Ruské HamRadio – dodávky elektřiny pro systémové moduly typu IBM PC-XT/AT. Kapitola FORMÁTORY A TLUMIVKY.
Malé transformátory a tlumivky lze klasifikovat podle různých charakteristik: funkční účel, pracovní frekvence, elektrické napětí, elektrický obvod a konstrukční vlastnosti.
Funkční účel. Tento klasifikační znak charakterizuje hlavní funkce vykonávané transformátorem v elektrickém obvodu. Podle této vlastnosti se malé transformátory dělí na výkonové, přizpůsobovací a pulzní transformátory.
Pracovní frekvence transformátoru — jeden z nejdůležitějších parametrů, který určuje řadu vlastností produktu, účel a oblast možného použití. Podle této vlastnosti lze transformátory klasifikovat jako: nízkofrekvenční transformátory (pod 50 Hz), průmyslová frekvence (50 Hz), vysoká průmyslová frekvence (400, 1000 Hz), vysokofrekvenční (do 10 000 Hz), vysokofrekvenční (nad 10 000 Hz).
Elektrické napětí. Na základě této vlastnosti lze transformátory rozdělit na nízkonapěťové, u kterých napětí libovolného vinutí nepřesahuje 1000 V, a vysokonapěťové, u kterých může napětí libovolného vinutí překročit 1000 V.
Elektrické schéma. Podle této vlastnosti se transformátory dělí na jednovinutí, dvouvinutí a vícevinutí.
Transformátor s jedním vinutím — autotransformátor, ve kterém je kromě elektromagnetického spojení také přímé elektrické spojení mezi primárním (vstupním) a sekundárním (výstupním) vinutím. Takový transformátor nemá galvanické oddělení.
Dvouvinutý transformátor má jedno primární a jedno sekundární vinutí, zatímco vícevinutí má několik sekundárních vinutí. Všechna vinutí dvouvinutí a vícevinutí transformátorů nejsou vzájemně elektricky propojena.
Strukturální vlastnosti. To jsou hlavní klasifikační znaky transformátorů, které vycházejí z konstrukce magnetického obvodu, jeho konfigurace a technologie výroby. Konstrukce magnetického obvodu určuje konstrukci transformátoru, tj. název magnetického obvodu určuje konstrukční vlastnost transformátoru.
Konstrukčně se magnetická jádra transformátorů a tlumivek dělí na pancéřová, tyčová a toroidní (prstencová). Podle toho se transformátory a tlumivky v závislosti na konstrukci použitého magnetického obvodu dělí na pancéřové, tyčové a toroidní.
Magnetická jádra tlumivek vyhlazovacích filtrů se liší od magnetických jader transformátorů přítomností nemagnetické (vzduchové) mezery, která umožňuje dosáhnout výrazně větší indukčnosti při stejném magnetizačním proudu a také výrazně snížit stupeň změny indukčnosti tlumivky při změně proudu ve vinutí.
V praxi je mezera mezi polovinami magnetického obvodu vyplněna izolačním (dielektrickým) těsněním; přičemž jeho velikost je pevná.
Magnetické jádro pancéřového transformátoru je vyrobena ve tvaru Ш, všechna vinutí jsou umístěna na střední tyči, to znamená, že vinutí jsou částečně kryta (pancéřována) magnetickým obvodem (obr. (a)). Symbol pro takový transformátor obsahuje písmeno “Ш”.
Obrněné transformátory se vyznačují následujícími výhodami: přítomnost pouze
jedna cívka s vinutími oproti transformátorům jádra, vyšší výplň okna magnetického obvodu drátem vinutí (měď), částečná ochrana před mechanickým poškozením cívky s vinutími třmenem magnetického obvodu.
Magnetické jádro jádrového transformátoru je vyroben ve tvaru U a má dvě tyče s vinutím (obr. (b)). Každá tyč drží polovinu závitů primárního vinutí a polovinu závitů sekundárního vinutí. Jsou vzájemně zapojeny do série, takže magnetizační síly těchto polovičních vinutí se ve směru shodují.
Tyčové transformátory mají menší citlivost na vnější magnetická pole, protože znaky EMF rušení indukovaného ve dvou cívkách transformátoru jsou stejné velikosti, ale opačného znaménka, a proto se vzájemně ruší. Symbol pro takový transformátor obsahuje písmeno “P”.
Magnetické jádro toroidního transformátoru Vyrábí se v kulatém tvaru, obvykle navinutím pásky nebo z lisovaného materiálu. Symbol pro takový transformátor obsahuje písmeno “O”.
Toroidní transformátory se vyznačují následujícími výhodami: nižší magnetický odpor, minimální vnější svodový tok, necitlivost na vnější magnetická pole bez ohledu na jejich směr. Technologie výroby vinutí se zcela uzavřeným magnetickým obvodem je však velmi složitá a podmínky chlazení vinutí jsou v porovnání s jinými transformátory nejnepříznivější.
