Радіоаматори завжди стикаються з необхідністю зниження напруги в мережі змінного струму 220 В до певних розмірів, коли підбирається блок живлення для напівпровідникових схем і конструкцій. Звичайно, в будь-якому спеціалізованому магазині можна придбати готовий прилад. Але простіше і дешевше зібрати його своїми руками. До того ж сам процес складання досить цікавий. Але як показує практика, в основі збірки лежить розрахунок трансформатора, він же блок живлення. Тому варто поговорити саме про проведені розрахунках, тобто, розібратися з формулами і вказати на нюанси.
Конструкція трансформатора Якщо подивитися на трансформатор з зовнішнього боку, то це Ш-образне пристрій, що складається з металевого сердечника, картонного або пластикового каркаса і обмотки з мідного дроту. Обмоток дві. Сердечник - це кілька сталевих пластин, які оброблені спеціальним лаком і з'єднані між собою. Лак наноситься спеціально, щоб між пластинами не минало напругу. Таким способом борються з так званими вихровими струмами (струмами Фуко). Вся справа в тому, що струми Фуко просто будуть нагрівати сам сердечник. А це втрати.
Саме з втратами пов'язаний і склад пластин сердечника. Трансформаторне залізо (так найчастіше називають сталь для сердечника фахівці), якщо подивитися її в розрізі, складається з великих кристалів, які, у свою чергу, ізольовані один від одного окисної плівкою.
Призначення і функціональність Отже, які функції виконує трансформатор? 1. Це зниження напруги до необхідних параметрів. 2. З його допомогою знижується гальванічна розв'язка мережі.
Що стосується другої функції, то необхідно дати пояснення. Обидві обмотки (первинна та вторинна) трансформатора струму між собою безпосередньо не з'єднані. Значить, опір приладу, по суті, має бути нескінченним. Правда, це ідеальний варіант. Поєднання ж обмоток відбувається через магнітне поле, створюваної первинною обмоткою. Ось такий непростий функціонал.
Розрахунок Існує кілька видів розрахунків, якими користуються професіонали. Для новачків всі вони досить складні, тому рекомендуємо так званий спрощений варіант. У його основі лежать чотири формули.
Формула закону трансформації Отже, закон трансформації визначається нижченаведеної формулою: U1 / U2 = n1 / n2, де • U1 - напруга на первинній обмотці, • U2 - на вторинній, • n1 - кількість витків на первинній обмотці, • n2 - на вторинній.
Так як розбирається саме мережевий трансформатор, то напруга на первинній обмотці у нього буде 220 вольт. Напруга ж на вторинній обмотці - це необхідний для вас параметр. Для зручності розрахунку беремо його рівним 22 вольт. Тобто, в даному випадку коефіцієнт трансформації буде дорівнює 10. Звідси і кількість витків. Якщо на первинній обмотці їх буде 220, то на вторинній 22. Уявіть, що прилад, який буде приєднаний через трансформатор, споживає навантаження в 1 А. Тобто, на вторинну обмотку діє саме цей параметр. Значить, на первинну діятиме навантаження 0,1 А, тому що напруга і сила струму знаходяться в зворотній пропорційності.
А ось потужність, навпаки, у прямій залежності. Тому на первинну обмотку діятиме потужність: 220 × 0,1 = 22 Вт, на вторинну: 22 × 1 = 22 Вт Виходить, що на двох обмотках потужність однакова. Увага! Якщо в збираному вами трансформаторі не одна вторинна обмотка, то потужність первинної складається з суми потужностей вторинних. Що стосується кількості витків, то розрахувати їх на один вольт не складе великих труднощів. В принципі, це можна зробити методом «тику». Приміром, намотуєте на первинну обмотку десять витків, перевіряєте на ній напруга і отриманий результат ділите на десять. Якщо показник збігається з необхідним для вас напругою на виході, то, значить, ви потрапили в яблучко. Якщо напруга знижено, значить, доведеться збільшити кількість витків, і навпаки.
І ще один нюанс. Фахівці рекомендують намотувати витки з невеликим запасом. Вся справа в тому, що на самих обмотках завжди присутні втрати напруги, які необхідно компенсувати. Наприклад, якщо вам потрібно напруга на виході 12 вольт, то розрахунок кількості витків проводиться з розрахунку напруги в 17-18 В. Тобто, компенсуються втрати.
Площа сердечника Як вже було сказано вище, потужність блоку живлення - це сума потужностей всіх його вторинних обмоток. Це основа вибору самого сердечника і його площі. Формула така: S = 1,15 * √P
У цій формулі потужність встановлюється у ватах, а площа виходить в сантиметрах квадратних. Якщо сам сердечник має Ш-подібну конструкцію, то перетин береться середнього стрижня. Зверніть увагу! Всі отримані розрахунковим шляхом параметри мають неокругленних цифру, тому округляти треба обов'язково і завжди тільки в більшу сторону. Приміром, розрахункова потужність вийшла 35,8 Вт, значить, округляємо до 40 Вт Кількість витків у первинній обмотці Тут використовується наступна формула: n = 50 * U1 / S, зрозуміло, що U1 одно 220 В.
До речі, емпіричний коефіцієнт «50» може змінюватися. Приміром, щоб блок живлення не входив до насичення і тим самим не створював зайвих перешкод (електромагнітних), то краще в розрахунку використовувати коефіцієнт «60». Правда, це збільшить число витків обмотки, трансформатор стане трохи більше в розмірах, але при цьому знизяться втрати, а, значить, режим роботи блоку живлення стане легше. Тут важливо, щоб кількість обмоток вмістилося.
Переріз проводу І остання четверта формула стосується перетину використовуваного мідного дроту в обмотках. d = 0,8 * √I, де d - це діаметр проводу, а «I» - сила струму в обмотці. Розрахунковий діаметр необхідно також округлити до стандартної величини.
Отже, аж ось чотири формули, за якими проводиться підбір трансформатора струму. Тут неважливо купуєте ви готовий прилад або збираєте його самостійно. Але врахуйте, що такий розрахунок підходить тільки для мережевого трансформатора, який буде працювати від мережі в 220 В і 50 Гц. Для високочастотних приладів використовуються зовсім інші формули, де доведеться проводити розрахунок втрат трансформатора струму. Правда, формула коефіцієнта трансформації і у нього точно така ж. До речі, в цих пристроях встановлюється феромагнітний сердечник.
Висновок по темі У цій статті ми постаралися відповісти на питання, як розрахувати трансформатор мережевого типу? Даний принцип добору є спрощеним. Але для практичних цілей він навіть дуже достатній. Так що новачкам краще використовувати саме його, і не лізти в нетрі математичних викладок з великою кількістю складових. Звичайно, в ньому не враховуються всі втрати, але округлення показників компенсують їх.
