Практические примеры

Страница 2 из 3123

Как изготовить трансформатор на П — образном сердечнике

 Как изготовить трансформатор на П — образном сердечнике




Данная статья является продолжением статей:

«Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт»;
«Как изготовить каркас для Ш – образного сердечника»;
 "Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике".

   Маломощные, однофазные силовые трансформаторы (до 100 ватт), обычно изготавливают трех видов: – Ш – образные, П – образные и намотанные на тороиде.
Тороидальные трансформаторы изготавливают очень редко, хотя они и являются самыми эффективными.
  У тороидальных трансформаторов наименьшие поля рассеивания, наименьшие потери в сердечнике, высокий КПД и т.д.  Однако изготовление их очень хлопотно – все работы по намотке провода проводятся вручную.
    Наиболее распространенные виды трансформаторов изготавливаются на Ш –образном и П – образном сердечниках.
    Как изготовить силовой трансформатор на Ш – образном сердечнике смотрите в статье «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике?».
 Силовой трансформатор на П — образном сердечнике немного отличается от Ш — образного трансформатора:

  • магнитопровод имеет П-образные стальные пластины и пластину перекрытия или сердечник напоминающий по форме букву О, намотанный из стальной ленты и разрезанный пополам;
  • имеет, как правило, два симметрично расположенных каркаса с обмотками первичной и вторичной;
  • конструкции каркаса с расположенными на нем обмотками одинаковы .

   Силовые трансформаторы на старых ламповых телевизорах все были изготовлены такой конструкции и на мой взгляд, их проще изготовить, чем Ш — образный трансформатор.

   Особенностью работы любого трансформатора является процесс преобразования электрической энергии переменного тока в переменное магнитное поле и наоборот. Поочередный обмен электрической и магнитной энергией происходит между катушками первичной и вторичной обмоток и сердечником магнитопровода.    Пространство между витками обмоток и обмотками, обладает очень малой магнитной проницаемостью и большим магнитным сопротивлением, а потому почти весь магнитный поток сосредоточен в магнитопроводе. Стальной магнитопровод обладает в тысячи раз меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух и окружающая среда.
  Чтобы передать электрическую энергию из первичной обмотки трансформатора во вторичную обмотку с наименьшими потерями, необходимо соблюдать следующие условия:

  • расстояние между витками в обмотке и между обмотками должно быть минимально;
  • средняя длина магнитно-силовой линии в магнитопроводе должна быть наименьшей;
  • возможно большая поверхность магнитопровода должна быть охвачена витками обмоток;
  • витки первичной и вторичной обмоток рекомендуется перемежать между собой.

   Не рекомендуется разносить первичную и вторичную обмотки на каркасе, а тем более по разные стороны сердечника. Чем больше разнесены обмотки друг от друга на сердечнике магнитопровода, тем больше потери магнитной энергии на магнитном сопротивлении магнитопровода.
    Все эти условия удачно сочетаются и в трансформаторе с П – образным сердечником.
Расчет П – образного трансформатора ничем не отличается от расчета Ш – образного.

    Приведенный расчет трансформатора в статье «Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт», полностью подходит и для нашего случая.

   Попробуем изготовить этот трансформатор на магнитопроводе с П – образным сердечником.

  Общее количество витков обмоток, диаметр провода, поперечное сечение магнитопровода — идентичны.

Параметры трансформатора из статьи:

  •  мощность 75 ватт;
  •  площадь сечения магнитопровода 10 см.кв.;
  •  число витков первичной обмотки 1056 витков;
  •  число витков вторичной обмотки 180 витков;
  •  диаметр провода первичной обмотки 0,5 мм.;
  •  диаметр провода вторичной обмотки 1,1 мм.;
  •  выходное напряжение 36 вольт.

   Рассмотрим схему включения трансформатора и его обмоток.

    Особенность изготовления трансформатора  на П — образном сердечнике  состоит в том, что витки первичной и вторичной обмотки, разделены пополам и наматываются на двух каркасах. На каждом каркасе мотается половина первичной и половина вторичной обмотки. Оба каркаса мотаются совершенно одинаково с отводами на щечках.

  На одном каркасе наматывается ½ первичной обмотки – 528 витков, проводом диаметром 0,5 мм. с обозначением концов а и б.
    Затем наносим слой межобмоточной изоляции и ½ вторичной обмотки – 90 витков, проводом диаметром 1,1 мм. с обозначением концов А и Б.