Magnetická jádra pro transformátory a tlumivky Vyrábí se několik typů, z nichž hlavní jsou následující:
SHL – pancéřový pás, s nejnižší hmotností;
SHLM – pancéřová páska se sníženou spotřebou mědi;
ŠEL – pancéřový pás se zvětšenou šířkou okna;
SHLP – pancéřový pás s nejmenším objemem;
SHLR – obrněný pás, nejnižší cena;
Sub – tyčová páska;
PLV – tyčová páska s nejnižší hmotností;
PLM – tyčová páska se sníženou spotřebou mědi;
PCR – tyčová páska, nejnižší cena;
OL – toroidní páska s nejmenší hmotností.
Konvenční označení transformátorů a tlumivek
Т — výkonový transformátor;
TA — výkonový transformátor pro anodové obvody;
TN — transformátor pro napájení žhavicích obvodů;
OPÁLENÍ — výkonový transformátor pro anodové topné okruhy;
CCI — výkonový transformátor pro zařízení na bázi polovodičových zařízení;
TP — výkonový transformátor s žebry pro chlazení;
TC — výkonový transformátor pro domácí rádiová zařízení;
TT — toroidní výkonový transformátor;
TVT — vstupní transformátor pro tranzistorová zařízení;
TO — výstupní transformátor (svorka) pro tranzistorová zařízení;
Т — přizpůsobovací transformátor;
TM — přizpůsobovací transformátor s nízkým výkonem;
TI — miniaturní pulzní transformátor;
TIM — pulzní transformátor, miniaturní, nízkovýkonový;
D1-D274 — Jednotné nízkofrekvenční tlumivky;
D, Dr — filtrační tlumivky pro domácí rádiová zařízení.
6.3. TRANSFORMÁTORY A Tlumivky.
Jsou to speciální případy indukčních cívek s magnetickým jádrem. Ve skutečné cívce má drát, ze kterého je navinut, sériový odpor a mezi závity vinutí je rozložená kapacita.
Dvě indukční cívky spojené navzájem přes společné magnetické jádro tvoří transformátor. Přitom skutečné transformátory (na rozdíl od ideálních) mají kapacitu mezi sekundárním a primárním vinutím.
Ekvivalentní zapojení indukční cívky je na obr. 74,6. Mezizávitová kapacita je zde znázorněna jako bočníkový kondenzátor se soustředěnými parametry, takže při určité frekvenci dochází k paralelní rezonanci. Tato rezonanční frekvence určuje horní frekvenci, při které lze induktor použít.
Další důležitou vlastností induktorů je jejich citlivost na rozptylová magnetická pole a jejich schopnost tato pole generovat. Proto jsou na napájecí pulzní transformátory UPS kladeny přísné požadavky, aby byla zajištěna elektromagnetická kompatibilita, svodová indukčnost vinutí, za předpokladu, že je zajištěno dobré propojení toku mezi vinutími, a také konstrukce s vysokou izolační pevností (průrazné napětí zpravidla není menší než 2 kV). Tyto požadavky jsou způsobeny především pravoúhlostí napěťového průběhu s vysokou frekvencí (asi 0 kHz) a také velkou amplitudou pulzů v každé půlperiodě napětí.
Pulzní transformátory jsou určeny k přenosu krátkodobých elektrických impulsů o dostatečně vysokém výkonu. Výsledná zkreslení ploché části impulsu jsou určena konečnou hodnotou indukčnosti primárního vinutí L1 a zkreslení čela jsou určena svodovou indukčností Ls. Tato zkreslení čel impulsů jsou způsobena parazitními oscilacemi vznikajícími v obvodu tvořeném svodovou indukčností Ls a vlastní kapacitou C0. Proto se při návrhu pulzního transformátoru provádějí speciální opatření ke snížení těchto parazitních parametrů.
Tato opatření se v zásadě scvrkají na následující. Vinutí jsou uspořádána tak, že mezi jejich vývody při provozu působí co nejmenší pulzní napětí. Doporučuje se umístit vinutí s menším počtem závitů dovnitř a vinutí s větším počtem závitů mimo cívku. Pro získání nízké hodnoty svodové indukčnosti je jedno z vinutí navinuto ve dvou vrstvách, mezi nimiž je umístěno druhé vinutí. U některých pulzních transformátorů jsou primární a sekundární vinutí navinuty současně dvěma dráty, takže závity jednoho vinutí jsou umístěny mezi závity druhého. Anorganické dielektrické fólie se obvykle používají jako mezivrstva a izolace mezi vinutími. Samotné transformátory jsou impregnovány sloučeninami nebo laky.
U výkonových pulzních transformátorů osobních počítačů se široce používají feritová magnetická jádra ve tvaru Ш, která jsou technologicky nejpokročilejší pro proces vinutí a vyznačují se vysokým faktorem plnění.
Na základě výše uvedeného můžeme učinit neuspokojivý závěr, že když selže výkonový pulzní transformátor, jeho oprava nebo výroba nového je velmi složitá záležitost a vyžaduje speciální vybavení, materiály, nástroje a vysokou kvalifikaci.
