Andrzej Kiełkiewicz, Radioamator 1952/04
W praktyce każdego radioamatora zachodzi często konieczność zastosowania posiadanego gotowego transformatora lub dławika do budowlanego urządzenia. Czasem może się zdarzyć, że posiadamy taki transformator czy dławik, jaki nam jest w danym urządzeniu potrzebny, lecz niestety taki szczęśliwy zbieg okoliczności jest rzadki. Przeważnie albo dane elektryczne nie odpowiadają naszym wymaganiom, lub też po prostu nie znamy ich i nie wiemy w jakich warunkach dany transformator lub dławik powinien pracować.
Z tego względu konieczna jest dla każdego radiotechnika umiejętność określenia wszelkich cech charakterystycznych transformatora lub dławika oraz wykonania koniecznych przeróbek. Wykorzystanie posiadanego sprzętu jest oczywiście o wiele korzystniejsze, niż wykonywanie czy kupowanie nowego.
Określanie danych elektrycznych gotowych transformatorów i dławików opiera się oczywiście na tych samych zasadach co ich obliczanie przy danych z góry założonych, dlatego też można oprzeć się na sposobie obliczania podanym w artykule pt. "Obliczanie transformatorów i dławików", zamieszczonym w nr 4 z 1950 r. miesięcznika "Radio".
Przede wszystkim omówimy szereg przypadków badania i przerabiania transformatorów sieciowych. Najprostszy przypadek zachodzi wówczas, gdy znamy wszystkie dane posiadanego transformatora, to znaczy wartości jego napięć na poszczególnych uzwojeniach oraz dopuszczalne wartości natężenia prądu w uzwojeniach. Możemy wówczas od razu określić, czy ten transformator odpowiada naszym aktualnym wymaganiom, czy też nie. Przypadek taki zdarza się w praktyce bardzo rzadko, gdyż jeżeli nawet na transformatorze są oznaczone napięcia poszczególnych uzwojeń, to z reguły nie podane jest dopuszczalne natężenie prądu.
Należy więc je określić. W tym celu mierzymy grubość drutu każdego z uzwojeń, co można z łatwością wykonać biorąc pod uwagę fakt, że przeważnie doprowadzenie do końcówki jest wykonane tym samym drutem co i uzwojenie. Jedynie uzwojenia wykonywane bardzo cienkim drutem mają doprowadzenia wykonane z grubszego drutu. Znając średnicę z łatwością można obliczyć dopuszczalne natężenie prądu, zakładając gęstość prądu 2A/mm2. Zaznaczyć tu należy, że nie ma potrzeby mierzenia średnicy drutu uzwojenia pierwotnego, gdyż zostało ono na pewno obliczone na odpowiednią moc pobieraną z transformatora i jeśli nie przeciążymy żadnego z uzwojeń wtórnych, to również i uzwojenie pierwotne nie będzie przeciążone.
W niektórych przypadkach, jeśli transformator umieszczony ma być w miejscu przewiewnym o dobrej wentylacji, dopuszczalne jest zwiększenie obciążenia do 3A/mm2 przekroju drutu, lecz wówczas poleca się sprawdzić czy transformator nie nagrzewa się zbytnio. Po kilkugodzinnej pracy temperatura jego nie powinna przekraczać ok. 60oC. Jeśli przy dotknięciu ręką ani uzwojenie ani też rdzeń nie parzą, a są jedynie ciepłe wówczas można uznać, że warunki pracy transformatora są dobre.
Często niemożliwe jest zmierzenie grubości drutu któregokolwiek z uzwojeń. Jeśli jest to jedyne z uzwojeń wtórnych, to możemy sobie poradzić w inny sposób. Obliczamy mianowicie całkowitą moc pobieraną z uzwojeń wtórnych, których grubość drutu zdołaliśmy określić, mnożąc napięcia tych uzwojeń przez odpowiednie wartości natężenia prądu.
Z drugiej strony obliczamy jaką moc może dany transformator oddać, korzystając z zależności:
(1)
gdzie S jest przekrojem rdzenia w cm2, zaś P - mocą w VA (woltamperach).
