25 (331)

Elektronika dla informatyków

Elektronika dla informatyków

fS - pole przekroju poprzecznego rdzenia

Rys. 40

mały prąd -- maty strumień

' . _f

Acu Acu Acu

Ipe Średnia długość drogi magnetycznej

przekrój

Rys. 41

Fot. 43

duży prąd - strumień nie rośnie (rdzeń nasycony)

*Cu

I tu bardzo ważny wniosek: ograniczona jest gęstość strumienia, czyli indukcja, więc aby uzyskać potrzebny silny strumień, trzeba zastosować rdzeń o dużym przekroju S, czyli po prostu duży rdzeń.

Zwróć uwagę, że w zasadzie nadal nie ma tu bezpośredniego związku z mocą: duży rdzeń jest potrzebny dlatego, że chcemy pracować przy dużej wartości strumienia, który w małej liczbie zwojów zaindukuje potrzebne napięcia. Natomiast stosując mały rdzeń, czyli mając do dyspozycji mały przekrój, a tym samym mały strumień maksymalny, dla zaindukowania potrzebnych napięć, musimy z konieczności zastosować uzwojenia o dużej liczbie zwojów. I tu przechodzimy do czystej praktyki. Być może już to zauważyłeś, że czym mniejszy transformator sieciowy, tym więcej zwojów ma jego uzwojenie pierwotne, dołączane do napięcia 23 0V. Właśnie dlatego, że z uwagi na niewielki przekrój rdzenia niewielki jest też całkowity strumień. I aby ten mały strumień zaindukował potrzebne napięcia, trzeba wielu zwojów. A czym większa liczba zwojów, tym większa rezystancja i większe straty w miedzi.

Sporo już wiemy, ale żeby się w tym nie pogubić, spróbujmy podsumować dotychczasowe informacje.

strumień <X>

Ograniczenia,

ograniczenia...

W transformatorze sieciowym kluczowym problemem jest rezystancja miedzianych uzwojeń i straty mocy przy przepływie przez nią prądu. Straty mocy w tej rezystancji zmniejszają sprawność, czyli część mocy marnuje się, zamienia się na ciepło. Jednak kluczowym

Rys. 39

większy prąd -- większy strumień

ograniczeniem okazuje się... widok z boku temperatura uzwojeń, grożąca głównie uszkodzeniem izolacji    ^:

drutu.

Aby zmniejszyć straty w miedzi, korzystne byłoby zwiększenie grubości drutu i zmniejszenie liczby zwojów, ale to wymagałoby pracy przy dużej wartości strumienia magnetycznego.

Jednak w dostępnych materiałach magnetycznych występuje zjawisko nasycenia i niestety ograniczona jest maksymalna gęstość strumienia w rdzeniu.

Aby uzyskać duży strumień _

całkowity, trzeba zwiększać Rys. 42 przekrój rdzenia, czyli przy okazji zwiększać rozmiary j i ciężar, a także koszt transformatora.

W grę wchodzą jeszcze inne czynniki, między innymi materiał, z jakiego wykonano rdzeń i długość tzw. drogi magnetycznej w rdzeniu (lpe) - patrz rysunek 41.

Aby zmniejszyć rezystancję uzwojeń, można próbować zwiększyć grubość drutu, ale wtedy na przeszkodzie staną rozmiary rdzenia -ale już nie przekrój rdzenia (Afc), tylko rozmiary okna rdzenia, gdzie są umiesz-czone uzwojenia. Na rysunku 41 pole powierzchni przeznaczonej na uzwojenia oznaczone jest Acu- Zwiększenie przekroju rdzenia (Ap_e) zwiększy też średnią długość każdego zwoju oznaczoną l_Cu.

W sumie N - k r o t n e zwiększenie rozmiaru rdzenia powoduje N²-krotne (kwadratowe)

zwiększenie jego powierzchni, co jest istotne w kwestii chłodzenia. Spowoduje też N³-krot-ne (sześcienne) zwiększenie objętości i ciężaru, a także strat. Wywoła również N⁴-krotne (do czwartej potęgi) zwiększenie przenoszonej mocy, co akurat jest bardzo korzystne.

Mamy tu do czynienia z kilkoma czynnikami, po części wzajemnie sprzecznymi. Transformator to w zasadzie prymitywne urządzenie, ale przy projektowaniu transforma-

_ torów w grę wchodzą dość

skomplikowane zależności i nie ma tu jakiegoś precyzyjnego, jedynie słusznego wzoru.

Najogólniej biorąc, lepsze właściwości ma transformator, który ma „dużo żelaza” i „dużo miedzi”. Będzie on cięższy i droższy, ale jego sprawność będzie lepsza. Jednak ze względów ekonomicznych i innych (rozmiary, ciężar, koszt) chcemy stosować jak najmniejsze transformatory. Jeśli staramy się zmniejszyć ilość żelaza i ilość miedzi, oczywiście w rozsądnych granicach, to otrzymamy transformator „oszczędny”, a nawet „wyżyłowany”, mniej sprawny i mający pewne dodatkowe wady.

Dziś hobbyści korzystają z gotowych, fabrycznych transformatorów. Konstruktorzy transformatorów już wiele lat temu przeprowadzili obliczenia oraz eksperymenty z rdzeniami o różnych kształtach. Dziś w praktyce stosuje się trzy podstawowe rodzaje rdzeni w transformatorach sieciowych 50Hz. Od dawna znane i nadal używane są rdzenie z blaszanych kształtek zwanych El, z uwagi na podobieństwo blaszek rdzenia do liter E, I - rysunek 42 pokazuje szkic takiego klasycznego transformatora, zwanego płaszczowym. Na fotografii 43 przedstawione są transformatory z takim rdzeniem, składającym się

Bezprzewodowy regulator, temperatury

AOT5094

www.sklep.aut.pl

AKT-Korporacja Sp. z o.o„ 03-197 Warszawa, nl. Leszczynowa 11 tel. [phone], ta* 022 257 04 55. e mail: [e-mail]

Elektronika dla Wszystkich Listopad2010 29