    На втором каркасе наматываются вторые половины первичной (528 витков, концы а1 и б1) и вторичной (90 витков, концы А1 и Б1) обмоток.
    После сборки трансформатора соединяем концы первичной и вторичной обмоток.
Обратите особое внимание при соединении двух половинок первичной обмотки, они должны быть включены синфазно.

    Собираем простую схему для проверки правильного включения обмоток.
От другого трансформатора на 220 вольт возьмем любое напряжение U равное или меньше 110 вольт и подключим его к одной половинке первичной обмотки (концы а и б). На другом каркасе, на другой половинке первичной обмотки (концы а1 и б1) должно быть такое же напряжение U, как на первом каркасе между а и б.
     Теперь конец обмотки б соединим с концом а1 и измерим напряжение между точками а и б1. Напряжение должно быть равно 2 U.
Если этого не произошло, то разъединим точки б и а1 и соединим, точки б и б1. Измерим напряжение между точками а и а1. Оно должно быть равно 2 U.

К этим точкам обмоток и будет подключаться входное переменное напряжение 220 вольт.

  Разумеется, все переключения проводятся при выключенном питании из сети 220 вольт.

Допустим, последний случай соединения был успешным и напряжение между точками а и а1 удвоилось, т.е. равно 2 U.
    Далее, через предохранитель на 1 ампер, подсоединяем полностью первичную обмотку к сети 220 вольт. Трансформатор должен заработать.

  Вторичное напряжение на концах А — Б и А1 — Б1 должно быть по 18 вольт.
 Две половинки вторичных обмоток так же фазируются.
Общее напряжение, при соединении двух половинок вторичных обмоток.  должно быть 36 вольт.
Подключим нагрузку в виде лампочки на соответствующее, в нашем случае 36 вольт, напряжение. Если все соединения произведены правильно — лампочка загорится.

   Таковы особенности изготовления трансформатора на П — образном сердечнике. 


Как перемотать трансформатор?

Как перемотать трансформатор?

Приложение к статье: «Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт.»


    Если у вас есть силовой трансформатор с подходящим (в данном случае S = 10,4 см²) по мощности сечением сердечника, но его вторичная обмотка рассчитана на другое напряжение, можно перемотать трансформатор.

   В этом случае можно не проводить такую трудоемкую работу, как намотка многовитковой первичной обмотки, а использовать уже готовую, старую первичную обмотку.

   Определяем расположение первичной и вторичной обмоток на каркасе. Первичная обмотка обычно располагается на каркасе ближе к сердечнику и намотана тонким проводом с большим количеством витков.
    Далее нужно определить количество витков на вольт w для этого стального сердечника. Использовать ранее рассчитанное, для предыдущей статьи, значение количества витков на вольт, нельзя.
    Включим трансформатор в сеть 220 вольт. Измерим напряжение на всех вторичных обмотках. Выберем обмотку с наименьшим напряжением. Например, оно будет равно U = 30 вольт. Отметим ее расположение на каркасе.
    Далее нужно разобрать трансформатор, вынув пластины сердечника, освободить каркас. Нужно перемотать трансформатор, смотать старую вторичную (или вторичные, если их несколько) обмотку и посчитать количество витков в выбранной обмотке.
    Оставляем только первичную обмотку и межобмоточную изоляцию.
Допустим, количество витков в выбранной обмотке будет n = 140.

Тогда количество витков на один вольт w для этого трансформатора будет:

w = n : U = 140 : 30 = 4,67 витка.

   Если вторичной обмотки совсем нет, или нет возможности ее посчитать, поступим другим способом.
    Намотаем поверх первичной обмотки 100 витков изолированного провода любого диаметра – это «измерительная» обмотка.
Снова соберем трансформатор, включим в сеть 220 вольт и измерим вольтметром напряжение на «измерительной» обмотке. Допустим, оно будет 21,5 вольта.

   Посчитаем количество витков на 1 вольт для этого трансформатора:
w = n : U = 100 : 21,5 = 4,65 витка.
Тогда количество витков в новой вторичной обмотке на 36 вольт будет:

U_2 = 36 • 4,65 = 167,8 витка. Округлим до 170 витков.
«Измерительную» обмотку следует снять и намотать свою, соответствующего диаметра, проводом.

