Сердечник трансформатора своими руками

Как сделать трансформатор своими руками?

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

• Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
• Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
• Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
• Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
• Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁ = P₁ / U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I₂ = P₂ / U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками

Люди, которые часто работают с радиоаппаратурой, наматывают высоковольтные трансформаторы своими руками, если нельзя купить нужный прибор. Процедура намотки не сложная, сложнее точно рассчитать параметры магнитопровода и намотки. Самоделки чаще всего используются в электрошокерах, блоках питания систем освещения с газоразрядными лампами, зажигалках, ионизаторах воздуха, игрушках.

Назначение и применение

Высоковольтные трансформаторы (ВВ) относятся к группе преобразователей напряжения. Их предназначение – преобразовать высоковольтное напряжение в низковольтное для питания различных приборов. По принципу работы преобразователи напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов. Во вторичной обмотке всегда меньше витков, чем в первичной, если преобразователь понижающий, и наоборот, если прибор повышающий.

ВВ трансформаторы классифицируются по:

• количеству фаз (одно- или трехфазные);
• количеству обмоток (две, три или четыре);
• допускаемым погрешностям;
• способу установки (внутренняя или наружная);
• назначению (общее или специальное).

Преобразователи специального назначения используются в различном электрооборудовании:

• телевизорах и радиоприемниках;
• устройствах связи;
• бытовых приборах (например, боках питания для систем освещения).

Большинство преобразователей этого типа маломощные (не более нескольких киловольт-ампер), частота от 50 Гц, предназначены для внутренней установки. Количество намоток зависит от того, в какое оборудование трансформатор будет установлен. Изоляция заливается эпоксидной смолой.

Расчет электрических параметров

Для вычисления мощности используется формула на основе напряжения и тока на выходе:

Мощности плюсуются, если вторичных обмоток две (или больше).

Коэффициент полезного действия преобразователя не может быть выше 80%, поэтому первичная мощность:

Ток из первичной намотки во вторичную передается через сердечник, площадь которого полностью зависит от мощности первичной намотки. Для сердечника, который изготовлен из трансформаторной стали, площадь вычисляется по формуле:

Количество витков первичной обмотки:

При использовании сердечника из другого материала (некоторые используют жесть, обожженную проволоку, кровельное железо), то S необходимо увеличить на треть.

Количество витков вторичных намоток:

Так как часть напряжения теряется из-за сопротивления, расчетное количество желательно увеличить на 5-10%.

Выбор материала магнитопровода

Маломощный преобразователь можно сделать на броневом или стержневом магнитопроводе. В броневом стержни с прямоугольным сечением располагаются горизонтально. Это сравнительно сложная конструкция, поэтому используется редко. В стержневом магнитопроводе стержни располагаются вертикально, обмотки цилиндрические.

Для повышающего трансформатора лучше использовать Ш-образный ферритовый магнитопровод. Важно точно подобрать размеры (на стержне должно поместиться требуемое количество витков). Если сердечник нужно разобрать, чтобы сделать другой из полученных пластин, толщина пакета подбирается, базируясь на мощность. Пластины вставляют в катушку, стягивают при помощи шпилек и гаек.

Конструкция сердечника

Чтобы сделать понижающий преобразователь с двумя обмотками своими руками, нужно найти круглый ферритовый магнитопровод.

Такие есть в старых телевизорах и блоках питания компьютеров. В случае с компьютером стержнем служит центральный керн силового трансформатора (его нужно вырезать). Длина 2,1 см, диаметр 1,1 см.

Чаше всего эти преобразователи покрыты эпоксидной смолой. Для того, чтобы их разобрать, требуется разогрев строительным феном. Керны вырезаются болгаркой (колоть не стоит). Поверхность обычно неровная, поэтому столбики обматываются скотчем. Если длины недостаточно, можно склеить два супер-клеем.

Расчет необходимого диаметра провода

Сечение проводов рассчитывается, базируясь на значение и плотность тока (среднее значение 2 А/мм 2 ).

Ток на первичной намотке:

С такими исходными данными диаметр провода (без изоляции):

Если под рукой нет провода с рассчитанным диаметром, можно параллельно соединить несколько более тонких таким образом, чтобы сумма сечений не оказалась меньше рассчитанной.