Różnica tych dwóch wielkości określi jaką moc można pobrać z pozostałego uzwojenia, skąd już łatwo obliczyć dopuszczalne natężenie prądu znając napięcie tego uzwojenia.
Weźmy przykład. Mamy transformator o przekroju rdzenia S=9cm2. Stwierdzono, że po stronie wtórnej posiada on uzwojenie anodowe dające napięcie 300V, grubość zaś drutu tego uzwojenia nie da się zmierzyć. Poza tym istnieją 2 uzwojenia: 4V, 2A oraz 6,3V, 2A. Obliczamy moc, jaką można pobrać z uzwojeń żarzeniowych:
Moc całkowitą jaką może oddać transformator obliczamy z zależności (1):
A zatem na uzwojenie anodowe pozostaje moc
Pa = P - Pz = 52 - 20,6 = 31.4VA
Stąd już łatwo obliczyć jaki prąd może dostarczać pozostałe uzwojenie, a mianowicie:
czyli okrągło 100mA.
Jeśli mamy transformator, który posiada szereg uzwojeń, a tylko napięcie nominalne jednego z nich jest nam znane, wówczas do tego uzwojenia przykładamy właściwe mu napięcie i po prostu mierzymy napięcie występujące na pozostałych uzwojeniach. Otrzymane wartości będą nieco większe od napięć przy normalnej pracy ze względu na oporności omowe uzwojeń, które wywołują spadek napięcia przy obciążeniu. Fakt ten należy uwzględnić przy kwalifikacji transformatora do danej pracy.
Sprawa nieco komplikuje się, gdy nie znamy żadnego napięcia uzwojeń transformatora. Wówczas należy zmierzyć przekrój rdzenia i stąd obliczyć ile zwojów przypada na 1 wolt napięcia. Korzystamy tu z zależności:
gdzie n' - ilość zwojów na wolt, S - przekrój rdzenia w cm2.
Określiwszy liczbę n' obliczamy teraz ilość zwojów, które umieszczone są na wierzchu. Wówczas już łatwo obliczyć jakie jest nominalne napięcie tego uzwojenia, uwzględniając fakt, że napięcie to jest o 8% niższe, niż to wynika z obliczenia ilości zwojów. Wykonanie tego obliczenia jest przeważnie łatwe, gdyż na wierzchu znajdują się z reguły uzwojenia żarzeniowe o małej ilości zwojów grubego drutu.
Jeśli jednak policzenie ilości zwojów nastręcza duże trudności (wymaga np. odwinięcia całego uzwojenia), wówczas musimy nawinąć na wierzchu dodatkowe uzwojenie, np. 10 lub 20 zwojów i przyłożyć do niego napięcie o takiej wartości, jaka wynika z ilości zwojów na wolt. Na przykład nawinięto 20 zwojów, a obliczona ilość zwojów na wolt wynosi n'=4, wówczas do tego uzwojenia należy przyłożyć napięcie 5V.
Wykorzystując dodatkowe uzwojenie mierzymy napięcia powstające na wszystkich uzwojeniach transformatora. Bardzo często zachodzi konieczność przewinięcia uzwojenia żarzenia na inne napięcie. Wykonać jest to bardzo łatwo, gdyż po prostu zwiększamy lub zmniejszamy ilość zwojów proporcjonalnie do napięcia, zwracając uwagę, by moc pobierana z nowego uzwojenia była taka sama jak przy starym uzwojeniu.
Mamy na przykład transformator posiadający uzwojenie składające się z 10 zwojów drutu o średnicy 1,2mm. Nominalne napięcie tego uzwojenia wynosi 2,5V. Potrzebne jest zaś uzwojenie na napięcie 6,3V. Z obliczenia wynika, że ilość zwojów na wolt (uwzględniając już zwyżkę o 8%) wynosi:
Dla otrzymania napięcia 6,3V należy dać zwojów
n = 6,3 . 4 = 25,2
czyli okrągło 25 zwojów.
Grubość drutu 1,2mm poprzedniego uzwojenia wskazuje, że można było pobierać prąd o natężeniu 2,2A, a więc moc pobierana wynosiła:
P = 2,5 . 2,2 = 5,5VA.
