Transformatory

Transformator jest urządzeniem elektrycznym przeznaczonym do zamiany układu napięć i prądów

przemiennych na układ napięć i prądów o innych z reguły wartościach, lecz takiej samej

częstotliwości. Zmiana ta odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego.

Podstawową właściwością transformatora jest więc możliwość zmiany wartość napięcia i prądu w

obwodzie prądu przemiennego. Obecnie potrzeba takiej zmiany występuje zarówno w obwodzie

prądu przemiennego zarówno w energetyce, m.in. przy przesyłaniu i rozdzielaniu energii

elektrycznej, jak też w zakładach przemysłowych i wielu urządzeniach powszechnego użytku (np.

zasilacz z regulowanym napięciem, radioodbiornik itp.). Z tego wynika konieczność produkowania

ogromnej liczby różnorodnych transformatorów.

Ze względu na zastosowanie transformatory można podzielić na trzy podstawowe grupy:

1. Transformatory energetyczne - stosowane przy przesyłaniu i rozdzielaniu energii

elektrycznej (zwane też transformatorami mocy)

2. Transformatory małej mocy - stosowane w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych w

automatyce, łączności, teletechnice.

3. Transformatory specjalne budowane dla różnych celów specjalnych, np. przekładniki

pomiarowe, transformatory spawalnicze, probiercze, piecowe, prostownikowe,

bezpieczeństwa itd.

Najistotniejsze funkcje spełniają transformatory energetyczne. To dzięki nim energia elektryczna

stała się bardziej dostępna, gdyż umożliwiły one przesyłanie dużych energii na wielkie odległości

przy jak najmniejszych stratach. Konieczność stosowania transformatorów przy przesyłaniu energii

wynika stąd, że tę samą moc pozorną S można przesłać liniami energetycznymi przy małym

napięciu U1 i dużym prądzie I1 lub przy dużym napięciu U2 i małym prądzie I2. Wynika to z zależności:

S = U1I1 = U2I2

Generatory w elektrowniach wytwarzają energię elektryczną o napięciu nie przekraczającym 25 kV

przy prądzie rzędu tysięcy amperów. Przesyłanie energii o takich parametrach byłoby związane z

ogromnymi stratami, gdyż straty energii w linii są tym większe im większy przepływa przez nią

prąd, dlatego też konieczne jest zmniejszenie prądu. Służy do tego transformator, który

zmniejszając prąd jednocześnie podwyższa napięcie (transformator podwyższający). Natomiast w

miejscu, gdzie są dołączone odbiorniki, należy obniżyć napięcie (zainstalować transformator

obniżający), gdyż odbiorniki mają zawsze napięcia znamionowe mniejsze od napięć przesyłowych.

Transformatory są stosowane nie tylko w energetyce zawodowej, lecz wszędzie tam, gdzie zachodzi

potrzeba zmiany wartości napięcia lub prądu w obwodach prądu przemiennego.

Z różnorodności zastosowań transformatorów wynika bardzo duży zakres mocy obecnie

produkowanych jednostek. Największe na świecie transformatory energetyczne są budowane na

moce rzędu 1 GVA i napięcia setek kilowoltów, najmniejsze zaś - stosowane w układach

elektronicznych - na moc poniżej 1 VA i napięcia kilku woltów. Taka różnorodność zastosowań

transformatorów oraz zakresu ich mocy i napięć pociąga za sobą różnorodność konstrukcji, jednak

zasada ich działania jest zawsze taka sama.

•

Zasada działania transformatora

Każdy transformator składa się z trzech podstawowych elementów:

•

uzwojenia pierwotnego (zasilanego),

•

uzwojenia wtórnego (odbiorczego),

•

rdzenia ferromagnetycznego, na którym są umieszczone oba uzwojenia (w specjalnych

zastosowaniach stosuje się transformatory bez rdzenia, tzw. transformatory powietrzne).

1

Uzwojenie pierwotne i wtórne stanowią obwody elektryczne transformatora, a rdzeń jest obwodem

magnetycznym. Uzwojenia nie są ze sobą połączone elektrycznie, a tylko sprzęgnięte strumieniem

magnetycznym przenikającym rdzeń. Dzięki istnieniu obwodu magnetycznego, prawie cały

strumień jest sprzęgnięty z obydwoma uzwojeniami transformatora. Niekiedy (bardzo rzadko)

stosuje się transformatory bez rdzenia.