Pulzní transformátor je navíc originální nenormalizovaný díl, který je vyvinut a používán pro tento specifický obvod IVP a zpravidla není vhodný pro jiné obvody.
Pokud dojde v důsledku opravy pulsního transformátoru k porušení alespoň jednoho z výše uvedených parametrů, bude fungovat neuspokojivě, což vede k narušení optimálního poměru výkonových ztrát na prvcích UPS a rychlému opakovanému selhání UPS.
Napájecí pulsní transformátory naštěstí nenávratně selhávají poměrně zřídka, což je vysvětleno jejich vysokou spolehlivostí, která je zakotvena v technologii jejich výroby, protože pulsní transformátor je jedním z nejdůležitějších prvků obvodu UPS.
Podívejme se nyní na hlavní rysy konstrukce proudových transformátorů, které se používají v mnoha obvodech UPS jako snímač pro obvod proudové ochrany.
Charakteristickým znakem proudového transformátoru na rozdíl od transformátoru napětí je, že jeho sekundární vinutí musí být připojeno k zátěži, jejíž odpor nepřesahuje určitou hodnotu. Otevřený stav sekundárního vinutí je nouzový režim. Pojďme si to vysvětlit podrobněji.
Protože proud primárního vinutí se nemění, když je obvod sekundárního vinutí přerušen, na rozdíl od napěťového transformátoru, střídavý magnetický tok v jádře má velmi velkou amplitudu v důsledku nepřítomnosti kompenzačního magnetického toku generovaného proudem sekundárního vinutí. Rychlost změny magnetického toku při změně polarity proudu protékajícího primárním vinutím je také velmi vysoká. Proto EMF indukovaný tímto tokem na otevřeném sekundárním vinutí bude velmi velký. Velikost tohoto EMF je taková, že může vést k porušení izolace. Pro provozní bezpečnost je nutné v případě poškození izolace mezi primárním a sekundárním vinutím sekundární vinutí uzemnit.
Velká amplituda střídavého magnetického toku v jádře navíc vede k výraznému nárůstu ztrát jeho remagnetizací. Proto se transformátor začne silně přehřívat.
V obvodu UPS PS-6220C např. funkci zatížení sekundárního vinutí proudového transformátoru T4 plní rezistor R42 (470 Ohm) (viz obr. 56).
Proudový transformátor v uvažované třídě UPS má především dvě konstrukční provedení. V jednom provedení se jedná o transformátor na feritovém jádru ve tvaru Ш, na jehož středním jádru je navinutý rám se sekundárním vinutím. Primární vinutí je umístěno na vrchu sekundárního a je jedním závitem montážního drátu v plastové izolaci (obr. 76, a, b).
Rýže. 76. Praktické návrhy proudových transformátorů na jádru ve tvaru Ш (a) a prstencového tvaru (b, c).
V jiné verzi je sekundární vinutí navinuto na prstencovém feritovém jádru a primárním vinutím je vývod kondenzátoru, který je zapojen do série s primárním vinutím výkonového transformátoru (obr. 76, c).
Pro proudové transformátory však existují i další konstrukční možnosti.
Výstupní filtrační tlumivky (kromě skupinové stabilizační tlumivky) jsou indukční cívky s jednořadým vinutím měděného drátu velkého průřezu na otevřeném válcovém feritovém jádru (feritové tyče). Velký průřez vodiče je vysvětlen významnou hodnotou výstupních proudů UPS a otevřený tvar jádra je vysvětlen činností tlumivky s velkým magnetizačním proudem. Uzavřený tvar jádra by v tomto případě vedl k jeho vstupu do magnetické saturace a ztrátě filtračních vlastností tlumivky.
Poruchy indukčních prvků lze rozdělit na:
• zkrat mezi vinutími (pouze pro transformátory),
• zkrat (porucha) vinutí k jádru;
• ztráta magnetických vlastností jádra (v důsledku přehřátí, mechanického poškození atd.).
Selhání výstupních filtračních tlumivek v UPS je extrémně vzácný jev kvůli jejich vysoké spolehlivosti.
Poruchu transformátorů lze často zjistit vnější kontrolou ztmavnutím jednotlivých sekcí vnější izolace, výskytem vzduchových bublin pod izolací, napěněním a uvolněním impregnační hmoty zpod izolace.
Neporušenost vinutí pro “zlomení”, jakož i přítomnost zkratu mezi vinutími a zkratu kteréhokoli z vinutí k jádru se snadno kontrolují pomocí ohmického “zvonění”.
Zbytek výše uvedených poruch je extrémně obtížné detekovat, protože ohmický odpor vinutí transformátoru je velmi malý (jednotky a dokonce zlomky Ohm!).
Při podezření na mezizávitový zkrat nebo ztrátu magnetických vlastností jádra je potřeba vyměnit transformátor za podobný.
Copyright © Ruské Hamradio.