    Подобный способ использования готовой первичной обмотки трансформатора можно применять в любом случае и на любое напряжение и мощность нагрузки.
Количество витков на один вольт w будет каждый раз другим.

Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике?

 

 Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике?

Настоящая статья является продолжением статей:

«Как рассчитать силовой трансформатор»;
«Как изготовить каркас для Ш – образного сердечника.»



Намотку обмоток каркаса трансформатора на Ш-образном сердечнике,  нужно производить на намоточном станке, оборудованном счетчиком оборотов и специальным приспособлением для крепления каркаса и бабины с проводом. Но, как правило, под рукой такого станка нет.

   Используем для намотки обычную ручную дрель. Перед намоткой нужно снять и одеть каркас на оправку несколько раз, чтобы каркас свободнее сидел на оправке. Далее вновь одеваем каркас на оправку, подкрепляем его двумя фанерными дощечками(дощечки нужны для того, чтобы щечки каркаса при намотке провода не распирало в стороны), стягиваем болтом или шпилькой и закрепляем в патроне ручной дрели.  Дрель нужно закрепить в настольные тиски.

   Нужно рассчитать  передаточное число оборотов патрона и ручки дрели. Для этого посчитаем количество оборотов патрона дрели на один оборот ручки. Или, если есть возможность, посчитать количество зубьев на обоих шестернях. Соотношение их количества и даст коэффициент пересчета n.

    Например: количество зубьев на шестерне ручки 35 шт., количество зубьев на патроне – 7 шт., тогда коэффициент n = 35 / 7 = 5.  При одном обороте ручки дрели на каркас наматывается 5 витков провода. 

    При намотке каркаса трансформатора на Ш-образном сердечнике,  нужно считать не количество оборотов патрона, а количество оборотов ручки дрели, что значительно проще и удобнее. Определим количество оборотов ручки для сетевой первичной обмотки. 
 K = 1050/5 = 210 оборотов.
Чтоб намотать первичную обмотку нужно сделать 210 оборотов ручки дрели. 

   Один практический совет: чтоб не сбиться со счета числа оборотов  при намотке катушки, после каждых 10 оборотов ручки дрели, где нибудь на бумаге нужно  делать отметку — галочку.
Отсчитал количество галочек равное 21 — вот и готова первичная обмотка.

  В щечке каркаса необходимо сделать отверстие для выхода провода. Отверстие делается шилом в щечке, которая выходит наружу трансформатора.
Эмалированный провод обмотки с помощью пайки соединяется с многожильным проводом. Место соединения прикрывается кусочком плотной бумаги как на рисунке…

    Намотку катушек трансформатора на Ш-образном сердечнике, лучше всего (очень рекомендую) проводить виток к витку, прокладывая между слоями конденсаторную бумагу, для изоляции между слоями.

 

Ширина конденсаторной бумаги на 4-5 мм должна быть шире, чем расстояние между щечками каркаса и иметь надрезы по всей длине, как на рисунке….
Причина увеличения ширины бумаги такова: при намотке витки провода прижимают бумагу, она деформируется и сужается в размере. Оголяются витки нижнего слоя, возможен межвитковый пробой между слоями.  

   Намотав первичную обмотку и выведя конец многожильным проводом, прокладывают 2-3 слоя бумаги или лакоткани (межобмоточная изоляция), чтобы  предохранить от случайного соприкосновения провода сетевой обмотки с проводами выходной обмотки.

   Мотать вторичную обмотку с применением дрели   не удобно, т.к. провод вторичной обмотки толстый – диаметром 1 мм... Лучше всего вторичную обмотку мотать вручную, вынув заготовку с каркасом из патрона дрели.

   Вторичная обмотка также мотается виток к витку с прокладкой бумажной полосы (такой же как и у первичной обмотки) между слоями. Количество витков вторичной обмотки на 36 вольт будет 180 витков.

   Концы вторичной обмотки выводятся из каркаса самим проводом, без спайки с многожильным проводом.  Можно только, для прочности,  надеть на провод тонкую хлорвиниловую трубку.