Для расчета поперечного сечения используется формула:

Если обмотка низкого напряжения создается из толстого провода и располагается над другими витками, плотность тока увеличивается до 2,5-3 А/мм 2 благодаря улучшению охлаждения. В формулу 0,8 заменяется на 0,7 или 0,65.

От необходимости в вычислениях освобождают специальные таблицы, например:

В заключении необходимо вычислить диаметр проводов с изоляцией.

Площадь сечения всех витков любой обмотки:

d_из – диаметр с изоляцией

Все рассчитанные площади складываются, полученное значение умножается на 2 или 3 (это площадь окна сердечника).

Пример расчета

Требуется преобразователь, питающийся от сети 220 В, на вторичной обмотке которого должно быть напряжение 6,3 В и ток 50 мА.

Мощность вторичной намотки:

Мощность первичной намотки:

Площадь сечения сердечника (если он изготовлен из трансформаторной стали): примерно 4,7 см 2 .

Количество витков (на один вольт):

Ток на первичной намотке:

Количество витков на первичной обмотке:

Диаметр провода: 0,8 мм

Количество витков на вторичной обмотке:

Диаметр провода: 0,17 мм

Диаметр с изоляцией определяется по таблице:

Провод лучше всего взять медный, изоляция эмалированная.

Если удалось найти трансформатор, который возможно перемотать, в процессе размотки нужно сосчитать, сколько витков во вторичной обмотке. Если известен коэффициент трансформации, можно определить, сколько витков требуется для нового преобразователя.

Инструкция по намотке

Сердечник нужно обмотать скотчем (5 слоев), вложить в желоб провод с рассчитанным диаметром, намотать по всей длине рассчитанное для первичной намотки количество витков. Оба конца обмотки выводятся на одну сторону и изолируются винилкой.

Последний виток необходимо зафиксировать (подойдут простые нитки), чтобы предотвратить разматывание.

Далее наматывается 4-5 слоев скотча, конструкция помещается в корпус одноразового шприца длиной 3 см. На шприц наматывается 2 ряда скотча и рассчитанное для вторички количество витков, ширина обмотки примерно 1,5 см. Каждый слой нужно заизолировать скотчем или двумя слоями фторопластовой ленты. Концы второй обмотки выводятся на обе стороны. В результате с одного конца получается три вывода, со второго – один.

Готовая конструкция изолируется скотчем (5 слоев), припаиваются гибкие провода (выводы), наматываются еще 5 слоев скотча.

Если в процессе намотки порвался провод, концы необходимо зачистить, скрутить, спаять и заизолировать. Электрическую прочность увеличивает пропитка каждого слоя намотки лаком на основе акрила или эпоксидной смолы.

Для того, чтобы сделать трансформатор своими руками, не обязательно покупать новый провод. Подходит и старый, если отрезки соединены правильно (свиты и спаяны). При намотке витки должны плотно прижиматься друг к другу. Нежелательно укладывать их перпендикулярно к сердечнику (нужен небольшой наклон). Не допускаются перегибы и сгибы, поэтому требуется определенная натяжка. Скотч для изоляции следует нарезать на полоски шириной 1,5 см, чтобы было легче покрыть провод.

Сборка

Изготовить качественный высоковольтный трансформатор невозможно без пропитки эпоксидной смолой. Цель этой процедуры – удалить пустоты и пузырьки воздуха, вызывающие протечки и пробои. Нужен каркас для заливки и вакуумная установка.

Последнюю тоже можно сделать своими руками, если имеется:

• обратный клапан (продается в зоомагазинах);
• шланг из силикона;
• банка, оснащенная прорезиненной привинчиваемой крышкой;
• шприц;
• пластилин;
• герметик.

В металлической крышке делается отверстие, в которое пропихивается шланг. Все щели замазываются герметиком, потом пластилином с обеих сторон. Воздух из банки выкачивается шприцем (крышка должна вжаться).

Перед пропиткой смола подогревается, добавляется отвердитель. Каркас можно сделать из обычной бумаги, предназначенной для принтера компьютера. К бумаге приклеивается скотч, делается цилиндр по диаметру преобразователя, все склеивается термоклеем. После обработки в вакууме необходимо подождать примерно сутки, потом можно снять каркас.

Перед установкой преобразователь желательно проверить на:

• целостность магнитопровода;
• отсутствие разрывов проводов в обмотках;
• целостность изоляционного материала.

