Transformatorul de retea

TRANSFORMATORUL  DE  RETEA

        Transformatoarele de retea sunt necesare pentru obtinerea tensiunilor alternative care se redreseaza in alimentatoare, sau in aparatele cu tuburi electronice, ofereau si tensiunea alternativa, sub intensitate ralativ mare, pentru alimentarea filamentelor tuburilor. Tinand seama si de necesitatea de izolare desavarsita a montajelor de reteaua de curent alternativ, folosirea transformatoarelor de retea este singura posibilitate de adoptat pentru evitarea unor accidente prin electrocutare, sau a deteriorarii altor aparate, de alta constructie care se conecteaza la aparatura confectionata de amator. De aceea, pe langa dimensionarea corespunzatoare a oricarui transformator, se pune foarte serios problema izolatiei cat mai bune intre primarul transformatorului, alimentat de retea si secundarele transformatorului care alimenteaza montajul si care au contact cu sasiul montajului. In comert exista o mare diversitate de transformatoare de reatea, gata confectionate. Multe asemenea transformatoare pot fi procurate din aparatura veche, buna de demontat, care folosea tuburi electronice. De cele mai multe ori, asemenea transformatoare au un gabarit necorespunzator, sau ofera in secundar tensiuni care nu se potrivesc de fel cerintelor amatorului. In asemenea cazuri, mai ales atunci cand se urmareste obtinerea unui montaj modern, compact, eventual miniaturizat, se recomanda ca amatorul sa-si confectioneze singur transformatoarele de care are nevoie.

        Pentru unele montaje simple se pot utiliza transformatoare de sonerie, scoase din carcasa lor. Asemenea transformatoare, din cauza izolatiei foarte bune, folosind o carcasa sectionata, pot alimenta chiar mici amplificatoare, pana la o putere de 56W, cu tranzistoare de putere medie sau circuite integrate; dar au un camp magnetic de dispersie foarte mare, producand brum prin inductie magnetica in montajul pe care-l alimenteaza. O alta posibilitate, cu fiabilitate foarte buna si cu un camp dispers magnetic minim, consta in folosirea unor transformatoare de iesire de cadre, de la televizor. De obicei, un asemenea transformator are o izolatie deosebit de buna intre primar si secundar si asigura o tensiune in preajma valorii de 12V in secundar, daca primarul sau se conecteaza la reteaua de 220V. Se recomanda ca tolele acestui tip de transformator sa se reaseze in stare alternata. Atat in cazul transformatoarelor de sonerie cat si a transformatoarelor de iesire de cadre, eventual si audio, numarul de spire din secundar si grosimea sarmei de bobinaj pot fi modificate de amator prin rebobinare, functie de cerintele montajelor de alimentat.

        De asemenea, amatorul poate recupera transformatoare cu unele bobinaje intrerupte sau arse, cu carcase lovite sau sparte. In acest caz se desfac tolele cu toata atentia, pentru a nu se rani mainile, apoi tolele se strang in manunchi cu ajutorul unor bucati de sarma, astfel ca sa nu se risipeasca. Pachetul de tole E+I astfel obtinut se ambaleaza in foita de plastic sau hartie, notandu-se citet sectiunea miezului in centrimetrii patrati. Sarma de bobinaj se desface de pe carcasa originala si se infasoara pe mici mosorase de lemn, metal sau plastic - cum sunt de pilda mosorasele de la filmele fotografice 6X 9, carora li se perforeaza axial un orificiu de 6 mm diametru, la fel cu atentie, pentru a nu se leza mainile. Pe capacelul mosorelului se noteaza prin zgariere diametru sarmei.