    После намотки вторичной обмотки снова прокладываются 2-3 слоя плотной бумаги для защиты провода от внешних повреждений. Затем готовый каркас с обмотками осторожно снимают с оправки, стараясь не повредить. 

    Затем собираем трансформатор полностью, вставляем пластины магнитопровода вперекрышку, с разных сторон каркаса. Сначала собираем без пластин — перемычек, так удобнее. После того как все Ш-образные пластины вставлены, вставляем пластины — перемычки. 

   Легкими постукиваниями молотка по торцам, подравниваем пластины на ровной площадке. Затем весь магнитопровод необходимо стянуть болтами-шпильками или обжать уголками с крепежными отверстиями. 

Вот наконец и добрались мы до интересного момента – пуска своего творения — трансформатора на Ш-образном сердечнике  в электрическую сеть. 

   Для испытания трансформатора подключим сетевой провод с вилкой (через предохранитель на 1 ампер) к первичной обмотке трансформатора.

    Вольтметром переменного тока нужно проверить наличие напряжения на вторичной обмотке трансформатора.  Оно должно быть 35 — 37 вольт.

    Если все работы выполнены  правильно, то по истечении 5-10 минут работы, трансформатор не должен нагреться.  После подсоединения лампочки на 36 вольт напряжение может просесть до 33-35 вольт, это нормально.

 

Как изготовить каркас для трансформатора на Ш – образном сердечнике

 Как изготовить каркас для трансформатора на Ш – образном сердечнике.



 Изготовим каркас  трансформатора для статьи«Как рассчитать силовой трансформатор»

   Для уменьшения потерь на вихревые токи, сердечники трансформатора набираются из пластин штампованных из электротехнической стали. В маломощных трансформаторах чаще всего применяются «броневые»  или Ш – образные сердечники. 

   Обмотки трансформатора находятся на каркасе. Каркас для Ш-образного сердечника, располагается на центральном стержне, что упрощает конструкцию, позволяет лучше использовать площадь окна и частично создает защиту обмоток от механических воздействий. Отсюда и название трансформатора — ,,броневой,,..

   Для сборки броневых сердечников используются пластины Ш – образной формы и перемычки к ним. Для устранения зазора между пластинами и перемычками, сердечник собирается ,,вперекрышку,,. 

   Площадь сечения Ш-образного сердечника S, есть произведение ширины центрального стержня на толщину набора пластин (в сантиметрах). Подходящие пластины для сердечника нужно подобрать.

Для примера, из статьи «Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт»:

 - мощность трансформатора Р = 75 ватт;
— площадь сечения магнитопровода S = 10 см.кв = 1000 мм.кв.

   Под такое сечение магнитопровода выбираем пластины:

ширина b = 26 мм.,
— высота окна пластины c = 47 мм,
— ширина окна – 17 мм.,

 Если есть пластины другого размера, можно использовать и их.

Tолщина набора пакета пластин будет:

 S : 26 = 1000 : 26 = 38,46.     Примем:  a = 38,5 мм

    Есть много способов изготовления каркасов для Ш-обраного серденика из разных материалов: электрокартон, прессшпан, текстолит и т.д. Иногда применяется бескаркасная намотка. Для маломощных трансформаторов до 100 вт. неплохо получаются каркасы склеенные из картона и бумаги. 

Изготовление каркаса.

  Изготавливаем заготовку под каркас из деревянного бруска с размерами:
 a + 1 = 39 + 1 = 40 мм.;
b + 1 = 26 + 1 = 27 мм.;
c = 47 мм
.
B размеры а и b добавлено  по 1 мм. чтоб каркас входил в набор пластин сердечника свободно. 

   Каркас для Ш-образного сердечника клеим из картона толщиной 0,5 мм., вырезаем полоску шириной 47 мм. и длиной примерно 300 мм., чтоб хватило на два оборота вокруг заготовки. Изготовим такую же полоску из обыкновенной (можно газетной) бумаги. Приготовим также бумажный (силикатный) клей.

    Обожмем картонную полоску вокруг деревянного бруска 1 оборот, затем, проклеивая, второй оборот. За половину оборота до конца картонной полоски добавляется бумажная лента и  далее  все проклеивается вместе, картонная и бумажная ленты.

    Необходимо, чтобы все эти, картонная и бумажная, ленты были плотно скручены вокруг оправки, а края полосок не выходили за рамки бортов. 

