Co je to transformátor pro figuríny?

Dovolte mi připomenout, že transformátor je elektrické zařízení schopné přeměňovat elektrickou energii prostřednictvím meziprostředí ve formě elektromagnetického pole. Konstrukce transformátoru je poměrně jednoduchá. Skládá se z magnetického jádra (může mít různé tvary), na kterém jsou navinuty závity izolovaného drátu. Klasická verze transformátoru obsahuje dvě vinutí: primární (také známé jako vstupní) a sekundární (také známé jako výstupní). V závislosti na materiálu magnetického jádra, celkovém výkonu transformátoru, požadovaných parametrech (vstupní a výstupní napětí a proud) obsahuje toto zařízení určitý počet závitů a průřez vodiče vinutí.

Primární vinutí transformátorů jsou většinou navržena pro standardní síťové napětí 220 voltů (méně často 380 voltů, tyto transformátory se používají v průmyslovém sektoru). Jednou z hlavních charakteristik transformátoru je jeho výkon. Znáte-li výkon tohoto zařízení a máte primární vinutí dimenzované na 220 voltů, můžete si snadno předělat jakýkoli transformátor podle svých potřeb (pokud vám tento výkon stačí) navinutím sekundárního vinutí na požadované výstupní napětí a proud.

Jak můžete určit tento výkon transformátoru? Podle jeho jádra! Elektrický výkon transformátoru (ve wattech) se rovná druhé mocnině plochy (v centimetrech) průřezu části magnetického obvodu, na které je navinut vodič.

Dovolte mi připomenout, že elektrický výkon se rovná součinu napětí a proudu. To znamená, že pokud známe výkon transformátoru, se kterým může pracovat, můžeme vypočítat jmenovitý proud, který může sekundární vinutí vyrobit (při znalosti hodnoty napětí).

Například se rozhodnete vyrobit si napájecí zdroj s relativně nízkým výkonem. Snižovací výkonový transformátor (s železným magnetickým jádrem) odebereme ze starého nepotřebného elektrického zařízení (pokud ho máte v domě nebo garáži) nebo jej koupíme. Řekněme, že z jádra určíte, že transformátor má výkon asi 120 wattů. To znamená, že při napětí 12 voltů (na sekundárním vinutí) dokáže poskytnout proud až 10 ampér (výkon dělený napětím a přijatým proudem). Ve skutečnosti je třeba vzít v úvahu, že malé transformátory mají účinnost asi 80 %, což znamená, že maximální výstupní proud bude o něco menší než 10 ampér (na základě tohoto příkladu).

Ukázalo se, že transformátor, který jste našli a zakoupili, byl navržen (jeho sekundární, výstupní vinutí) pro jiné napětí, ne to, které potřebujete. Žádný problém! Opatrně jej rozebereme, odmotáme staré sekundární vinutí a namotáme nové. Pokud vám průměr drátu může poskytnout požadovaný proud, pak jednoduše převiňte staré sekundární vinutí na požadované napětí. Napětí závisí na počtu závitů (čím více závitů, tím vyšší je výstupní napětí). Síla proudu závisí na průřezu vodiče vinutí (čím větší je průřez, tím větší proud jím může vodič projít bez přehřátí).

U různých výkonových transformátorů se bude také lišit počet závitů na 1 volt. Čím větší výkon, tím méně vodičů je potřeba navinout, aby se získal 1 volt (a obecně požadované napětí). Velikost drátu do značné míry závisí na hustotě proudu, kterou můžete tolerovat. Pokud je oblast vinutí velká, bude se lépe chladit, proto lze hustotu proudu zvolit vyšší. Když je vinutí pevně navinuto, je lepší vzít nižší hustotu proudu. Průměrná proudová hustota je 2 A/mm2. Při této hustotě lze průměr drátu (bez izolace) vypočítat pomocí vzorce:

Počet závitů sekundárního vinutí bude v praxi snazší určit. K tomu rychle navineme řekněme 20 závitů na transformátor. Napájíme primární vinutí. Dále změříme napětí na sekundárním vinutí (těchto 20 závitů), načež těchto 20 závitů vydělíme naměřeným napětím a získáme počet závitů, který nám dá 1 volt. Takže, abychom zjistili celkový počet závitů sekundárního vinutí, vynásobíme napětí sekundárního vinutí počtem závitů na volt. Například při navinutí 1 závitů dostaneme 10 volt, proto vynásobíme 10 12 volty (které chceme získat na výstupu transformátoru). V důsledku toho by naše sekundární vinutí mělo obsahovat 120 závitů.

PS Abyste si nepletli hlavu s převíjením vinutí transformátoru, je možná lepší jednoduše zakoupit na trhu nebo v obchodě transformátor s odpovídajícím výkonem, s požadovaným výstupním napětím a proudem. Mějte ale na paměti, že levné transformátory nemusí do jisté míry odpovídat jejich charakteristikám (obvykle je na magnetické jádro umístěn drát o menším průměru, než je nutné). Je tedy lepší si připlatit a koupit kvalitní transformátor.

Pro výrobu transformátorových zdrojů je zapotřebí jednofázový výkonový transformátor, který snižuje střídavé napětí 220 voltové sítě na potřebných 12-30 voltů, které je následně usměrněno diodovým můstkem a filtrováno elektrolytickým kondenzátorem.

Tyto transformace elektrického proudu jsou nezbytné, protože jakékoli elektronické zařízení je sestaveno na tranzistorech a mikroobvodech, které obvykle vyžadují napětí ne více než 5-12 voltů.