Для проверки изоляции мультиметр переключается на мегомметр, замеряется сопротивление между обмотками или между каждой обмоткой и корпусом (для ВВ оптимальное значение 1 МОм).

Далее измеряется ток в обмотках в рабочем состоянии, чтобы определить, соответствует ли коэффициент трансформации требуемому. Но это не самый лучший метод, если напряжение достаточно высокое. Более безопасно прозвонить выводы. Если они из разных обмоток, на сопротивление бесконечное. При прозвоне выводов одной обмотки сопротивление имеет цифровое значение.

К сети трансформатор присоединяется параллельно. Если на выходе требуется постоянный ток (например, в блоке питания для системы освещения), к вторичной обмотке подключается сглаживающий фильтр из диодного моста и электролитического конденсатора.

Намотка простого трансформатора своими руками

Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.

Подбор материалов

Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.

Пропитка нужна для повышения времени работы, но, она повышает паразитную емкость катушки. Для этой цели применяют лак. Для простого трансформатора можно использовать масляный лак. Покрывается каждый слой. Сразу все слои пропитать невозможно. Лак не должен быстро засохнуть до окончания намотки.

Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см2.

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

• Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
• Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
• Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Изготовление каркаса катушки трансформатора своими руками

Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.

На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Трансформатор тороидальный своими руками – расчет витков, технология намотки

Преобразование тока или напряжения применяется практически в каждом электроприборе. Для чего нужен трансформатор? Более практичного и универсального прибора для преобразования напряжения еще не придумали.

Как устроен трансформатор?

Основа прибора – замкнутый магнитопровод. На него наматываются обмотки – от двух и более. При появлении на первичной обмотке переменного напряжения, в основе возбуждается магнитный поток. Он наводит на остальных обмотках переменное напряжение с аналогичной частотой.

Разница в количестве витков между обмотками определяет коэффициент изменения величины напряжения. Проще говоря, если вторичная обмотка имеет вдвое меньше витков, на ней возникнет напряжение, в два раза меньшее, чем в первичной. Мощность остается прежней, что позволяет работать с большими токами при меньшем напряжении.

Конструктивное исполнение различается по форме магнитопровода.

Броневой

Образует два витка магнитного поля, рассчитан на большие нагрузки. Магнитопровод разъемный, удобен в сборке – на центральный стержень надевается готовая обмотка. Недостаток – тяжелый, габаритный. Крайние и поперечные стержни магнитопровода эффективно не используются.

Стержневой

Конструкция аналогична броневому, магнитное поле одновитковое, соответственно мощность меньше. Также имеет разборную конструкцию. Эффективность использования поверхности магнитопровода не выше 40%.

Тороидальный трансформатор

Имеет самый высокий КПД. Это достигается за счет 100% использования площади магнитопровода. Поэтому, при одинаковой мощности, такие трансформаторы имеют меньшие размеры. Еще одно преимущество – за счет распределения обмоток по всей площади основы, охлаждение витков более эффективное. Это позволяет еще больше нагрузить преобразователь без превышения критической температуры. Недостаток один – такие трансформаторы сложно собирать, поскольку основа неразъемная.

Материалы для магнитопровода:

Железные основы набираются из пластин, наматываются ленточным способом, или отливаются монолитно. Наиболее эффективный материал – феррит. Чаще всего применяется именно в торах, увеличивая их КПД.

Какие бывают трансформаторы по конструкции, мы рассмотрели. При покупке готового прибора, вас мало волнует, насколько сложно его сделать.

Тороидальная конструкция удобна в монтаже (занимает мало места, крепится одним винтом). Однако стоит такой прибор выше, чем стержневые или броневые преобразователи напряжения. Часто его цена перекрывает экономию от самостоятельного изготовления всей электроустановки.

Тороидальный трансформатор, как сделать своими руками?

Первое, что приходит в голову – взять готовый тор от сломанной бытовой техники, и попробовать изменить параметры вторичной обмотки под ваши расчеты. Как перемотать трансформатор своими руками, знают все радиолюбители.

Но тороидальный сердечник не разбирается, если пропускать через «бублик» пару тысяч (или даже сотен) витков, на перемотку уйдут месяцы. Да и вероятность повредить оболочку проволоки при таком способе довольно высока.

Чтобы не задаваться вопросами типа: «Что можно сделать из трансформатора от микроволновки?» (из него делают споттеры для точечной сварки), логичнее будет подбирать трансформатор под конкретную задачу, а не наоборот.