   Дать каркасу немного просохнуть, минут 30, а затем осторожно снять с оправки. Еще минут 30 просушить и осторожно  снять и надеть на оправку, меняя положение каркаса. Это нужно для того, чтобы каркас лучше обмялся по форме деревянного бруска — оправки. 

    Далее изготовим щечки каркаса. Каждая щечка состоит из двух, разных по выкройкам, картонных половинок. Форма выкройки видна из рисунка. Размеры щечки,наружные:  d = 59 мм., e = 70 мм. Внутренние размеры отверстия щечки вырезаются  по размерам каркаса

    В середине щечки, лезвием, вырезаются два клапана и отгинаются в одну сторону, по рисунку. У каждой половинки щечки клапаны прорезаны по разным выкройкам.        При склеивании двух половинок получается щечка с четырьмя клапанами. Нужно изготовить для каркаса две такие щечки. 

   Далее надеваем каркас на оправку.  Надеваем на каркас с двух сторон щечки. Предварительно промазываем клеем места соединения щечек и каркаса. Сверху можно, для крепости, проклеить одним слоем бумажной ленты по внутренней ширине каркаса, прижав клапаны к каркасу. Желательно все эти действия проводить пока каркас еще сырой и все склеиваемые части можно плотно прижать друг к другу.

    Чтоб щечки легли хорошо и ровно, нужно дополнительно скрепить склеиваемый каркас двумя, вырезанными из фанеры, дощечками через отверстие в оправке. Плотно обжать щечки к каркасу и дощечкам. Когда это все высохнет, получится довольно крепкий и удобный для намотки  каркас.

   На щечках каркаса шилом протыкаются отверстия под выводы обмоточного провода. 

    В таком собранном виде и производится намотка провода на каркас.

Далее смотреть статью:  «Как намотать трансформатор на Ш — образном сердечнике» 


strong

Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт

 Как рассчитать  трансформатор 220/36 вольт.



    В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электичческим током.
В этих  случаях  следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.

    Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
    Рассчитаем и изготовим однофазный  силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

    Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с  цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт, нет ничего страшного —  подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.
 

Сделаем упрощенный расчет трансформатора 220/36 вольт.

   Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт 

Где:
Р_2
– мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;

U
_2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;

I
_2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД  трансформатора  мощностью до 100 ватт обычно равно не более  η = 0,8.
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 /  η  = 60 / 0,8 = 75 ватт.

   Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения   Р_1,   мощности потребляемой от сети 220 вольт,  зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

   Магнитопровод – это сердечник  Ш – образной или  О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода. 

   Площадь поперечного сечения  магнитопровода рассчитывается по формуле:

 S = 1,2 · √P_1.  

  Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,

P
_1 — мощность первичной сети в ваттах.

 S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4  см².

По значению   S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S   

 В нашем случае площадь сечения сердечника равна  S = 10,4 см.кв.

 w = 50/10,4 = 4,8  витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 =  172.8 витков,

округляем до 173 витка.

   В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

 Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

   Диаметры проводов первичной и вторичной  обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,  для медного провода, принимается 2 А/мм² . 

   При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:  d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм.     Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм.      Возьмем 1,1 мм.

   ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

    Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².    

где: d — диаметр провода.

   Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм. 

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97  мм².  

Округлим до 1,0 мм².

   Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

   Например, это два провода диаметром по   0,8 мм. и площадью по 0,5 мм²

Или два провода:
 - первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм²,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм².
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

   Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

    Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

 Смотрите статьи:
— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».


Как рассчитать кабель для удлинителя

Как рассчитать кабель для удлинителя


   В домашних условиях мы часто применяем переносные удлинители – розетки для временного (как правило остающееся на постоянно) включения бытовых приборов: электронагревателя, кондиционера, утюга  с большими токами потребления.
Кабель для этого удлинителя обычно выбирается по принципу – что попало под  руку, а это  не всегда соответствует необходимым электрическим параметрам.  

В зависимости от диаметра  (или от поперечного сечения провода в мм.кв.)  провод обладает определенным электрическим сопротивлением для прохождения электрического тока.

Чем  больше поперечное сечение проводника , тем меньше его электрическое сопротивление, тем меньше падение напряжения на нем. Соответственно меньше потеря мощности в проводе на его нагрев.