Dla zachowania tej samej mocy z nowego uzwojenia można pobrać najwyżej
Z tabeli drutów nawojowych określamy, że grubość drutu powinna wynosić 0,75mm.
W niektórych przypadkach możliwe jest nawinięcie na transformatorze dodatkowego uzwojenia. Możliwość ta zachodzi wówczas, gdy po pierwsze z obliczenia dopuszczalnej pobieranej mocy (wg zależności (1) wynika, że rozporządzamy jeszcze pewną nadwyżką, a po wtóre dodatkowe uzwojenie zmieści się jeszcze na szpuli. Grubość drutu, a więc i dopuszczalne natężenie prądu dobrać należy w taki sposób, aby nie przekroczyć dozwolonej mocy pobieranej z transformatora.
Przejdźmy obecnie do omówienia postępowania przy określaniu danych elektrycznych dławików oraz transformatorów akustycznych. Istotnymi cechami w tym przypadku są:
- indukcyjność uzwojeń,
- przekładnia zwojowa i opornościowa,
- rodzaj pracy (stopień wejściowy modulacji itp.),
- dozwolone obciążenie prądowe uzwojeń,
- obciążalność mocą akustyczną.
Badanie dławika rozpoczynamy od pomiaru grubości drutu, dzięki czemu określamy dopuszczalną wartość natężenia prądu. W celu obliczenia indukcyjności przede wszystkim musimy określić ilość zwojów.
W tym celu na uzwojeniu dławika nawijamy dodatkowe uzwojenie np. 10 lub 20 zwojów, przykładamy do niego napięcie 1 lub 2V i mierzymy napięcie na uzwojeniu dławika. W ten sposób możemy obliczyć w przybliżeniu ilość zwojów. Dalej znając wymiary rdzenia obliczamy indukcyjność. Weźmy na przykład dławik, który posiada uzwojenie wykonane drutem o średnicy 0,35mm. Dopuszczalny prąd dla tego drutu wynosi 0,2A. Po nawinięciu 10 zwojów i przyłożeniu do nich napięcia 2V zmierzone na dławiku napięcie wyniosło 500V. Stąd wynika, że ilość zwojów wynosi:
Przekrój rdzenia wynosi 29x29. Przy tego rodzaju blachach i tej grubości rdzenia objętość jego wynosi V=140cm3. Droga magnetyczna dla blach wymiaru 29 wynosi l=17,1cm.
Mając te dane obliczamy:
stąd korzystając z wykresu rys.4 odczytujemy:
następnie obliczamy indukcyjność:
Okazało się więc, że mamy dławik 5H, 200mA.
Określenie danych transformatorów akustycznych jest takie same jak i przy dławikach. W ten sam sposób, metodą dodatkowego uzwojenia obliczamy ilości zwojów poszczególnych uzwojeń oraz ich przekładnię, a z grubości drutu określamy dopuszczalne natężenie prądu. Następnie oblicza się indukcyjność uzwojeń.
Przy transformatorach akustycznych należy zwrócić uwagę, czy rdzeń posiada szczelinę, czy nie. Jeśli szczelina istnieje, to taki transformator przeznaczony jest do pracy z nasyceniem prądem stałym, czyli może pracować jako transformator wyjściowy z jedną lampą, w układzie przeciwsobnym w klasie B lub wreszcie jako modulacyjny. Jeśli blachowanie rdzenia jest przemienne, to transformator taki nie może mieć nasycenia prądem stałym, czyli może pracować jako liniowy, siatkowy lub w układzie przeciwsobnym w klasie A.
Jako pewna wskazówka wartości oporności dopasowania może służyć ilość zwojów danego uzwojenia. W ten sposób można jedynie zorientować się w rzędzie wielkości, nie można natomiast ściśle określić oporności dopasowania. Do tego celu konieczne jest obliczenie, czy też pomiar indukcyjności uzwojenia.
| Ilość zwojów | Orientacyjna wartość oporności dopasowania |
| 10-100 | 1-16omów |
| 200-800 | 100-600omów |
| 1000-4000 |
1000-20000omów |
