22

3

3 Ep/Es = Is/Ip

, где

• Ep = напряжение на первичной обмотке в вольтах
• Es = напряжение на вторичной обмотке в вольтах
• Ip = ток на первичной обмотке в амперах
• Is = ток на вторичной обмотке в амперах

коэффициент ампер должен быть обратным коэффициенту обмотки или витка, а также коэффициенту напряжения.

Это означает, что трансформатор с меньшим количеством витков на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой может понижать напряжение, но повышать ток. Например:

Допустим, трансформатор имеет отношение напряжения 6:1.

Попробуйте найти ток или ампер на вторичной стороне, если ток или ампер на первичной стороне составляет 200 миллиампер.

Предположим,

Ep = 6 В (например)
Es = 1 В
Ip = 200 мА или 0,2 А
Is = ?

Ответ:

Ep/Es = Is/Ip

Транспонирование для Is:

Is = EpIp/Es

Замена:

Is = (6 В x 0,2 А)/1 В
Is = 1,2 А первичная обмотка, ампер во вторичной обмотке в 6 раз больше ампер в первичной обмотке.

Приведенные выше уравнения вполне можно рассматривать с альтернативной точки зрения.

Коэффициент обмотки означает сумму, за счет которой трансформатор увеличивает, увеличивает или уменьшает напряжение, подаваемое на первичную сторону.

Просто для иллюстрации предположим, что если вторичная обмотка трансформатора имеет в два раза больше витков, чем первичная обмотка, то напряжение, подаваемое на вторичную обмотку, вероятно, будет в два раза больше напряжения на первичной обмотке.

В случае, если вторичная обмотка содержит половину количества витков первичной обмотки, напряжение на вторичной стороне будет равно половине напряжения на первичной обмотке.

При этом коэффициент обмотки вместе с коэффициентом усиления трансформатора составляют обратную зависимость.

В результате повышающий трансформатор 1:2 может иметь половину силы тока во вторичной обмотке по сравнению с первичной. Понижающий трансформатор 2:1 может иметь в два раза больший ток во вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой.

Иллюстрация: Трансформатор с соотношением обмоток 1:12 имеет ток во вторичной обмотке 3 ампера. Узнать величину ампер в первичной обмотке?

Дано:

Np = 1 ход (например)
Ns = 12 витков
Is = 3 ампера
Lp = ?

Ответ:

NP/NS = IS/IP

Заместитель:

IP = (12 поворотов x 3 AMP)/1 Turn

IP = 36012299003

3

IP = 36012299003

70303

9012.

07070303

. Взаимная индукция — это процесс, при котором одна обмотка подвергается индукции ЭДС из-за скорости изменения тока соседней обмотки, что приводит к индуктивной связи между обмотками.

Другими словами Взаимная индуктивность представляет собой отношение ЭДС индукции в одной обмотке к скорости изменения тока в другой обмотке, выраженное в следующей формуле:

М = ЭДС / di(t) / dt

Фазировка в трансформаторах:

Обычно, когда мы исследуем трансформаторы, большинство из нас считает, что напряжение и ток первичной и вторичной обмоток находятся в фазе друг с другом. Однако это может быть не всегда так. В трансформаторах соотношение между напряжением и фазовым углом тока на первичной и вторичной обмотках зависит от того, как эти обмотки повернуты вокруг сердечника. Это зависит от того, направлены ли они оба против часовой стрелки или по часовой стрелке, или может быть одна обмотка повернута по часовой стрелке, а другая обмотка против часовой стрелки.

Давайте обратимся к следующим схемам, чтобы понять, как ориентация обмотки влияет на фазовый угол:

В приведенном выше примере направления обмотки выглядят одинаково, то есть и первичная, и вторичная обмотки повернуты по часовой стрелке. Из-за этой одинаковой ориентации фазовый угол выходного тока и напряжения идентичен фазовому углу входного тока и напряжения.

Во втором приведенном выше примере направление обмотки трансформатора можно увидеть с противоположной ориентацией. Как видно, первичка намотана по часовой стрелке, а вторичка намотана против часовой стрелки. Из-за этой противоположной ориентации обмотки фазовый угол между двумя обмотками составляет 180 градусов, а индуцированный вторичный выход показывает противофазную реакцию тока и напряжения.

Обозначение точками и условное обозначение точек

Во избежание путаницы для обозначения ориентации обмотки трансформатора используется обозначение точками или условное обозначение точками. Это позволяет пользователю понять характеристики входного и выходного фазового угла, независимо от того, находятся ли первичная и вторичная обмотки в фазе или в противофазе.

Точечные метки реализованы в виде точечных меток через начальную точку обмотки, указывая, находятся ли обмотки в фазе или в противофазе друг с другом.

На следующей схеме трансформатора обозначены точки, что означает, что первичная и вторичная обмотки трансформатора находятся в фазе друг с другом.

Обозначение точками, используемое на приведенном ниже рисунке, показывает точки, расположенные на противоположных точках первичной и вторичной обмотки. Это указывает на то, что ориентация обмоток двух сторон не одинакова, и, следовательно, фазовый угол между двумя обмотками будет сдвинут по фазе на 180 градусов, когда на одну из обмоток подается вход переменного тока.

Потери в реальном трансформаторе

Расчеты и формулы, рассмотренные в предыдущих параграфах, были основаны на идеальном трансформаторе. Однако в реальном мире и для реального трансформатора сценарий может сильно отличаться.

Вы обнаружите, что в идеальной конструкции следующие фундаментальные линейные коэффициенты реальных трансформаторов будут игнорироваться:

(a) Многие типы потерь в сердечнике, вместе известные как потери тока намагничивания, которые могут включать следующие типы потерь:

• Гистерезисные потери: вызваны нелинейным влиянием магнитного потока на сердечник трансформатора.
• Потери на вихревые токи : эти потери возникают из-за явления, называемого джоулевым нагревом в сердечнике трансформатора. Оно пропорционально квадрату напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора.

(b) В отличие от идеального трансформатора сопротивление обмотки реального трансформатора никогда не может быть нулевым. Это означает, что обмотка в конечном итоге будет иметь некоторое сопротивление и индуктивность, связанные с ними.

• Джоулевые потери: как объяснялось выше, сопротивление, создаваемое на клеммах обмотки, приводит к джоулевым потерям.
• Поток рассеяния: Мы знаем, что трансформаторы сильно зависят от магнитной индукции их обмотки. Однако, поскольку обмотки построены на общем одиночном сердечнике, магнитный поток имеет тенденцию просачиваться через обмотку через сердечник. Это приводит к импедансу, называемому первичным/вторичным реактивным сопротивлением, который способствует потерям трансформатора.

(c) Поскольку трансформатор также является своего рода катушкой индуктивности, на него также влияют такие явления, как паразитная емкость и собственный резонанс из-за распределения электрического поля.