        Miezurile de tole si sarma de bobinaj pot fi folosite la confectionarea unor transformatoare, dupa necesitati. Conductorul de bobinaj cu izolatie arsa trebuie dat la deseuri, deoarece in cazul refolosirii lui intr-un transformator, acesta va lua foc de la prima proba. Sarma arsa poate fi totusi folosita pentru conexiuni dezizolate, la mici lucrari artizanale, in cazul sarmei cu diametru de peste 0.5mm, necesara la bobinaj in cantitate mica, se poate incerca reizolarea ei prin pensulare cu vopsea nitrocelulozica sau de ulei, care mentine izolatia si lasand distanta suficienta intre spire.

        Transformatoarele de retea provenite de la montaje electronice vechi, cu tuburi electronice, care corespund ca putere, deci ca suprafata a sectiunii scopurilor unei constructii noi cu tranzistoare, vor fi debobinate numai de secundare, primarul lasandu-se intact, intrucat sectiunea conductorului de bobinaj si numarul de spire corespunde optim puterii absorbite de transformator de la retea, care se preia de catre noile secundare. Aceste secundare vor fi bineinteles rebobinate de catre amator, functie de cerintele montajului care se realizeaza.

        In general, pentru a obtine rezultate bune, nu se vor face economii nejustificate la alegerea transformatorului de retea. Daca un montaj stereo, de pilda, cere un transformator de retea de dimensiuni prea mari, care duce la o stricare a gabaritului dorit pentru montaj, se poate utiliza un artificiu si anume, montajul stereo poate fi alimentat prin doua transformatoare separate de retea, de dimensiuni mai mici, bobinate pe miezuri de transformatoare de iesire de cadre sau audio de televizor, plasate de o parte si de alta a amplificatorului, fie cele doua transformatoare avand secundarele conectate in serie sau paralel fiecare cu ale celuilalt, fie, eventual, fiecare transformator alimentand cate o celula de redresare si filtrare separata. Astfel se obtine o autonomie totala a celor doua canale din amplificatorul stereo, imposibilitate de a avea reactii mutuale prin surse de alimentare, o reducere importanta a campurilor magnetice parazitare date de miezurile celor doua transformatoare, usor de obtinut prin fazarea corespunzatoare a primarelor, o echilibrare a greutatii amplificatorului stereo. In plus este o solutie ieftina, cum si suprapunerea a doua miezuri mai mici - dar identice - , pentru obtinerea unui miez mai mare, devine o solutie posibila si avantajoasa la alte constructii.

        Pentru proiectarea rapida a oricarui transformator de retea se procedeaza in felul urmator:

        In primul rand miezul transformatorului nu se alege la intamplare, ci se calculeaza functie de puterea absorbita de secundarele transformatorului, care alimenteaza un anumit montaj. In cazul unui singur secundar, se ia in considerare puterea absorbita numai de el; la mai multe secundare se face suma puterilor. De exemplu, un transformator necesita in secundar o putere 10W, care inseamna o tensiune necesara de 20V la o intensitate de 0.5A. De asemenea, un secundar pentru alimentarea unui beculet pilot de 6V/0.3A. Suma puterilor va fi de (20x0.5 (6x0.3)=10+1.8=11.8 adica aproximativ 12W. Puterea in wati se noteaza cu P.

        Suprafata de miez care se cere folosita poate fi obtinuta printr-o formula empirica simpla si anume S =P, in care S este notatia pentru suprafata sectiunii exprimata in centrimetri patrati.

        Se prefera folosirea tabelului I, care ofera mai multe variante, pentru diverse cazuri, pornind de la transformatoarele speciale pentru aparataj III-FI, cu scapari magnetice minime, calculate empiric cu formula 60/S, apoi sistemul de transformator obisnuit, calculat confortabil cu 50/S, un sistem economic, pentru economie de cupru cu 45/S si sistemul cel mai riscant, pentru transformatoare care nu pot fi utilizate decat un timp limitat la 12 ore, cu formula 40/S.