Проведем сравнительный анализ  потери мощности  на нагрев  в проводе в  зависимости от его поперечного  сечения. Возьмем наиболее распространенные в быту кабели с паперечным сечением: 0,75;  1,5;  2,5 мм.кв. для двух удлинителей с длиной  кабеля:  L = 5 м. и L = 10м. 

Возьмем для примера нагрузку в виде стандартного электронагревателя с электрическими параметрами: 
— напряжение питания
 U = 220 Вольт;
— мощность электронагревателя
   Р = 2,2 КВт = 2200 Вт;
— ток потребления  I = P/ U = 2200 Вт / 220 В = 10 А.

Из справочной литературы, возьмем данные сопротивлений 1 метра провода разных поперечных сечений.  

Приведена таблица сопротивлений 1 метра провода изготовленного из  меди  и алюминия.

Посчитаем потерю мощности, уходящей на нагрев для поперечного сечения провода  S = 0,75 мм.кв.    Провод изготовлен из меди.

Сопротивление 1 метра провода (из таблицы)   R1 = 0,023 Ом.
Длина кабеля L = 5 метров.
Длина провода в кабеле (туда и обратно)  2 · L =2
 · 5 =  10 метров.
Электрическое  сопротивление провода  в  кабеле   R = 2 · L · R1 = 2 · 5 · 0,023 = 0,23 Ом.

Падение напряжения в кабеле при прохождении тока  I = 10 будет: U = I · R = 10 А · 0,23 Ом = 2,3 B. 
Потеря мощности на нагрев в самом кабеле составит:  P = U · I = 2,3 В · 10 А = 23 Вт. 

 Если  длина кабеля  L = 10 м.  (того же сечения  S = 0,75 мм.кв.),  потеря мощности в кабеле составит 46 Вт. Это составляет примерно 2 %   мощности потребляемой электронагревателем от сети.

Для а кабеля  с алюминиевыми жилами того же сечения  S = 0,75 мм.кв. показания увеличиваются  и составляют  для L = 5 м  -34,5 Вт.  Для L = 10 м  — 69 Вт.

Все данные расчетов  для кабелей сечением  0,75; 1,5; 2,5 мм.кв. для длины кабелей   L = 5  и   L = 10 метров,  приведены в таблице.
Где : S – сечение провода в мм.кв.;
R
1
– сопротивление 1 метра провода в Ом;
R
-  сопротивление кабеля в Омах;
U
– падение напряжения в кабеле в Вольтах;  

Р
– потеря мощности в кабеле в ватах или в процентах.

Какие  же выводы нужно сделать из этих расчетов?

  •   — При одном и том же поперечном сечении, медный кабель имеет больший запас надежности и меньше потерь электрической мощности на нагрев провода Р.
  • — С увеличением длины кабеля увеличиваются потери Р.  Чтобы скомпенсировать потери   необходимо увеличить   поперечное сечение  проводов кабеля S.  
  • — Кабель желательно выбирать в резиновой оболочке, а жилы кабеля многожильными

Соблюдение этих рекомендаций повысит надежность и механическую прочность устройства в целом.

  Для удлинителя желательно использовать евро-розетку и евро-вилку. Штырьки  евро-вилки имеют диаметр 5 мм. У простой электрической вилки диаметр штырьков 4 мм.   Евро-вилки  рассчитаны на больший ток, чем простые розетка и вилка .  Чем больше диаметр штырьков  вилки, тем  больше площадь контакта в месте соединения вилки и розетки,  следовательно меньшее переходное сопротивление. Это способствует  меньшему  нагреву  в месте соединения вилки и розетки. 


Как подобрать электрический кабель и провод?

Как подобрать электрический кабель и провод?


 

      Для подключения электрических устройств в сеть электрического тока необходимо учитывать ток проходящий по цепи , т.е. выбрать сечение провода.
    Дело в том, что от сечения (диаметра) провода и его длины зависит его сопротивление в Омах.
    По закону Ома падение напряжения U на проводе зависит от его сопротивления R и проходящего через него тока I.
  U= R*I.
    При передаче электрической энергии по проводам происходит потеря мощности: 
чем меньше сечение провода (в мм.кв.) и чем больше ток потребления, тем больше потеря мощности в проводе.

