151615 (Трансформаторы), страница 2

Рисунок 3. Конструкция магнитопроводов трансформаторов

Обмотки трансформатора выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода. При изготовлении катушки с обмотками предусматриваются изолирующие прокладки: межобмоточная, межслойная и внешняя.

При диаметре провода более 1 мм каркас выполняется из электрокартона, а отдельные слои обмотки перевязываются хлопчатобумажной лентой.

Обмоточные провода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.

Для повышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами.

В трансформаторах средней мощности ближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения. Это позволяет уменьшить слой изоляции между обмоткой и стержнем, а также создает лучшие условия охлаждения обмотки низшего напряжения, по которой протекает больший ток.

В низковольтных трансформаторах (до 100 В) малой мощности ближе к стержню помещают обмотку высшего напряжения. Эта мера позволяет уменьшить стоимость трансформатора, так как средняя длина витка обмотки высшего напряжения, выполняемой из дорогостоящего провода малого сечения, получается в этом случае меньше.

В высоковольтных трансформаторах (свыше 1000 В) применяется раздельное расположение обмоток на стержнях магнитопровода.

В низковольтных трансформаторах обмотки располагаются в соответствии с рис.1.2,б

Рисунок 4. Расположение обмоток на каркасе: а – в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в — в броневом

Достоинство такого расположения обмоток — небольшое значение магнитного потока рассеяния из-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так как снижение толщины намотки ведет к уменьшению средней длины витка обмотки.

В трансформаторах с броневыми магнитопроводами обмотки располагаются на одном стержне.

В трехфазном трансформаторе на каждом из стержней располагаются первичная и вторичная обмотки данной фазы.

В тороидальных трансформаторах обмотки располагаются по всей длине магнитопровода.

Стержневые и броневые магнитопроводы с находящимися на них обмотками собирают в узел с помощью шпилек и накладок либо путем запрессовки в скобу.

Тороидальные магнитопроводы с находящимися на них обмотками собирают в узел и крепят к шасси с помощью крепежных шайб и винта с гайкой.

В конструкции трансформатора должна быть предусмотрена панель, к которой припаиваются выводы обмоток. Корпус трансформатора (накладки, обоймы, скобы) электрически соединяется с магнитопроводом и заземляется. Эта мера необходима из соображений техники безопасности на случай пробоя одной из обмоток.

Виды трансформаторов

Выходной трансформатор

Кроме силовых трансформаторов, в ламповых радиоприемниках и усилителях употребляют выходные, междуламповые (или переходные) и входные (в усилителях низкой частоты) трансформаторы.

Выходные трансформаторы применяются для согласования сопротивления громкоговорителя с сопротивлением анодной цепи выходной лампы. Согласование это необходимо для того, чтобы можно было получить от лампы ту мощность, на которую она рассчитана. Отдать же наибольшую мощность лампа может только в том случае, если в анодной цепи ее стоит нагрузка с сопротивлением, являющимся оптимальным для данной лампы. В справочниках эта оптимальная нагрузка обозначается обычно R_а или R_{а опт}.

Анодная нагрузка выходных низкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч Ом, в то время как сопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам Ом. Если громкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в анодную цепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться на громкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагрев лампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходной обмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.

Трансформатор, понижая напряжение, действующее в анодной цепи лампы, в то же время как бы «повышает» сопротивление, подключенное к анодной цепи. Если коэффициент трансформации выходного трансформатора равен 20:1, т.е. во вторичной (выходной) обмотке в 20 раз меньше витков, чем в первичной (анодной), то напряжение, подводимое к громкоговорителю, будет в 20 раз меньше действующего на аноде лампы, а сопротивление, «ощущаемое» лампой, станет в 400 раз больше сопротивления обмотки громкоговорителя, т.е. возрастет в 20*20=20² раз.

Расчет выходного трансформатора сложен для начинающего радиолюбителя, поэтому в таблице приведены данные обмоток выходных трансформаторов для наиболее употребляемых выходных ламп и громкоговорителей.

Входные трансформаторы

Входные трансформаторы служат для согласования входа усилителя звуковой частоты с микрофоном, звукоснимателем или магнитной головкой. Так как максимальная амплитуда переменного напряжения для входных трансформаторов бывает не более 1В, то их изготовляют повышающими. Входные трансформаторы должны иметь повышенную помехозащищенность и слабую чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, так как в противном случае в них могут появиться значительные напряжения помех.