Revenind la cazul transformatorului cu un consum de 12W, ar rezulta necesitatea unui miez de circa 4cm , corezpunzand unei puteri de circa 16W, valoare fixata larg. Din tabel, se poate constata faptul ca se poate utiliza un miez de 3cm , corespunzand unei puteri acoperitoare de 15W, in caz ca se utilizeaza tola de ferosiliciu nu mai groasa de 0.35mm, cu strat de lac sau foita. In cazul tolelor de calitate mai inferioara, se lucreaza fara gres cu formula S =P.  Deci, la un miez de tole de foarte buna calitate, ajung 3cm . Se prefera totdeauna alegerea unui miez eventual mai mare decat cel rezultat din calcul, pentru ca transformatorul sa aiba un coeficient mare de siguranta in functionare si ca in constructia lui sa se puna suficiente straturi de izolatie intre straturi, mai ales intre primar si secundare.

        Reamintim faptul ca suprafata sectiunii miezului oricarui transformator se obtine inmultind inaltimea pachetului de tole, cu latimea lamei centrale, portiunea pe care se executa bobinajele, totul fiind exprimat in centimetri patrati. Din inaltimea pachetului de tole se va scadea 510%, care exprima grosimea stratului de foita sau vopsea depusa pe fiecare tola in vederea izolarii curentilor vagabonzi, precum si micile neuniformitati de planeitate a tolelor.

        Pentru miezuri cu valori intermediare este bine sa se aplice calculul potrivit unui miez imediat mai mic ca valoare, de exemplu in cazul unui miez de 4.5cm , se calculeaza valorile cuvenite unui miez de 4cm . Rezultatul sigur va fi majorarea factorului de siguranta in functionare, deci un lucru bun. Daca se procedeaza invers, luandu-se un miez de dimensiune inferioara cerintelor, transformatorul nu va oferi rezultate optime, se va incinge sub sarcina. Se admite cateodata o derogare de la aceste considerente si anume in cazul alimentarii etajelor finale in contratimp clasa B: calculul transformatorului de retea poate fi datorat unei puteri absorbite nu de 100% cat ar cere montajul final la putere maxima, ci numai 70%, intrucat etajul final clasa B are un consum variabil, functie de putere.

        O data ales miezul in functie de puterea consumata in secundar, se calculeaza puterea absorbita in primar pentru dimensionarea sarmei folosite in infasurarea bobinajului primar. Presupunem ca transformatorul este pentru un aparataj portabil care trebuie alimentat la retelele de 120 si 220V. Nu este rational sa se bobineze doua primare separate pentru fiecare tensiune de retea in parte. Ar fi nepractic si neeconomic. Se pot folosi alte doua metode. Prima cere bobinarea unui primar pentru 120V cu sarma de un anumit diametru rezultat din calcul; iar in continuare, inca un bobinaj de circa 100V, care inseriat cu primul sa totalizeze de la cap la cap 220V. Sectiunea de 100V se va bobina cu sarma mai subtire.

        O a doua solutie, mult mai economica, dar care complica intrucatva sistemul de comutare al sectiunilor din care e alcatuit primarul, cere bobinarea a doua infasurari pentru 110V fiecare, conectate in paralel pentru 110120V, sau conectate in serie pentru 220V, amandoua bobinate cu un conductor cuvenit numai legarii la reteaua de 220V. Prin aceasta a doua solutie se obtine economie de spatiu in fereastra de bobinaj, fapt care nu este de dispretuit mai ales la tolele de tip 'economic', cele mai usor de procurat.

        Diametrul sarmei folosite la bobinarea primarului se poate calcula pe formula foarte simpla 0.6 x radical(I), in care I este intensitatea curentului, exprimat in amperi, sau se utilizeaza tabelul II, mai precis, unde valorile sunt aproximativ aceleasi cu ale calculului empiric.