Если ваш электроприбор компактный, ищите тороидальный преобразователь. Кстати, в микроволновых печах применяются бронированные трансформаторы, достаточно крупного размера.

Имея представление о характеристиках собираемого блока питания, вы должны знать, как рассчитать мощность трансформатора. Получив эту важную характеристику, начинаете поиски донора. Если приобретенный трансформатор имеет заводскую этикетку, или еще лучше, паспорт изделия – вы пользуетесь этой информацией. А если у вас в руках безымянное изделие?

Первый вопрос, который возникнет: «Как определить выводы трансформатора?» Необходимо произвести замеры сопротивления между контактами с помощью мультиметра. Надо найти первичную обмотку. Как правило, контакты первички не соединены с вторичными обмотками.

То есть, если прозвонка показала гарантировано обособленную обмотку, это первичка. По результатам замеров рисуем схему, и приступаем к определению коэффициентов понижения напряжения.

На контакты первичной обмотки подводим напряжение 220 вольт. Для безопасности можно ограничить ток какой-нибудь нагрузкой. Например, последовательно включить лампу накаливания мощностью 40-60 Вт. Лампа шунтируется обычным тумблером. Подключение производится через предохранитель, или бытовой удлинитель с защитным автоматом (на случай короткого замыкания).

Необходимо дать поработать тору несколько минут «в холостую» с включенной лампой. Затем отключите питание, и оцените температуру устройства. Если избыточного нагрева нет – шунтируйте лампу выключателем и снова дайте время на проверку нагрева.

После этого можно приступать к составлению диаграммы напряжения на вторичных обмотках. Произведите замеры на контактах во всех возможных комбинациях. Результаты отобразите на схеме. Получив полную картину, подайте на обмотки нагрузку, соответствующую напряжению. Лучший способ – та же лампа накаливания.

Оценить возможности прибора можно по степени нагрева под нагрузкой. Нормальная температура – не более 45°С. То есть, сразу после отключения от сети, трансформатор можно трогать рукой без температурного дискомфорта.

Рассмотрим как производится расчет мощности трансформатора

Для начала определяем сечение основы. Магнитопровод должен не только выдержать магнитное поле определенной интенсивности, он еще рассеивает выделяемое тепло. Существует упрощенный метод исчисления площади сечения в см². Она равна квадратному корню от требуемого значения мощности в ваттах.

Это максимальное значение, реальный трансформатор должен иметь запас +50%. Иначе сердечник попадет в область магнитного насыщения, что приведет к резкому локальному нагреву. Для сердечников тороидальной формы достаточно запаса 30% от расчетной площади.

Далее необходимо знать, как определить параметры провода для обмоток, чтобы обеспечить расчетную мощность трансформатора. Первая величина – количество витков на вольт (речь идет о первичной обмотке).

Для этого воспользуемся несложной формулой: константу 60 делим на площадь сечения в см². Например, сечение магнитопровода 6 см². Значит, на каждый вольт входного напряжения, требуется 10 витков провода. То есть при питании 220 вольт, первичная обмотка будет состоять из 2200 витков.

Расчет вторичных обмоток производится в пропорции коэффициента трансформации. Если необходимо 20 вольт на выходе, при константе 10 витков на вольт, потребуется 200 витков вторичной обмотки. Это абсолютное значение, без учета потерь при нагрузке. Истинное количество витков получаем, умножив значение на 1,2.

Прежде чем намотать трансформатор, надо знать сечение провода. Минимальный диаметр проволоки рассчитывается по формуле: D=0.7*√I

D – диаметр проводника в мм

0,7 – установочный коэффициент

√I – квадратный корень из значения силы тока в амперах

Экономить на проводе не стоит. Меньший диаметр плохо рассеивает тепло, и обмотка может перегореть. Чем тоньше провод, тем выше сопротивление. Возможны потери мощности и снижение расчетных характеристик.

Перемотка трансформатора своими руками

Расчет произвели, параметры «донора» определили, требуется перемотка вторичной обмотки. На стержневом или бронированном трансформаторах все просто – обмотка мотается на коробочку из электротехнического картона, затем надевается на разборный магнитопровод.

А как намотать тороидальный трансформатор?

Намотка тороидального трансформатора своими руками — видео.

Есть два способа, отработанных десятилетиями.

