Image109 (2)

Forum Czytelników

\

	i

A-.

Rys. 2 Najczęściej spotykane rdzenie transformatorów sieciowych:

a)    płaszczowy typu El,

b)    rdzeniowy typu Ul,

c)    zwijany (odpowiednik El) płaszczowy,

d)    zwijany rdzeniowy (odpowiednik Ul),

e)    płaszczowy typu NI.

Dla porównania włączałem też cyfrowy miernik cęgowy, ale jego wskazania zgadzały się tylko przy obciążeniu sinusoidalnym (rysunek la), natomiast w obwodach z prostownikami znacznie odbiegały od rzeczywistości i ostatecznie za miarodajne uznałem wskazania miernika analogowego magnctoclcktrycz-nego, który mierzy prąd w wartościach skutecznych.

Wyniki trochę mnie zaskoczyły i przeraziły, szczególnie jeśli chodzi o układy jednopo-łówkowe. ale popatrzymy jeszcze raz na rysunek 1. W układzie o obciążeniu rczystan-cyjnym wszystko jest jasne (rysunek la), prąd uzwojenia wtórnego jest jednocześnie prądem obciążenia R =3(2 W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd 0,31A Włączmy teraz w obwód Ri diodę krzemową (odpowiedniej mocy) i od razu przy takim samym obciążeniu (jednocześnie trzeba było około dwukrotnie zwiększyć napięcie wtórne) prąd pierwotny wzrósł ok. 3,5 raza, a transformator zaczął jakoś dziwnie brzęczeć. Podobnie było z obciążeniem pojemnośćiowym lub akumulatorem (rysunek 1 b, c). Wniosek jest taki, że układy jednopołówkowe można stosować tylko w obwodach o małym obciążeniu. Układy prostownicze dwupołowkowe w układzie mostkowym i przeć i wsobnym na ogół są traktowane jednakowo, a tymczasem w najczęściej stosowanych obciążeniach impulsowych (kondensator dużej pojemności, akumulator) są wyraźne różnice prądów w uzwojeniach. W układzie mostowym prąd pierwotny jest „normalny”, a prąd w tórny znacznie podwyższony w stosunku do prądu obciążenia. W układzie przeciwsobnym z kolei prąd wtórny jest prawie normalny, natomiast podwyższony jest prąd pierwotny (rysunek 1 c, g). Jakie są tego przyczyny? Na pewno wyjaśniono to w odpowiedniej literaturze, nam będzie natomiast potrzebne przy doborze lub obliczaniu transformatora. Jeśli chodzi o napięcia, to na prostownikach występują większe spadki niż podaje się w literaturze. Dla układu mostkowego zaleca się przyjąć spadek napięcia 1,2... 1,5V, a wynosi on 3V (rysunek ld).

Dla układu przeciwsobnego przyjmuje się 0.6...0.8V. a wynosi 2,3V (rysunek lf).

Nieco inaczej jest wtedy, gdy na obciążeniu dołączony jest duży kondensator lub akumulator. Napięcie na odbiorniku najczęściej jest wyższe niż na uzwojeniu wtórnym, a dzieje się to kosztem większego poboru prądu z transformatora. Transformator pracuje wtedy przy obciążeniu impulsowym, tj. prąd płynie tylko w „szczytach” napięcia wyjściowego prostownika. Do doświadczeń używałem autotransformatora 2,5kVA (w celu precyzyjnego ustawienia prądu obciążenia), włączonego po stronie pierwotnej. Często spotyka się regulację prądu wyjściowego poprzez włączenie regulatora fazowego na triaku w uzwojenie pierwotne. Na „oko” jakoś to działa, ale wystarczy włączyć w obwód pierwotny amperomierz i porównać z układem normalnym. Przekonamy się, że prąd pierwotny z triakicm jest znacznie większy niż w zwykłym połączeniu, dodatkowo często pojawiają się „górki” prądowe o wartości 2...3 razy większej. Aby mieć pełny obraz sytuacji, włączamy radio na falach długich, a wtedy słychać, co się dzieje w transformatorze. Takie rozwiązania są stosowane w tanich ładowarkach, ale jest to regulacja stanowczo niczalccana.

Obliczanie

transformatorów

Ponieważ w EdW nic było jeszcze artykułu na temat obliczania transformatorów, będę musiał opisać całą procedurę od podstaw.

Może zaczniemy od podziału i pomiarów rdzenia. Na rysunku 2 naszkicowałem najpopularniejsze kształty blach rdzeni składanych (a, b, c) oraz zwijanych (c, d). Rdzenie zwijane są w zasadzie też składane, bo zwoje z blachy są najpierw sprasowane i sklejone, a następnie przecięte najczęściej na połowę tak, żc tworzą dwie lub cztery „podkówki”.

Rys. 3 Umowne oznakowanie rdzenia transformatora:

A)    blacha E rdzenia typu El,

B)    połówka rdzenia zwijanego (odpowiednika Ul);

a - szerokość środkowego słupa (kolumny) lub jednego ze słupów przy typie rdzeniowym b - grubość pakietu lub szerokość zwijki dla rdzenia zwijanego c - szerokość słupów bocznych (potocznie „płaszcza” i stąd nazwa rdzeń płaszczowy) k - szerokość okna I - długość okna m - długość blachy

Rdzenie mają istotny wpływ na parametry transformatora, ale duże znaczenie ma :cż wielkość okna. Na rysunku 3 przedstawiłem fragmenty transformatorów o podobnym przekroju rdzenia, a kilkakrotnej różnicy wielkości, okna. Przekrój rdzenia oznacza się najczęściej literą S i jest to iloczyn a i b. W typowym transformatorze typu El długość okna I jest połową długości blachy m. a wymiary c i k są połową szerokości środkowego słupa (a). Bywają jednak wykroje o wydłużonym (1), jak też i poszerzonym (k) oknie. Oznakowanie (umowne) rdzenia przedstawiłem na rysunku 3 a i b.

Podstawową zależność transformatora UJ ₌ Z1 ₌ 12 U2 Z2 II

(z pominięciem strat) zna chyba każdy, więc nie będziemy tego szczegółowo wyjaśniać. Oczywiście przy obliczaniu konkretnym weźmiemy pod uwagę straty napięcia, mocy i rezystancję. Przekrój rdzenia obliczamy, mnożąc szerokość środkowej kolumny (lub jednego zc słupów dla Ul) przez grubość pakietu blach netto. Grubość lakieru lub tlenku jest bardzo mała i wystarczy podstawić wymiar b po mocnym skręceniu śrubą lub w imadle.

S = a x b [cm²] (I)

Jeśli szukamy przekroju do znanej mocy całkowitej, to:

S= 1.25 PI dla blach „starych” (2)

S= 1,1 !~P'. dla blach „nowych”

S = JP1 dla blach zwijanych S =    0,7JpT dla rdzeni toroidalnych

Dotyczy to transformatorów przeznaczonych do pracy ciągłej. Dla rdzeni toroidalnych

60 Sierpień 2005 Elektronika dla Wszystkich