W zasadzie działania transformatora wykorzystano szczególny przypadek zjawiska indukcji

elektromagnetycznej - indukowanie napięcia w układzie nieruchomym.

Uzwojenie pierwotne jest zasilane ze źródła napięcia sinusoidalnego. Pod wpływem napięcia

zasilającego w uzwojeniu pierwotnym płynie prąd przemienny (sinusoidalny) wywołując przepływ

strumienia magnetycznego. Pod wpływem tego przepływu powstaje przemienny strumień

magnetyczny, Znaczna część tego strumienia zamyka się przez rdzeń, a niewielka część zamyka

się przez powietrze i jest skojarzona tylko z uzwojeniem pierwotnym (strumień rozproszony

pierwotny). Strumień główny sprzęgając się z uzwojeniem wtórnym i uzwojeniem pierwotnym

indukuje w tych uzwojeniach siły elektromotoryczne zmieniające się tak jak strumień, a więc

również sinusoidalnie.

Jeżeli do zacisków uzwojenia wtórnego przyłączymy jakikolwiek odbiornik, to w zamkniętym

obwodzie tego uzwojenia popłynie prąd przemienny (sinusoidalny). Jednocześnie zmieni się

wartość prądu uzwojeniu pierwotnym i strumienia wytwarzanego przez przepływ pierwotny. Prąd

wtórny wytworzy swój strumień. Od chwili , gdy płyną prądy w obu uzwojeniach, strumień

magnetyczny zamykający się przez rdzeń jest strumieniem wypadkowym powstałym w wyniku

działania dwóch przepływów - pierwotnego i wtórnego.

W ten sposób energia elektryczna dostarczona do uzwojenia pierwotnego przy napięciu pierwotnym

i prądzie pierwotnym przetwarza się w energię elektryczną wydawaną z uzwojenia wtórnego przy

napięciu i prądzie wtórnym.

Jak wynika z rozważań, transformator może pracować tylko przy zasilaniu go ze źródła napięcia

przemiennego, bo tylko ciągła zmienność w czasie napięć, prądów i strumieni jest podstawą do

indukowania się napięcia.

Wszystkie linie przemiennego strumienia występującego w rdzeniu transformatora, sprzęgają się

zarówno z uzwojeniem pierwotnym jak i uzwojeniem wtórnym. W obu uzwojeniach indukują się

więc napięcia sił elektromotorycznych.

Siły elektromotoryczne zmieniają się sinusoidalnie. Wartości napięcia sił elektromotorycznych w

obu uzwojeniach zależą od prędkości zmian strumienia magnetycznego, który te uzwojenia

obejmuje. W każdym zwoju jednego lub drugiego uzwojenia powstaje taka sama siła

elektromotoryczna, zatem wartość indukowanego napięcia w całym uzwojeniu zależy od liczby

zwojów tego uzwojenia.

Oprócz podstawowego zadania (zmiana wartości napięcia i prądu), transformator może pełnić

również inne funkcje:

•

Uzwojenia transformatora nie są ze sobą połączone galwanicznie, umożliwia to izolowanie

od siebie obwodów elektrycznych. Jeżeli chcemy jedynie izolować od siebie pewne obwody

elektryczne bez zmiany wartości napięcia i prądu, to wprowadzamy do układu

transformator i jednakowej liczbie zwojów na obu uzwojeniach.

•

Transformator nie przenosi ze strony pierwotnej na wtórną składowych stałych prądu i

napięcia i dlatego może służyć jako filtr do ich eliminacji, przy zachowaniu składowych

przemiennych.

2

•

Z transformatorów można korzystać również wtedy, gdy chodzi o "dopasowanie"

elementów obwodu w celu uzyskania optymalnych warunków.

•

Transformator jest czwórnikiem o pewnej impedancji. czwórnik taki można włączyć między

źródło i odbiornik, np. w celu ograniczenia prądu zwarciowego.

•

Podstawowe określenia i wartości

Strona pierwotna transformatora jest to uzwojenie, które zasilamy ze źródła. Strona wtórna

transformatora jest to uzwojenie, do którego podłączamy odbiornik.

Wszystkie wielkości odnoszące się do strony pierwotnej (zasilanej) zawsze są oznaczane ze

wskaźnikiem 1 i nazywane wielkościami pierwotnymi, np.:

•

napięcie pierwotne - U1,

•

prąd pierwotny - I1,

•

liczba zwojów uzwojenia pierwotnego - N1 itd.