        Revenind la cazul transformatorului cu posibilitate de doua tensiuni de alimentare, diametrul sarmei folosita la bobinarea primarului poate fi usor calculata in felul urmator: puterea fiind de circa 12W, la 120V se obtin 12:120=0.1A; iar la 220V rezulta o intensitate in primar de 12:220=0.05A. Sarma de bobinaj se alege din tabel, avand pentru 120V diametrul de 0.220.25mm; iar restul pana la 220V va fi bobinat cu sarma de 0.15mm diametru. In cazul alegerii variantei economice de bobinaj, cu doua sectiuni a cate 110V fiecare, conectate serie sau paralel, se va folosi numai conductor de 0.15mm diametru, pentru ambele sectiuni. Economia de spatiu de bobinaj devine evidenta.

        Asa cum s-a spus si mai sus, numarul de spire poate fi calculat cu ajutorul formulei epirice 50:S, S reprezentand sectiunea miezului in centimetri patrati; iar 50 frecventa retelei de 50Hz. Din raport se obtine numarul de spire la 1V tensiune de retea. Astfel, in cazul ales, numarul de spire pe volt va fi de 12,6 spire x 220V = 2772 spire. Un asemenea exemplu de calcul ar duce la un transformator optim dimensionat, poate 'prea solid'. Cu mici exceptii este tocmai ceea ce se doreste; dar se pot face si unele economii, asa cum se procedeaza si in industrie, admitand incarcarea mai mare a miezului, fapt care permite un numar mai mic de spire, deci economie de sarma si spatiu de bobinaj.

        In tabelul II se indica posibilitatile de realizare economica, conform si unor formule de calcul 60/S, de supradimensionare pentru aparatura de mare calitate, apoi a unor formule de calcul 45/S, acceptabil si 40/S admisibil numai la limita, pentru aparataj care trebuie alimentat numai un timp foarte scurt. Pentru aparatura care se foloseste mult timp, fara surprize neplacute se prefera datele din tabel calculate pentru 50/S. In tabelul II este indicat, de asemenea pentru economisire de timp, si diametrul optim de sarma de bobinaj in primar. Prima cifra este pentru sectiunea de 120V, a doua pentru continuarea pana la 220V. In caz ca se simplifica transformatorul, fiind bobinat direct numai pentru o tensiune in primar de 220V, se foloseste numai ultima cifra care indica diametrul sarmei folosita la intregul primar al transformatorului.

Secundarele se dimensioneaza ca diametru si numar de spire cu ajutorul tabelului III, unde se gasesc toate datele necesare.

        Avand astfel datele precise pentru bobinaj, se poate trece la confectionarea transformatorului. Pentru infasurarea conductorului de bobinaj se confectioneaza o carcasa de carton electrotehnic - prespan - de circa 1mm grosime, ca in figura 1. Asamblarea carcasei se face prin lipire cu lac nitrocelulozic. Carcasa rigidizata prin uscare se fixeaza cu ajutorul unui dispozitiv 'fluture', usor de confectionat din tabla zincata, pe un ax de otel de 6mm, fixat in mandrinul unei masini de gaurit manuale, sau pe un simplu ax cu manivela, in caz ca amatorul nu poseda o masina de gaurit. Oricum s-ar proceda, bobinajul trebuie executat strans, spira langa spira, fiecare strat izolandu-se cu foita parafinata de condensator, taiata la formatul latimii carcasei, lunga exact cat sa se petreaca peste stratul de bobinaj anterior. Peste primar se infasoara doua-trei straturi de hartie uleiata, sau hartie groasa parafinata, cu scopul maririi izolatiei. De asemenea se mareste izolatia intre straturile secundare separate.

Fig.1

        O metoda foarte buna de constructie este confectionarea carcasei sectionate a transformatorului, pe o sectiune se bobineaza primarul, pe cealalta secundarul. Pentru transformatoarele mici, cu miez pana la 4cm se admite bobinarea sarmei in 'vrac', adica tip mosor, de-a valma, cu precautia ca totusi, la diferente de potential mai mari de 25V, intre sutele de spire bobinate in primar, sa se intercaleze straturi de hartie subtire parafinata. Bobinajul trebuie executat si in acest caz atent, 'fara burta', adica fara umflaturi rezultate din suprapunerea exagerata a unor straturi de sarma pe unele portiuni ale carcasei, in pofida altor portiuni. Si la bobinajul in vrac se vor aplica precautii serioase de izolare intre primar si secundar si intre secundarele separate.