Chcete-li si sami sestavit napájecí zdroj, musí začínající radioamatér najít nebo zakoupit vhodný transformátor pro budoucí napájení. Ve výjimečných případech si můžete výkonový transformátor vyrobit sami. Taková doporučení lze nalézt na stránkách starých knih o rádiové elektronice.

Ale v dnešní době je jednodušší najít nebo koupit hotový transformátor a použít jej k výrobě vlastního napájení.

Plný výpočet a nezávislá výroba transformátoru je pro začínajícího radioamatéra poměrně obtížný úkol. Ale existuje i jiný způsob. Můžete použít použitý, ale provozuschopný transformátor. K napájení většiny podomácku vyrobených návrhů stačí nízkoenergetický zdroj o výkonu 7-15 wattů.

Pokud je transformátor zakoupen v obchodě, pak zpravidla neexistují žádné zvláštní problémy s výběrem správného transformátoru. Novinka má naznačeny všechny své hlavní parametry, jako např мощность, vstupní napětí, výstupní napětía také počet sekundárních vinutí, pokud jich je více.

Co když ale narazíte na transformátor, který již v nějakém zařízení fungoval, a chcete jej znovu použít k návrhu vlastního napájení? Jak určit výkon transformátoru, alespoň přibližně? Výkon transformátoru je velmi důležitý parametr, protože na něm bude přímo záviset spolehlivost napájecího zdroje nebo jiného zařízení, které sestavíte. Jak víte, energie spotřebovaná elektronickým zařízením závisí na proudu, který spotřebovává, a napětí potřebném pro jeho normální provoz. Přibližně tento výkon lze určit vynásobením proudu spotřebovaného zařízením (I_н na napájecí napětí zařízení (U_н). Myslím, že mnozí tento vzorec znají ze školy.

,kde U_н – napětí ve voltech; I_н – proud v ampérech; P – výkon ve wattech.

Podívejme se na určení výkonu transformátoru na reálném příkladu. Cvičit budeme na transformátoru TP114-163M. Jedná se o pancéřový transformátor, který je sestaven z lisovaných desek ve tvaru W a rovných. Stojí za zmínku, že transformátory tohoto typu nejsou nejlepší z hlediska účinnost (Účinnost). Dobrou zprávou ale je, že takové transformátory jsou rozšířené, často se používají v elektronice a lze je snadno najít na pultech prodejen rádií nebo ve starých a vadných rádiových zařízeních. Navíc jsou levnější než toroidní (nebo jinými slovy prstencové) transformátory, které mají vysokou účinnost a používají se v poměrně výkonných rádiových zařízeních.

Před námi je tedy transformátor TP114-163M. Zkusme zhruba určit jeho sílu. Jako základ pro výpočty si vezmeme doporučení z oblíbené knihy V.G. Borisov “Mladý rozhlasový amatér”.

Pro určení výkonu transformátoru je nutné vypočítat průřez jeho magnetického jádra. Ve vztahu k transformátoru TP114-163M je magnetické jádro sada lisovaných desek tvaru W a rovných desek vyrobených z elektrooceli. Takže pro určení průřezu je nutné vynásobit tloušťku sady desek (viz foto) šířkou středového laloku desky ve tvaru W.

Při výpočtu musíte respektovat rozměry. Je lepší měřit tloušťku sady a šířku centrálního okvětního lístku v centimetrech. Výpočty musí být také provedeny v centimetrech. Tloušťka sady zkoumaného transformátoru byla tedy asi 2 centimetry.

Dále změřte pomocí pravítka šířku centrálního okvětního lístku. To je těžší úkol. Faktem je, že transformátor TP114-163M má hustou sadu a plastový rám. Centrální okvětní lístek desky ve tvaru W je proto prakticky neviditelný, je zakryt deskou a je poměrně obtížné určit jeho šířku.

Šířku středového okvětního lístku lze měřit na straně, úplně první destička ve tvaru W v mezeře mezi plastovým rámem. První deska není doplněna rovnou deskou a proto je viditelný okraj středového laloku desky ve tvaru W. Jeho šířka byla asi 1,7 centimetru. I když uvedený výpočet je orientační, ale přesto je žádoucí provádět měření co nejpřesněji.

Vynásobíme tloušťku sady magnetických jader (2 cm.) a šířku středového laloku desky (1,7 cm.). Dostaneme průřez magnetického obvodu – 3,4 cm2. Dále potřebujeme následující vzorec.

,kde S – plocha průřezu magnetického obvodu; P_tr – výkon transformátoru; 1,3 – průměrný koeficient.

Po několika jednoduchých transformacích získáme zjednodušený vzorec pro výpočet výkonu transformátoru na základě průřezu jeho magnetického jádra. Tady je.

Dosadíme do vzorce hodnotu úseku S = 3,4 cm2 které jsme dostali dříve.

Výsledkem výpočtů získáme přibližnou hodnotu výkonu transformátoru ~ 7 Wattů. Takový transformátor stačí k sestavení napájecího zdroje pro 3-5 wattový monofonní audio zesilovač, například založený na čipu zesilovače TDA2003.

Zde je další z transformátorů. Označeno jako PDPC24-35. Toto je jeden ze zástupců transformátorů – „děti“. Transformátor je velmi miniaturní a samozřejmě nízkopříkonový. Šířka středového plátku desky ve tvaru W je pouhých 6 milimetrů (0,6 cm).

Tloušťka sady desek celého magnetického obvodu je 2 centimetry. Podle vzorce je výkon tohoto minitransformátoru roven asi 1 W.

Tento transformátor má dvě sekundární vinutí, jejichž maximální přípustný proud je poměrně malý, činí desítky miliampérů. Takový transformátor lze použít pouze k napájení obvodů s nízkou spotřebou proudu.