Wszystkie wielkości odnoszące się do uzwojenia wtórnego (odbiorczego) są oznaczane ze

wskaźnikiem 2 i nazywane wielkościami wtórnymi, np.:

•

napięcie wtórne - U2,

•

prąd wtórny - I2,

•

liczba zwojów uzwojenia wtórnego - N2 itd.

Jeżeli napięcie wtórne jest wyższe od pierwotnego, taki transformator nazywamy transformatorem

podwyższającym. Jeżeli napięcie wtórne jest niższe od pierwotnego, to taki transformator

nazywamy obniżającym. Z tego względu niezależnie od określeń pierwotne i wtórne stosuje się

określenia górne i dolne. Uzwojenie wyższego napięcia nazywa się uzwojeniem górnym, a

wszystkie wielkości odnoszące się do tego uzwojenia nazywa się górnymi i oznacza je wskaźnikiem

g, np.:

•

napięcie górne - Ug,

•

prąd górny - Ig,

•

liczba zwojów uzwojenia górnego - Ng itd.

Uzwojenie niższego napięcia nazywa się uzwojeniem dolnym, a wszystkie wielkości odnoszące

się do tego uzwojenia nazywa się dolnym i oznacza je ze wskaźnikiem d, np.:

•

napięcie dolne - Ud,

•

prąd dolny - Id,

•

liczba zwojów uzwojenia dolnego - Nd itd.

Tak więc napięcie pierwotne może być napięciem górnym lub dolnym i odwrotnie. Nie stosuje się

jednocześnie wskaźników "pierwotne i wtórne" oraz "górne i dolne".

Zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami, literami dużymi oznacza się wartości skuteczne napięć,

prądów i strumieni, a literami małymi wartości chwilowe. Wskaźnik m przy dużej literze oznacza wartość maksymalną tej wielkości.

Dla użytkownika niezmiernie istotne są wielkości znamionowe. Wszystkie wielkości znamionowe

są oznaczone ze wskaźnikiem N i uwidocznione na tabliczce znamionowej. Zgodnie z P-83/E-

06040 na tabliczce znamionowej transformatora podaje się:

•

nazwę lub znak wytwórni,

•

rok produkcji,

•

typ transformatora wg oznaczeń wytwórcy,

3

•

numer fabryczny transformatora,

•

przepisy (numer normy), wg których transformator został wykonany,

•

dopuszczalną temperaturę otoczenia,

•

moc znamionową (moc pozorną w VA lub kVA),

•

napięcie znamionowe,

•

liczbę faz,

•

napięcie zwarcia,

•

prądy znamionowe,

•

częstotliwość,

•

straty w stali (jałowe)

•

straty w miedzi przy obciążeniu znamionowym (obciążeniowe),

•

stopień ochrony,

•

rodzaj chłodzenia,

•

klasę izolacji,

•

masę całkowitą,

•

grupę połączeń dla transformatorów wielofazowych.

Tabliczki znamionowe transformatorów małych mocy zawierają znacznie mniej danych, a często

dodatkowo podaje się na nich liczbę zwojów w obu uzwojeniach.

Jako moc znamionową transformatora podaje się moc pozorną SN, a nie moc czynną PN, jak np.

dla silników, grzejników itp. Moc znamionowa daje informację użytkownikowi o dopuszczalnym

obciążeniu. Praca przy obciążeniu większym od znamionowego powoduje nadmierne nagrzanie,

mogące doprowadzić w konsekwencji do awarii. Transformator nagrzewa się głównie wskutek strat

w uzwojeniach zależnych od prądu oraz strat w stali zależnych w przybliżeniu od napięcia.

Parametrami miarodajnymi dla nagrzania są zatem wartości napięcia UN i prądu IN, praktycznie niezależnie od kąta przesunięcia fazowego między nimi. O nagrzaniu transformatora decyduje więc

moc zależna tylko od wartości napięcia i wartości prądu, a niezależna od współczynnika mocy;

mocą tą jest moc pozorna SN = UNIN

Napięcie znamionowe transformatora określa się w stanie jałowym, czyli przy prądzie

obciążenia równym zeru. Jeżeli transformator nie jest obciążony, a jest zasilany z sieci o napięciu

znamionowym, czyli U1 = U1N, to napięcie strony wtórnej tego transformatora w stanie jałowym

będziemy nazywać napięciem znamionowym, czyli gdy I2 = 0, to U20 = U2N.