Для уменьшения помех входные трансформаторы тщательно экранируют, оси их обмоток располагают перпендикулярно к магнитным силовым линиям источника помех, а также принимают меры по возможно большему удалению входных цепей от выходного трансформатора и трансформатора питания.

Учитывая, что наименьшей чувствительностью к воздействию внешних магнитных полей обладают трансформаторы с магнитопроводами броневого или тороидального типа, входные трансформаторы изготавливаются на штампованных или ленточных сердечниках из пермаллоя. 80НХС или 79НМ, а также из стали. Входные трансформаторы помещают в экран или опрессовывают пластмассой. Их крепят на печатных платах с помощью «лапок» или непосредственно пайкой выводов из луженой проволоки диаметром 1 – 1,5 мм.

Междуламповые и междукаскадные трансформаторы.

Междукаскадные трансформаторы применяются для связи в УЗЧ, получающих питание от автономных источников, так как в этом случае от усилителя необходимо получить максимальный коэффициент усиления при минимальном количестве транзисторов и радиоламп.

Конструктивно междукаскадные трансформаторы не отличаются от входных. Они изготавливаются с коэффициентом трансформации не более чем 1:4, так как больший коэффициент вызывает большие гармонические искажения.

Междуламповые трансформаторы употребляются, когда при ограниченном количестве ламп и небольшом анодном напряжении необходимо получить большое усиление. Такие требования часто предъявляются к батарейным радиоприемникам.

Междуламповые трансформаторы большей частью делают с малым сечением стального сердечника (1,5 – 3 см²). Первичные обмотки, включаемые в анодную цепь лампы, обычно состоят из 3000 – 5000 витков эмалированного провода диаметром 0,08 – 0,1 мм. Вторичные обмотки трансформаторов имеют от 6000 до 20 000 витков того же провода, что и первичная обмотка.

Коэффициент трансформации междуламповых трансформаторов, т.е. отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки, берутся в пределах от 1:2 до 1:5.

Казалось бы, что для большего усиления надо иметь большие коэффициенты трансформации. Однако при повышении коэффициента трансформации даже только до 1:4, 1:5 трансформаторы уже дают заметно худшее качество воспроизведения звука, чем трансформаторы с коэффициентом 1:2. Причина в том, что при очень большом количестве витков во вторичной обмотке ее собственная емкость становится настолько большой, что ухудшает трансформацию верхних звуковых частот.

Кроме того, намотанный тонким проводом междуламповый трансформатор является наиболее надежной деталью приемника или усилителя.

Поэтому по возможности междуламповый трансформатор не следует применять.

Применение переходных трансформаторов в сетевых приемниках нежелательно ещё потому, что при использовании междулампового трансформатора очень трудно избавится от прослушивания фона переменного тока. Это явление вызывается тем, что магнитный поток силового трансформатора не весь замыкается по сердечнику. Часть потока проходит в окружающем пространстве, пересекает витки обмотки междулампового трансформатора и наводит в нем переменное напряжение. Наведенное напряжение усиливается и, попадая в громкоговоритель, создает неприятное гудение.

Расчет сетевого (силового) трансформатора

Классический расчет трансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик, которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайно попавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом применении.

Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность - это произведение тока на напряжение), поэтому:

, где U1I1, U2I2 и т.д. - произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток - это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

КПД заранее знать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Зная габаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

S - получается в квадратных сантиметрах.

Теперь находим ширину рабочего керна сердечника по формуле:

По полученному значению а (см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечников данное значение (можно больше), и находим толщину пакета с (см.):

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент К обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зависит от свойств пластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сердечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берем К=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиями К=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку, но ужесточает работу трансформатора. При применении пластин из высококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низком качестве нужно увеличить.

Теперь можно найти количество витков первичной обмотки:

Для определения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить дополнительный коэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент m зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл.2:

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:

где d-диаметр провода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающий допустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

Пример расчета

Нужно рассчитать трансформатор со следующими данными:

U1=6,3В, I1=1,5А; U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность: Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритную мощность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна: