"Класичний" перетворювач напруги - це трансформатор, розрахований на стандартні 50 Гц.
Робота трансформатора заснована на принципі взаємної індукції, який полягає у виникненні індукованого поля в провідниках, що знаходяться поблизу від інших провідників з змінними струмами. Так якщо сила струму в контурі 1 змінюється, то в контурах 2 і 3 (рис. 1), що не містять джерело струму, виникає індуковане поле, що характеризується е.р.с. взаємної індукції E21. У обмотках 2 і 3 створюється індукційний струм. За законом електромагнітної індукції Фарадея:
де Ф - потік магнітної індукції, який створюється магнітним полем струму l1.
Магнітний потік пропорційний силі струму в контурі:
де М - взаємна індуктивність другого і першого контурів. М залежить від взаємного розташування контурів, геометричної форми і розмірів контурів, а крім того від магнітної проникності середовища, в якій знаходяться контури. При холостому ході трансформатора, коли струм у вторинній обмотці відсутня (l2, 3 = 0), відношення абсолютних значень напруг на кінцях вторинних і первинної обмоток називається коефіцієнтом трансформації k.
де N кількість витків в обмотці.
Як уже згадувалося, конструкція трансформатора складається з магнітопровода, котушки з обмотками і кришки, призначені для збирання та кріплення трансформатора. Призначення магнітопровода полягає в тому, щоб створити для магнітного потоку замкнутий шлях, що володіє можливо меншим магнітним опором. Тому магнітопроводи трансформаторів необхідно виготовляти з матеріалів, володіють високою магнітною проникністю в сильних змінних магнітних полях.
Рис 1. Пристрій трансформатора з двома вторинними обмотками.
Ізоляція обмотки від магнітопроводів здійснюється за допомогою каркасів, виготовлених з негігроскопіческого матеріалу з хорошою електричної і механічної міцністю. Також котушка трансформатора містить междуслоевую, межобмоточную і зовнішню ізоляцію.
Магнитопровод повинен бути добре скріплений для отримання механічно міцної конструкції. Після збірки стягується обоймою, яка одночасно використовується і для кріплення трансформатора до шасі. Обойма повинна бути ізольована від магнітопроводу папером або прессшпаном. Висновки провідників обмоток припаюються до пелюстків, розташованим по зовнішньому периметру котушки в торцевих її частинах.
В першу чергу виготовляється котушка. Склеюється каркас. Намотується необхідне у витків дроту первинної обмотки. Для виключення межслоевой замикання, а також для більш рівною укладання проводів використовується межслоевой ізоляція (папір). Кінці паперу проклеюються. Потім проклеюється межобмоточная ізоляція, потрібна для ізоляції обмоток. Далі операція повторюється
Під другу чергу збирається каркас. Магнітопровід збирається в стик з двох сердечників підковоподібної форми (С-образні) або Ш-подібної форми. Для отримання можливо меншого магнітного опору в місцях стику С-образних сердечників їх торцеві поверхні піддаються шліфуванню. Потім, після того, як на магнітопровід надіта котушка, обидві половини склеюються спеціальною ферритовой пастою.
Обмотки трансформатора повинні бути добре ізольовані як від магнітопроводу, так і друг від одного. Ізоляція обмотки від магнітопроводу здійснена за допомогою каркаса, виготовленого з електротехнічного картону (прессшпана).
Крім каркаса, який уберігає обмотки від зіткнення з магнітопроводом, котушка трансформатора містить межслоевой, межобмоточную і зовнішню ізоляцію. Межслоевой ізоляції служить для ізоляції окремих верств кожної обмотки один від одного. Межобмоточная ізоляція служить для створення ізоляції між обмотками, а зовнішньої ізоляція охороняє обмотку від пробою на корпус і на сусідні деталі, а також від зовнішніх пошкоджень. Висновки обмоток припаюються до пелюстків, які розміщуються на щічці каркаса. Для отримання механічно міцною конструкції і для кріплення трансформатора до основи використовується кожух.
Котушка трансформатора просочується лаком. По закінченні збірки трансформатор маркується.
Характеристики трансформатора
Електромагнітною потужністю трансформатора називається потужність, що передається з первинної обмотки у вторинну електромагнітним шляхом. Вона дорівнює добутку е.р.с. цієї обмотки на величину струму навантаження, тобто
P = E2I2
Корисною, або отдаваемой, потужністю трансформатора називається твір ефективного напруги на затискачах вторинної обмотки на величину її навантажувального струму
P2 = U2I2
Розрахункової потужністю трансформатора називається твір ефективного струму, протікає по обмотці, на величину напруги на її затискачах. Ця потужність характеризує собою габаритні розміри обмотки, тому число витків обмотки визначається напругою на її затисках, а переріз проводу - ефективним струмом. Розрахункова потужність первинної обмотки дорівнює добутку напруги на її затискачах і струму, споживаного трансформатором з мережі, тобто
P1 = U1I1
Типовий, або габаритної, потужністю називається потужність, що визначає розміри всього трансформатора. Її величину визначають за формулою
Pтіп = (P1 + P2)/2
де P1 і P2 - розрахункові потужності обмоток трансфор-матора.
В процесі роботи трансформатора в його магнітопроводі і в його обмотках затрачається певна частина підводиться до нього енергії і тому потужність, споживана трансформатором з мережі, завжди більше потужності, віддається навантаженні.
Конструктивні характеристики визначаються вагою, габаритами, формою, пристосованістю до спільному розміщенню з іншими елементами конструкції радіоелектронного блоку або апарату, а також пристосованістю до економічно доцільному процесу виготовлення.
Експлуатаційними характеристиками трансформатора є довговічність і надійність.
Вольтамперная характеристика
Найважливіша характеристика будь-якого джерела струму - ВАХ - у нього визначена конструктивно і не може бути змінена в процесі експлуатації. Звідси посередні динамічні якості. Такий апарат має велику вагу і крупні габарити, але зате надійний і практично "не вбиваємо". Якщо він обладнаний випрямлячем, то часто допускає роботу на струмі двох родів.
На сучасних моделях часто використовують тиристорне управління вихідними параметрами. Це дозволяє знизити масу і габарити, зменшити "Інертність", реалізувати деякі корисні функції і поліпшити динамічні характеристики. У таких апаратів можливі корекція ВАХ і робота з дуже маленькими струмами (до 2 А). Практично всі такі джерела мають вихід тільки по постійному струму.
При проектуванні джерел живлення для зварювальних апаратів необхідно враховувати особливості ВАХ останніх. Так, при індуктивному навантаженні (зварювальний трансформатор), зовнішня характеристика синхронного генератора має різко падаючий характер, причому із зменшенням cos падіння напруги підсилюється (рис.2, X> 0). При активно-ємнісний навантаження (зварювальний інвертор) cos випереджаюче і з ростом споживаного струму напруга зростає тим сильніше, чим менше cos (рис 2, X <0). При U = 0 (коротке замикання) всі характеристики перетинаються в одній точці, що відповідає значенню струму трифазного короткого замикання.
Рис. 2. ВАХ зварювального апарату.
Розглянемо докладніше схему і принцип роботи зварювального апарату: розберемося в технічній реалізації апарату електродугового зварювання.
Процес електродугового зварювання (без подачі інертного або каталітичного газу) полягає у створенні умов для утворення електричної дуги при напрузі 50 ... 80 В між електродом і зварюваних деталями та подальшим підтриманням дуги при напрузі 18 ... 25 В для розплавлення матеріалу деталей і електрода. Джерело напруги зварювального апарата повинен володіти хорошими динамічними характ...