Przekładnia transformatora (zgodnie z normą) jest to stosunek napięcia górnego do napięcia

dolnego mierzonych na zaciskach transformatora będącego w stanie jałowym

Często w odniesieniu do przekładni transformatora jest używane określenie, przekładnia

napięciowa. Przekładnia jest parametrem transformatora, określającym jego zdolność do zmiany

wartości napięcia. Przekładnia ma zawsze wartość większą od 1, zwykle mówi się więc:

transformator podwyższający (lub obniżający) o przekładni 10. Przyjmując pewne uproszczenia

możemy napisać, że:

Oznacza to, że stosunek napięć występujących jednocześnie na zaciskach uzwojeń transformatora

w stanie jałowym jest w przybliżeniu równy stosunkowi liczb zwojów.

Aby określić przybliżoną zależność między prądami obu uzwojeń, należy skorzystać z zasady

zachowania mocy. Dla uproszczenia pominiemy wszystkie straty mocy czynnej i mocy biernej,

stąd:

Pg = Pd i Qg = Gd

a zatem i moce pozorne będą sobie w przybliżeniu równe

4

Sg = Sd

Ponieważ Sg = UgIg oraz Sd = UdId, zatem:

Stąd wynika następujący wniosek: W uzwojeniu wyższego napięcia płynie prąd mniejszy, a w

uzwojeniu niższego napięcia - prąd większy. W transformatorze następuje więc zmiana wartości

napięcia i prądu przemiennego przy stałej niezmiennej częstotliwości.

•

Podział transformatorów

Transformator sieciowy jest przykładem transformacji jednej wartości napięcia zmiennego na

inną, np. 230 V na 11 V. Moc przenoszona przez transformator ulega zmniejszeniu o wartość strat.

Ponieważ moc jest iloczynem wartości napięcia i natężenia prądu, więc w przykładowym

transformatorze przy poborze 1 A po stronie wtórnej co najmniej 0,05 będzie przepływać po stronie

pierwotnej.

Transformator jest obliczany na pewną maksymalną moc, której nie wolno przekraczać. Oznacza

to, że rezystancje uzwojeń muszą być wystarczająco niskie, aby nie dawały zbyt dużych spadków

napięcia. Oznacza to także, że rdzeń transformatora musi mieć wystarczającą wielkość aby nie był

nasycany. Wielkość ta decyduje nie tylko o przenoszonej mocy, ale również o częstotliwości pracy.

Ogólnie, im mniejsza częstotliwość przenoszona, tym większy rdzeń jest niezbędny.

Rdzeń nie może stanowić jednolitej masy, ponieważ prądy wirowe, które w takim przypadku

powstają, powodują duże straty. W związku z tym używa się blach transformatorowych, które są

układane w pakiet blaszek, wzajemnie od siebie odizolowanych. Są one często wycinane w formie

liter E i I. Tworzą w ten sposób rdzeń EI, w którym uzwojenie umieszczone jest w środku, aby

uzyskać możliwie duże pole magnetyczne.

W pewnych zastosowaniach strumień rozproszenia może być krytyczny. Dotyczy to np.

wzmacniaczy Hi - Fi i urządzeń pomiarowych, w których pole indukuje przydźwięk sieci. W takich

wypadkach lepszym rozwiązaniem są transformatory o rdzeniu toroidalnym, ponieważ dają one

bardzo małe rozproszenie. Właściwością rdzeniu toroidalnych jest to, że prądy załączenia są

większe niż w transformatorach o rdzeniu IE. Przenoszą one również, w dużo większym stopniu,

zakłócenia sieciowe. Rdzenie toroidalne używane są rzadko do mocy powyżej 500 VA.

Transformatorami pełnymi nazywamy transformatory z oddzielnymi uzwojeniami pierwotnymi i

wtórnymi. Posiadają one galwaniczne oddzielnie wejścia i wyjścia.

Autotransformatory mają wspólne uzwojenie pierwotne i wtórne. Dlatego ten typ transformatorów

nie posiada oddzielenia galwanicznego między wejściem i wyjściem, ale może być używany

zarówno do transformacji napięć w górę jak i w dół. Ze względu na "ścisłe" sprzężenie między uzwojeniami i fakt, że uzwojenie zajmuje mniej miejsca, ten typ transformatora posiada mniejsze

wymiary niż porównywalny transformator dwuuzwojeniowy.