С помощью челнока. На вилочный челнок предварительно наматываем требуемое количество проводника. Лучше рассчитать его с запасом, возможны потери от перекосов на витках.

Этот способ годится в случаях, когда внутренний диаметр тора достаточно большой, а проводник тонкий и гибкий. Количество витков также имеет значение. Мотать обмотку даже в 500-700 витков вы будете очень долго.
Вторая технология более прогрессивная. Намотка с помощью размыкаемого обода.

Намоточный обод продевается в «дырку от бублика» и соединяется в единое кольцо. Затем на него наматывается требуемое количество проволоки. После чего проводник сматывается с обода на тороид, с одновременным его вращением для равномерной укладки.

Несмотря на кажущуюся сложность приспособления, его можно изготовить самостоятельно.

Изготовление тороидального трансформатора своими руками

Многие домашние мастера задумываются об изготовлении тороидального трансформатора своими руками. Объясняется это тем, что его эксплуатационные характеристики значительно лучше, чем у трансформаторов с сердечниками другой формы. Например, при тех же электрических характеристиках, его вес может быть до полутора раз меньше. К тому же и КПД такого трансформатора заметно выше.

Устройство тороидального сварочного трансформатора.

Основных причин, по которым изготовление тороида не всегда удается, две:

1. Трудно найти подходящий сердечник.
2. Трудоемкость изготовления, особенно сложна намотка трансформатора.

Что такое плазморез и как он устроен.

Об аргонно-дуговой сварке читайте здесь.

Расчет тороидального трансформатора

Схема сварочного полуавтомата.

Для упрощенного расчета трансформатора на тороидальном магнитопроводе необходимо знать следующие исходные данные:

1. Подаваемое на первичную обмотку входное напряжение U₁.
2. Наружный диаметр D сердечника.
3. Его внутренний диаметр – d.
4. Толщина магнитопровода – H.

Площадь поперечного сечения магнитопровода S_c определяет мощность трансформатора и, соответственно, надежность работы будущего сварочного аппарата. Оптимальными считаются значения 45-55 см 2 . Рассчитать ее значение можно по формуле:

Важной характеристикой сердечника является площадь его окна S, поскольку этот параметр определяет не только удобство намотки обмоточных проводов и интенсивность отвода избытков тепла, но и оказывает влияние на характер магнитного рассеяния. Оптимальные значения этого параметра 80-110 см 2 . Вычислить его значение позволяет формула:

Броневой тип трёхфазных трансформаторов.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:

P = 1,9 * S_c * S, где S_c и S берутся в квадратных сантиметрах, а P получается в ваттах.

Далее можно найти число витков на вольт:

Зная значение k, можно рассчитать количество витков во вторичной обмотке:

Количество витков в первичной обмотке лучше рассчитать, используя в качестве исходного данного напряжение на вторичной обмотке:

W₁ = (U₁ * w₂) / U₂, где U₁ – напряжение, подводимое к первичной обмотке, а U₂ – снимаемое со вторичной.

Дело в том, что регулировать сварочный ток лучше изменением числа витков первичной обмотки, поскольку величина тока в ней меньше, чем во вторичной. Пусть, например, нужно получить три значения выходного тока 60 А, 80 А и 100 А при мощности трансформатора 5000 Вт.

Этим значениям сварочного тока будут соответствовать следующие значения напряжений на вторичной обмотке:

U₂₁ = P / I₂₁ = 5000 Вт / 60 А = 83,3 В;

U₂₂ = P / I₂₂ = 5000 Вт / 80 А = 62,5 В;

Классификационная схема трансформаторов.

U₂₃ = P / I₂₃ = 5000 Вт / 100 А = 50 В.

Пусть вторичная обмотка содержит w₂ = 70 витков. Теперь можно рассчитать число витков в соответствующих ступенях первичной обмотки для напряжения в сети U₁ = 220 В:

W₁₁ = (U₁ * w₂) / U₂₁ = 220 В * 70 / 83,3 В ≈ 185 витков;

W₁₂ = (U₁ * w₂) / U₂₂ = 220 В * 70 / 62,5 В ≈ 246 витков;

W₁₃ = (U₁ * w₂) / U₂₃ = 220 В * 70 / 50 В = 308 витков.

Последнее значение следует увеличить на 5%:

W₁₃ = 308 * 1,05 ≈ 323 витка – это и будет их необходимое число в первичной обмотке, а отводы следует сделать от 185-го и 246-го витка.

