Transformatory sieciowe cz. 2 – praktyka

Po garści podstawowych informacji z pierwszej części Transformatory sieciowe cz. 1 – podstawy, zajmiemy się praktyką. Nie będziemy nawijać transformatora od postaw, bo w warunkach domowych i bez nawijarki jest to dość nużące (uzwojenie pierwotne to kilkaset zwojów drutu). Przewiniemy gotowy transformator sieciowy, w którym napięcie wyjściowe fabrycznego uzwojenia wtórnego nie było mi do niczego przydatne (160V).

Przewijamy transformator sieciowy

Przed przystąpieniem do pracy należy określić czy w ogóle da się rozłożyć rdzeń, w moim przypadku był to stary, dobry transformator TS70/XX, złożony z blach EI i nawinięty porządnym, miedzianym drutem.

Kolejnym krokiem jest podłączenie transformatora do sieci i zmierzenie napięcia wyjściowego na uzwojeniu wtórnym, odczytaną wartość zapisujemy i odkładamy w bezpieczne miejsce. Po rozłożeniu transformatora odwijamy uzwojenie, skrzętnie licząc zwoje – warto też to zapisać. Dzieląc ich liczbę przez zmierzone napięcie otrzymujemy N, czyli liczbę zwojów/wolt. Wystarczy tę wartość pomnożyć przez napięcie jakie chcemy otrzymać i mamy gotową liczbę zwojów uzwojenia wtórnego. Dzieląc moc transformatora przez napięcie wyjściowe otrzymujemy prąd uzwojenia, który pozwoli na obliczenie średnicy potrzebnego drutu. U mnie to wyglądało nieco inaczej, bo transformator rozłożyłem 15 lat temu i kartka z zapisanym fabrycznym napięciem wyjściowym i liczbą zwojów oczywiście zaginęła… Miałem do dyspozycji tylko to:

Czyli mogłem obliczyć przekrój rdzenia S (wysokość x szerokość okna na rdzeń w karkasie). Nie wiedziałem jaka wartość Bm została przyjęta przez producenta, więc obliczenie dokładnej ilości zwojów/wolt było niemożliwe – mogłem określić tylko zakres od  3,0 do 4,1zw/V. Poszedłem inną drogą – nawinąłem izolowaną żyłą ze skrętki komputerowej 30 zwojów i złożyłem transformator. Po podłączeniu do sieci napięcie wyjściowe wyniosło 8,3V, podstawiając do wzoru na liczbę zwojów wychodzi:

Problem w tym, że uzwojenie pierwotne nie jest obciążone nominalnym prądem i uzyskana wartość jest niezbyt dokładna. Ale dzięki nomogramowi mogą wyznaczyć jaką wartość Bm przyjął producent, przypuszczając, że będzie to jakaś okrągła liczba typu 10000, 11000 czy 12000. Po przyłożeniu linijki, tak by przecinała 11cm² i 3,6zw/V otrzymałem Bm 11500, wartość prawdopodobna, ale ja założyłem 12000, co dało 3,5zw/V:

Chcę uzyskać napięcie wyjściowe równe 14V, więc 14*3,5=49 zwojów. Zakładam prąd w uzwojeniu 5A, wiedząc, że gęstość prądu to 3A/mm2, potrzebuję drutu o przekroju 1,67mm2, czyli średnica wynosi 1,46mm. Dysponowałem drutem o średnicy 1mm, który złożyłem w pół i nawijanąłem uzwojenie wtórne bifilarnie, czyli jednocześnie dwoma drutami, dało mi to przekrój 1,57mm2, trochę za mało, ale jak się nie ma co się lubi, to się lubi co się ma :). Uzwojenie wtórne musi być nawinięte w tym samym kierunku co uzwojenie pierwotne! Należy to robić ściśle, zwój by zwoju. Niedbale nawinięty transformator będzie głośno buczał, poza tym może się okazać, że uzwojenia wychodzą poza karkas i nie da się założyć rdzenia.

Koniec uzwojenia należy zamocować tak, by drut się nie poluzował lub co gorsze odwijał. Składając blachy rdzenia również trzeba zachować staranność. Ostatnie 2-3 kształtki mogą stawiać opór, który pokonamy lekkim młotkiem. Blachy w źle złożonym rdzeniu będą strasznie hałasować podczas pracy. Często rdzeń trzeba jeszcze skręcić za pomocą śrub.