Transformator regulacyjny jest najczęściej odmianą autotransformatora, gdzie odczep

uzwojenia wtórnego jest ruchomy, tak że napięcie w tym uzwojeniu można zmieniać. Jest on

bardzo praktyczny w zastosowaniach laboratoryjnych, gdzie chcemy badać jak aparatura

zachowuje się przy zmiennych napięciach zasilania. Transformator regulacyjny produkowany może

być również w wersji dwuuzwojeniowej, czyli jako pełny transformator.

Transformator separujący jest transformatorem dwuuzwojeniowym, którego używa się do

zasilania urządzeń napięciem odizolowanym od podstawowej sieci zasilającej. W laboratoriach

pomiarowych stosuje się go np. tam, gdzie nie można używać uziemionych wyjść sieciowych,

ponieważ wtedy otrzyma się pętlę uziemień, które mogą mieć wpływ na wynik pomiarów. Bieguny

sieci mają jak wiadomo 230 V i O V w stosunku do ziemi. Uzwojenie wtórne transformatora

separującego można pozostawić nieuziemione i w takim wypadku nie daje ono napięcia w stosunku

do ziemi (napięcie wtórne pozostanie "pływające") To pływające napięcie zmniejsza zasadniczo 5

ryzyko dla osób pracujących w laboratorium. Transformator może być wyposażony w ekran

pomiędzy stroną pierwotną i wtórną, aby zapobiec zakłóceniom przenoszonym pojemnościowo.

Transformator bezpieczny i pośredni do celów ochronnych winny być używane, aby

ograniczyć ryzyko porażenia prądem w urządzeniach elektrycznych i przedmiotach powszechnego

użytku. Transformatory te muszą mieć zapewnioną izolację pomiędzy stroną pierwotną i wtórną, a

także ograniczone napięcie wyjściowe, które może wynosić 12, 24, 42 i 115V w zależności od

wymaganego zastosowania.

Transformatorem bezpiecznym nazywamy taki transformator, który posiada tzw. bezpieczne

niskie napięcie pracy, najwyżej 50 V, transformator pośredni dla celów ochrony to taki, który

dostarcza napięcia w zakresie pomiędzy 50 i 125 V.

Do zabawek powinno się używać tzw. transformatorów zabawkowych, które dają napięcie o

wartości najwyżej 24 V i zapewniają bezpieczeństwo w przypadku nieostrożnej obsługi.

Transformator dzwonkowy to transformator przeznaczony do dzwonków drzwiowych i

podobnych zastosowań. Może mieć on wartość prądu zwarciowego najwyżej 10 A, aby uniknąć

ewentualnego uszkodzenia przewodów dzwonkowych, które mogą przenosić tylko krótkotrwałe

obciążenia.

Transformatory małej częstotliwości (m.cz., akustyczne) spełniają zadania, które różnią się

zasadniczo od zadań transformatorów sieciowych. Używa się ich przede wszystkim nie w celu

transformatorowania wartości napięcia, ale do transformacji impedancji. Używane są do

dopasowywania impedancji pomiędzy np. dwoma stopniami wzmacniacza lub też do dopasowania

impedancji między wzmacniaczem i głośnikiem.

Przełożenie impedancji dokonuje się z kwadratem przekładni uzwojenia (przełożenia

napięciowego), tzn. transformator z przełożeniem uzwojenia 10:1 ma przełożenie impedancji

100:1.

Transformatory małej częstotliwości do zastosowań Hi - Fi muszą przenosić cały zakres

częstotliwości akustycznych 20 Hz do 20 kHz bez zmian w tłumieniu i bez większych przesunięć

fazowych. Oznacza to w praktyce, że muszą one przenosić jeszcze szerszy zakres częstotliwości.

Dlatego jest znacznie trudniej skonstruować i zbudować transformator małej częstotliwości, niż

transformator sieciowy, który musi funkcjonować dobrze tylko przy jednej częstotliwości.