  P = U*I.
    Исходя из этих соображений, необходимо знать допустимую величину тока в проводе в каждом конкретном случае.            Например, если примем плотность тока в проводе 5 ампер на мм.кв., а его сечение 2,5 мм.кв. то максимальный ток в проводе не должен превышать: 5 * 2,5 = 12,5 ампер.
     Признавая потерю мощности в проводе, учитываем допустимый нагрев и способы его естественного охлаждения.         Если посмотреть рекомендуемую литературу (электротехнические справочники), разные авторы приводят разные данные по плотности тока в проводах. Вот одна из этих таблиц.

     Например, для сечения провода 2,5 мм.кв. допустимый ток в проводе будет 20,0 ампер.
Здесь рекомендуются очень большие плотности тока на 1мм.кв. провода.

    Я не считаю себя экспертом в электротехнике, но имея большой практический опыт в обслуживании электрических устройств, прошу очень ответственно отнестись к рекомендуемым предложениям.

    Даже если эта комнатная проводка проложена под штукатуркой и имеет хороший тепловой контакт со стеной.

     Настораживает хотя бы такой факт, что в случае пожара в доме, квартире, при выяснении причины возгорания обычно указывают (как правило) на короткое замыкание в электропроводке.

    Это ли было причиной пожара или нет, но как бы признается тот факт, что электрические сети в домах перегружены. А сегодняшнее «увлечение», в каждом домашнем хозяйстве, энергоемкими электрическими приборами, дополнительно усложнило  ситуацию.

    Я рекомендовал бы ориентироваться на плотность тока в медном проводе не более 5 А/мм.кв.
В алюминиевом проводе не более 3,5 А/мм.кв. Это с небольшим запасом на случай перегруза в сети.

    Если ток в проводе превышает эти величины, то провод начинает греться, изоляция в местах  соединения проводника начинает обгорать или плавиться вплоть до отгорания самого провода, деталей контактов, зажимов прибора. При перегрузке током могут загореться и сами провода.
На надежность проводов и кабелей влияют также и другие факторы: 

  • — изоляция от повышенной температуры высыхает и при механическом воздействии  может отшелушиться от провода, оголяя его;
  • — в сырых помещениях прокладываемые провода и кабели должны иметь двойную резиновую или виниловую изоляцию;
  • — под влиянием  различных масел и кислот резиновая изоляция разбухает, от кислоты разрушается;
  • — изоляция  из пластмасс ( полиэтилен и др.) под воздействием повышенной температуры начинает плавиться, а при отрицательной температуре твердеет и трескается на изгибах;
  • — изоляция из полиэтилена и резины также портится под воздействием прямых солнечных лучей.

    Все это нужно учитывать  при  выборе проводов и кабелей для подключения электроприборов при эксплуатации в различных условиях.


Как определить сечение кабеля и провода?

Как определить сечение кабеля и провода?



     В домашних условиях мы часто  применяем переносные удлинители для временного (а то и постоянного) подключения бытовых приборов: электронагревателя, кондиционера, утюга и т.д. с различными, порой значительными, токами потребления.
     Кабель и провода для этого удлинителя обычно выбирают по принципу — что попало под руку (из хозяйственных старых запасов), что не всегда соответствует необходимым электрическим параметрам.
Необходимо узнать хотя бы сечение этого провода или кабеля, подойдет ли он под эту нагрузку?

    Как определить сечение неизвестного провода — кабеля?
     Для этого необходимо вскрыть оболочку жилы провода — кабеля.
     Если провод одножильный, то нужно замерить его диаметр и по формуле
S = π • d²/4  или  S = 0,8 • d²  где:
S — площадь сечения провода в мм.кв.;
π — 3,14;
d — диаметр провода в мм.
определяем его сечение.

Например: диаметр провода d = 1,5 мм., тогда его сечение S = 0,8• d² = 0,8 • 1,5 • 1,5 = 1,8 мм.кв.

     Если провод многожильный, то необходимо распушить его, посчитать количество жилок в пучке. Определить диаметр одной жилки, высчитать ее площадь сечения s, затем определить площадь сечения всего провода, сложив площади всех жилок.

    Например: количество жилок в пучке 37 штук; диаметр каждой жилки d = 0,3 мм.
     Определим площадь сечения одной жилки.
s = 0,8• d² = 0,8 • 0,3 • 0,3 = 0,072 мм.кв.
     Площадь сечения всего многожильного провода
S = 37• s = 37 • 0,072 = 2,66 мм.кв.