        Conductorul de bobinaj in toate cazurile va fi din cupru, izolat cu email si lac. In tabelul IV se dau diametrele conductoarelor functie de intensitatea de curent. Pentru conductoarele mai groase de 1mm se admit si alte tipuri de izolatie. Sarma de izolatie cu vinilin se deterioreaza usor la incingere. Pentru conductoarele de bobinaj cu diametru mai mic de 0.3mm se prefera sa se puna capatul de sarma al bobinajului sub forma de lita torsionata, astfel ca sa fie asigurat impotriva ruperii accidentale.

        Capetele primarului se vor scoate pe un perete al carcasei, secundarele pe celalalt perete. Pe carcasa se fixeaza cleme de tabla de fier sau alama, pe care se fixeaza cu cositor capetele bobinajelor, ca in figura 63. Peste bobinaje se aplica un ultim strat de protectie, de carton subtire, pe care se noteaza cu tus negru semnificatia bornelor, numarul de spire, sarma utilizata, tensiunea data. Apoi in carcasa se introduc tolele alternate, astfel ca sa nu existe nici un spatiu intre bucatile de tola care alcatuiesc miezul.

        Pentru compactare se poate bate miezul usor cu o bucata de lemn. Foarte multa atentie pentru ca tolele sa nu taie carcasa, sau sa atinga ultimul strat de bobinaj. Se pot strecura bucati de prespan intre bobinaj si tole pentru a rigidiza ansamblul. Ideal ar fi sa se fiarba cateva minute tot transformatorul in parafina topita, operatie care duce la o imbunatatire substantiala a izolatiei, la absenta oricarui bazait mecanic; dar operatia este destul de gingasa si neplacuta. In nici un caz nu se va folosi pentru impregnare smoala sau straturi de izolatie din polivinil, plastic, tubulete diverse strecurate prin bobinaj. Izolatia sarmei va avea de suferit, dupa uscarea insertiilor spirele insuficient fixate vor vibra, transformatorul va avea viata scurta, fapt care nu este de dorit.

        Transformatorul terminat va fi fixat cu buloane in montura lui de prindere, sau se va confectiona un 'pantalon' din tabla, preferabil diamagnetica - aluminiu sau alama. Ultima operatie este notarea pe stratul de protectie de peste bobinaj a unor date suplimentare, rezultate din masurarea sub tensiune, a transformatorului.

        Uneori amatorul este pus in situatia de a evalua posibilitatile de realizare ale unui transformator, intr-un anume spatiu disponibil, in sensul ca numarul de spire determinat prin calcul trebuie sa incapa in intregime pe carcasa. In acest scop se dovedeste util tabelul V care mentioneaza numarul de spire pe centimetrul patrat de suprafata a ferestrei tolei. Calculul estimativ se face astfel: Se determina aria ferestrei unei tole care serveste la alcatuirea pachetului necesar transformatorului. Din aria rezultata, exprimata in cm , se scade circa 10% pentru o izolatie de foarte buna calitate.

        Numarul de spire pentru primar si secundar, cu anumite diametre de sarma, rezultate din calcule sau consultarea tabelelor anexate, permite ca din tabelul V sa se obtina imediat o situatie clara a posibilitatii de a introduce pe carcasa numarul de spire cerut de transformator. Operatia trebuie neaparat facuta inainte de a bobina pe tole de format 'economic', care au o fereastra foarte ingusta, existand in cazul unui transformator mai complicat, posibilitatea foarte neplacuta de a nu mai putea introduce o carcasa umflata de prea multa sarma, pe un miez de tole cu fereastra prea mica. In felul acesta amatorul nu va fi pus in situatia de a incepe un bobinaj fara a fi sigur ca incape in intregime in spatiul disponibil.