Transformator wyjściowy akustyczny jest bardzo krytycznym elementem. Obecnie znowu stało

się to aktualne w związku z tendencją budowy wzmacniaczy Hi - Fi i innych przyrządów w oparciu o

lampy elektronowe. Lampy powinny być obciążane optymalną impedancją wynikającą z ich

charakterystyk. Chodzi tu o impedancję rzędu wielu kohm, która przy pomocy transformatora

dopasowywana jest do niskiej impedancji głośnika. Ta wysoka impedancja oznacza wiele zwojów

uzwojenia pierwotnego, posiadających określoną pojemność. W celu uniknięcia rezonansu, który

przypada w pobliżu zakresu tonów słyszalnych, staramy się utrzymać tę pojemność na jak

najniższym poziomie, poprzez nawijanie transformatora sekcjami: na przemian sekcje uzwojenia

pierwotnego i wtórnego. Poprawia to również stopień sprzężenia między uzwojeniami. Czasami

stosuje się specjalne stopy na rdzeń, aby straty były jak najniższe.

Transformatory małych częstotliwości używa się np. w mikrofonach, w przetwornikach

gramofonowych z ruchomą cewką oraz na wejściach wzmacniaczy. Również tu istnieje wymaganie

dużej szerokości pasma. Szczególnie ważne jest aby transformator znajdujący się na początku

łańcucha wzmacniającego był jak najlepiej zaekranowany przeciwko polu wytwarzanemu przez sieć

energetyczną. Bardzo efektywne ekranowanie dają tzw. mumetale.

Transformatory modemowe zapewniają galwaniczne odseparowanie modemu od sieci

telefonicznej. Zbudowane są tak, aby spełniać normy stawiane przez przepisy telekomunikacyjne.

Należy zwrócić uwagę, że normy te mogą znacznie różnić się w różnych krajach. W Szwecji

wystarczy np. wytrzymałość napięciowa 2,5 kV, a w innych, np. w Wielkiej Brytanii i w Niemczech,

wymaga się 4 kV.

Transformator częstotliwości pośrednich składa się z dwóch połączonych stopni

rezonansowych. Jest on skonstruowany na pewne częstotliwości pracy np. 455 kHz (AM) lub 10,7

MHz (FM), które mogą być dostrojone przy pomocy ruchomych rdzeni. Przy AM, SSB, i CW

6

pożądane jest by pasmo było możliwie wąskie, tzn. by wartość Q była jak największą, podczas gdy

transformatory dla radia FM powinny mieć szerokość pasma ok 250 kHz, dla uniknięcia

zniekształceń. W tunerach Hi - Fi wymagana jest najczęściej większa szerokość pasma gdyż

chcemy mieć jak najniższe zniekształcenia, podczas gdy w radiu samochodowym możemy

tolerować większe zniekształcenia, dla uzyskania w zamian większej czułości i selektywności.

Transformator prądowy zwany również przekładnikiem prądowym, stosuje się do pomiaru -

za pośrednictwem pola magnetycznego - natężenia prądu płynącego przez przewód. Oznacza to, że

obwód przepływu prądu nie musi być przerywany dla dokonania pomiaru. Transformatorów tych

używa się np. w wyłącznikach różnicowo - prądowych.

•

Budowa transformatorów małej mocy

Rdzenie transformatorów małej mocy wykonuje się z materiałów magnetycznie miękkich, które

można podzielić na trzy podstawowe grupy:

•

blachy żelazo - krzemowe walcowane na zimno i na gorąco,

•

blachy ze stopów żelazo - niklowych lub żelazo - kobaltowych,

•

ferryty - najczęściej manganowo - cynkowe i niklowo - cynkowe.

Blachy i taśmy są produkowane o grubości od 0,1 do 0,35 mm. Ferryty (stopy niemetaliczne) są

stosowane do budowy rdzeni transformatorów pracujących w szerokim zakresie częstotliwości.

Rdzenie (często nazywane magnetowodami) transformatorów małej mocy mogą mieć kształt:

•

Kwadratowy lub prostokątny - rdzenie kształtkowe

Blachy, z których składa się rdzenie, są dwustronnie izolowane przez pokrycie warstwą

tlenków lub lakierów izolacyjnych. Po złożeniu rdzenia nakłada się na niego obejmę, która

ma na celu wzmocnienie konstrukcyjne transformatora.

•

Zbliżony do prostokąta - rdzenie zwijane

7

Rdzenie zwijane (cięte rdzenie taśmowe) uzyskuje się zwijając taśmę magnetyczną na

zasadzie sprężyny zegarowej. Rdzenie te zwija się na odpowiednich szablonach, następnie

wyżarz i klei, a wreszcie przecina. Otrzymane dwie połówki rdzenia umożliwiają oddzielne

nawijanie uzwojeń na korpusach, do których jest następnie wkładany rdzeń i ściskany przez

obejmę i obudowę.