    Диаметр жилки провода замеряется штангенциркулем или микрометром. Если таких измерительных инструментов нет в наличии, то диаметр жилки провода можно определить с помощью обыкновенной линейки.
     Намотаем измеряемую жилку на карандаш или стержень 10 — 15 витков (чем больше, тем точнее измерение), плотно виток к витку. Линейкой замеряем общее расстояние намотки в миллиметрах. Затем этот размер делим на количество витков. Получится диаметр жилки в мм.

Соединение жил провода и кабеля

Соединение жил провода и кабеля



Иногда необходимо от одной электрической линии, или разветвительной коробки, сделать несколько ответвлений электрической цепи. Рассмотрим несколько  вариантов (способов) соединения жил провода и кабеля.

1.Скручивание проводов. Самый простой и доступный способ, это скручивание предварительно оголенных проводов

 с последующей изоляцией места скрутки (надевают хлорвиниловые трубки или изолируют изолентой).
 Недостатки  такого способа соединения жил провода и кабеля:

  • — со временем такая скрутка ослабевает (теряется  электрический контакт), место скрутки начинает греться,  вплоть до обгорания изоляции.
  • — если необходимо отключить один провод из пучка, то приходится перекручивать весь пучок проводов.
  • — весь ток, который проходит в цепях, сосредоточен в одном месте и при перегрузке одной цепи греется вся скрутка.

Достоинство такого способа соединения жил провода и кабеля: 

  • — простота и доступность.
  • — минимум дополнительных материалов и изделий.

   2.Клеммные соединения. Можно применить различные клеммные устройства (в хозяйственных магазинах продается много различных клеммников). Это устройство в виде трубочки диаметром 6-8 мм  с винтами для зажима проводов  или в виде клеммника для нескольких проводов.

 Они бывают разных размеров, под  разные диаметры (сечения) проводов. Провода, которые необходимо соединить, плотно

 

 

вставляются в это отверстие и зажимаются с помощью винта.По сравнению со способом скруткой это более (электрически и механически) надежнее и удобнее в исполнении.

3.Разветвительный щиток с шинами. В нем на изоляционных прокладках из текстолита, керамики и т.д. установлены шины питания для разводки цепей одно  или трех фазного напряжения (1ф — 0) или  (3ф — 0) Шины изготавливаются из меди или алюминия шириной 25-40 мм и толщиной 2-3 мм. В них сверлятся отверстия диаметром 7 мм. под болты с резьбой М6. Количество отверстий соответствует количеству ответвлений. Каждая отходящая цепь подключается под  отдельный болт.

В этом случае даже если одно крепление ослабнет  и контакт будет греться, это не повлияет на другие цепи, а масса шины будет выполнять роль радиатора и отводить тепло от места нагрева. Такое соединение наиболее надежно, но громоздко и сложнее в исполнении. Варианты крепления провода под болт:

  • а) — дополнительный наконечник впаивается или опресовывается на провод,
  • б)  и  в) — наконечник скручивается из самого провода.

Если под рукой нет подходящего готового наконечника, его можно изготовить из медной (для медного провода) или из алюминиевой (для алюминиевого провода) трубки подходящего диаметра  и длины. Один конец ее расплющить и просверлить  отверстие под болт крепления. В другой конец трубки плотно вставить провод и обжать. Наконечник можно выполнить и из самого провода. На рисунке  поэтапное выполнение наконечника из толстого многожильного провода. Такой наконечник выглядит не очень красиво, но обеспечивает надежный электрический контакт.

Один из вариантов исполнения электрического щитка для гаража или домашней мастерской  можно посмотреть здесь.

Как запитать электрическую лампочку (2 вариант)?

Есть другой способ снижения  напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про первый способ смотри здесь.

Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении,  диодов.

Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него —  от 0,5 до 1,2 Волта.

На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта.  Исходя из того, на сколько вольт  нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.

Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить:  6 В : 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В : 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.

Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?

На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.

 У резистора (проволочного сопротивления)  линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.

Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В.   На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.

Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.

Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.

Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.

Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем  ток в рассчитываемой цепи.

Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.

В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).

Страница 2 из 3123