Transformator jest praktycznie gotowy, można przystąpić to testów. Jeśli po podłączeniu napięcia sieciowego do uzwojenia pierwotnego usłyszymy głośne buczenie a transformator zacznie się nagrzewać mimo braku obciążenia, to coś poszło nie tak (luźne zwoje lub blachy, przebicie). Jeśli wszystko wygląda ok, to zostawiamy podłączony transformator i mierzymy napięcie na wyjściu:

Ups… Miało być 14V a jest 10% więcej. Na szczęście transformator jest nieobciążony :). Jeszcze chwila niepewności, odłączam zasilanie sieciowe, do uzwojenia wtórnego podłączam żarówkę H4 12V 55W i włączam napięcie:

No i jest dobrze. Różnica między zakładanym a otrzymanym napięciem wynosi 3%, więc całkiem nieźle. Nawijając transformator od zera, przy prawidłowych obliczeniach uzyskuje się jeszcze większą dokładność.

Mój transformator ma uzwojenie wtórne nawinięte podwójnym drutem (bifilarnie), rozdzielając jego końce otrzymujemy dwa identyczne, symetryczne, niezależne uzwojenia. Łącząc koniec pierwszego z początkiem drugiego, otrzymamy dwukrotnie wyższe napięcie na wyjściu. Jeśli połączymy razem początek pierwszego z końcem drugiego i koniec pierwszego z początkiem drugiego uzwojenia, to otrzymamy na wyjściu 0V – napięcia zniosą się.

Transformatory o nieznanych parametrach

Zdarza się, że mamy w zapasach transformatory z odzysku o nieznanych parametrach. Moc obliczymy na podstawie pola powierzchni przekroju rdzenia:

Czyli przekrój naszego rdzenia wynosi 8,41cm², po odjęciu 10% na izolację blach otrzymujemy 7,6cm², a odczytana z nomogramu moc to ok. 38W.

Jak poznać które to uzwojenie wtórne, a które to pierwotne? Na początek optycznie – w zdecydowanej większości transformatorów obniżających napięcie, uzwojenie pierwotne będzie posiadało znacznie więcej zwojów nawiniętych drutem o małej średnicy:

jeśli uzwojenia zostały nawinięte jedno na drugim, pomiar rezystancji powinien rozwiać wątpliwości – w transformatorze obniżającym napięcie, uzwojenie pierwotne będzie posiadało większą rezystancję, niż uzwojenie wtórne. Tu może zrodzić się kolejne pytanie – jakich wartości oporu można się spodziewać? Generalnie jest to zależne od mocy transformatora – im mniejsza moc, tym większa rezystancja uzwojenia pierwotnego. Wziąłem miernik do ręki i sprawdziłem kilka różnych transformatorów:
– moc 2W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 2,2kΩ;
– moc 6W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 450Ω;
– moc 10W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 260Ω;
– moc 20W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 115Ω;
– moc 30W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 52Ω;
– moc 40W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 37Ω;
– moc 50W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 40Ω (transformator toroidalny);
– moc 70W, rezystancja uzwojenia pierwotnego – 23Ω;

I jeszcze przypadek najprostszy – na transformatorze jest naklejka z opisem. Polskie od wielu lat są oznaczane zgodnie ze schematem TSXX/YY, czyli Transformator Sieciowy o mocy XX i oznaczeniu YY. Można jeszcze spotkać oznaczenie TST – transformator sieciowy toroidalny. Polski katalog możesz pobrać stąd: Katalog polskich transformatorów sieciowych. Generalnie oznaczenie trafa najlepiej wrzucić w google, w większości przypadków udaje się znaleźć niezbędne parametry.

Podłączając nieznany transformator do sieci elektrycznej należy zachować czujność i ostrożność. Źle podłączone trafo może spowodować zadziałanie bezpiecznika w instalacji elektrycznej lub przepalenie uzwojenia.

Podsumowanie

Te dwa krótkie wpisy powinny bezboleśnie wprowadzić do obszernego tematu, jakim są transformatory. Starałem się zawrzeć najistotniejsze informacje, pozwalające zrozumieć zasadę działania i budowę typowego transformatora sieciowego. Informacje zawarte w części teoretycznej i praktycznej powinny być wystarczające do samodzielnego nawinięcia lub przewinięcia trafa. Jak zawsze – początki bywają trudne, ale praktyka czyni mistrza. Zapraszam jeszcze do trzeciej części, gdzie pokazuję, jak bez skomplikowanych obliczeń przewijam transformator toroidalny.