•

Okrągły - rdzenie ferrytowe

Transformatory o rdzeniach pierścieniowych (okrągłych) nie mają szczeliny, a więc

rozproszenie jest bardzo małe, dzięki czemu straty są ograniczone do minimum. W

transformatorach tego typu uzwojenie jest nawijane bezpośrednio na rdzeń, co wiąże się z

trudnościami przy uzwajaniu.

Uzwojenia transformatorów małej mocy wykonuje się z drutu miedzianego (znaczeni rzadziej

aluminiowego) o przekroju kołowym. Drut ten pokrywa się materiałami izolacyjnymi, najczęściej

emalią lub coraz powszechniej stosowanymi żywicami syntetycznymi: poliestrowymi i

epoksydowymi. W przypadku, gdy są wymagane małe straty w uzwojeniach, używane są druty

nawojowe w izolacji: emalia-jedwab. Uzwojenia wykonuje się na nawijarkach, przez zawijanie drutu

na tzw. korpus (karkas). Korpusy są wykonywane z papieru bakelizowanego, tkaniny bakelizowanej

(korpusy składane) albo z tworzyw termoutwardzalnych lub termoplastycznych (korpusy

prasowane). Każdą warstwę uzwojenia izoluje się (izolacja międzywarstwowa) najczęściej papierem

kondensatorowym, często nasyconym impregnatem, lub ceratką izolacyjną. Uzwojenie dolne i

górne również przedziela się warstwą izolacji (izolacja międzyuzwojeniowa) - może tu być

stosowany również papier nasycany, ceratka lub tkanina bakelizowana czy szklana. Wykonane

uzwojenie izoluje się (tzw. izolacja główna) najczęściej żywicą utwardzalną.

•

Uproszczony projekt transformatora małej mocy

8

Projektowanie transformatorów małej mocy sprowadza się najczęściej do doboru typu kształtki i

przekroju rdzenia S oraz obliczenia liczby zwojów N i średnicy przewodów. W tym celu oprócz warunków chłodzenia trzeba znać wartość indukcji B w rdzeniu oraz gęstość prądu J w

uzwojeniach. Obliczenia te nie są zbyt skomplikowane, jednak elektronicy amatorzy najczęściej

posługują się obliczeniami szacunkowymi. Do tych obliczeń mogą służyć przedstawione poniżej

uproszczone zależności umożliwiające wyznaczenie trzech niezbędnych i wystarczających danych

do obliczenia jednofazowego transformatora powietrznego małej mocy. Obliczenia te opierają się

na wzorach empirycznych i mają postać:

•

Pole przekroju rdzenia

•

Liczba zwojów przypadających na 1 V

•

Średnica drutu nawojowego

•

Przykład uproszczonego projektu transformatora małej mocy

Transformator o napięciach 222/6,3/4 V ma dwa uzwojenia wtórne, jedno na napięcie 6,3 V i prąd

I2 = 3 A; drugie na napięcie 4 V i prąd I3 = 1 A. Obliczyć podstawowe dane dla tego

transformatora.

Łączna moc

P = 6,3 * 3 + 4 * 1 = 18,9 + 4 = 23 [VA] (przybliżenie)

Transformator pobiera z sieci moc Pin większą niż moc P, gdyż występują straty. Załóżmy, że sprawność wynosi n = 0,7 wówczas

Pin = P / n = 23 / 0,7 = 33 [VA]

Pole przekroju rdzenia liczymy ze wzoru

SFe = 5,7 cm2 = 6 cm2 (przybliżenie)

Liczba zwojów na 1 V:

N = 45 / SFe = 45 / 6 = 7,5 [zwojów]

Pierwsze uzwojenie wtórne powinno mieć:

N2 = N * 6,3 = 7,5 * 6,3 = 48 [zwojów]

Drugie uzwojenie wtórne powinno mieć:

N3 = N * 4 = 7,5 * 4 = 30 [zwojów]

Uzwojenie pierwotne powinno mieć:

9

N1 = N * 220 = 7,5 * 220 = 1650 [zwojów]

Do wykonania uzwojeń dobieramy (z tablic) drut o przekrojach dostosowanych do wartości prądów

w tych uzwojeniach.

10