Для самодельных трансформаторов для сварки допустимая плотность тока в обмотках j = 3 А/мм 2 . Зная ее, можно найти площадь поперечного сечения проводов обмоток. В приведенном ранее примере максимальный ток в первичной обмотке:

Сечение этого провода должно составлять:

S₁ = I_1m / j = 23 А / 3 А/мм 2 ≈ 8 мм 2 .

Во вторичной обмотке следует применить провод с площадью поперечного сечения:

S₂ = I₂₃ / j = 100 А / 3 А/мм 2 ≈ 33 мм 2 .

Вам может быть интересно: Сайт о сантехнике.

Подбор и изготовление тороидального сердечника

Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.

Характеристики сварочных трансформаторов.

При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.

Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.

Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.

После набора нужного сечения S магнитопровод готов. Для увеличения S можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора. После наложения их на тороид, сердечник обматывается поверх картонных прокладок киперной или тканой изоляционной лентой. Магнитопровод готов, и можно начинать наматывать обмотки.

Намотка трансформатора

Основные части обмотки трансформатора.

Как уже говорилось, мотать обмотки на любой тороидальный трансформатор, в том числе и сварочный, непросто. Самый простой способ – это использование для этой цели челнока, на который предварительно наматывается провод нужной длины, а затем, пропуская челнок через внутреннее окно сердечника, виток за витком формируется соответствующая обмотка.

Челнок обычно изготовляют из дерева или выпиливают из оргстекла. Его толщина 5-6 мм, ширина сантиметра 3-4, а длина порядка 40 см. В его торцах делаются полукруглые вырезы для провода. Для оценки длины провода, который нужно намотать на челнок, производится оценка средней длины одного витка наматываемой обмотки, ее значение умножается на число витков, и на всякий случай делается запас в 15-20%.

Удобнее производить намотку с помощью так называемого кругового челнока. В качестве заготовок для изготовления кругового челнока могут служить согнутые в кольцо пластмассовые трубы или гимнастический обруч со спиленной наружной частью, обод от велосипедного колеса и т. д.

Обруч или колесо распиливаются в одном месте, продеваются сквозь внутреннее окно сердечника, а затем место распила фиксируется любым удобным способом. Намотанный на челнок провод можно в нескольких местах зафиксировать изолентой, но удобнее резиновая лента по длине челнока, натянутая поверх провода. Она не дает проводу рассыпаться, но не препятствует его вытаскиванию сбоку.

Из описания ясно, что хотя изготовление тороидального сварочного трансформатора не такое уж простое дело, но оно вполне выполнимо.

Были бы только нужные материалы, а самое главное – желание.

Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор

Большинство электронных устройств для своей работы нуждаются в определённом типе питания, отличающегося от поступающего из промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможной электронной техники.

Конструкция и принцип работы

Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.

Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

• магнитопровод (сердечник);
• обмотки;
• каркас для расположения обмоток;
• изолятор;
• различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).

Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.

По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:

1. Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
2. Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
3. Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
4. Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
5. Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.

К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

Мощность устройства определяется произведением площадей S и Sо, умноженных на коэффициент: P=1,9* S * Sок.

Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле: S=h*(D-d)/2, где:

• S- площадь сечения;
• h- высота конструкции;
• D- наружный диаметр;
• d — внутренний диаметр.

Для вычисления площади окна используется формула: Sок=3,14*d2/4.

Количество витков во вторичной обмотке равно произведению W2=U2*50/Sок.

Далее остаётся рассчитать количество витков в первичке. Для этого используется выражение: W1=(Uвх*W2)/Uвых, где Uвх — напряжение на входе, а Uвых — напряжение на выходе устройства.

Такую методику расчёта можно применить почти для любого вида тороидального трансформатора. Но для расчёта некоторых изделий существует своя методика.

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

4. Мощность сердечника: Рс = 2,76 * 113 * 60 (Вт) ≈ 18712,8 Вт.

5. Количество витков первичной обмотки: W1 = 40 * 220 / 60 = 147 витков.

6. Количество витков для вторичной обмотки: W2 = 42 * 60 / 60 = 42 витка.

7. Площадь провода вторички находится исходя из наибольшего рабочего тока: Sпр = 200 А /(8 А/мм2) ≈ 25 мм².

8. Вычисляется площадь провода первички: S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм².

Такой вариант расчёта применим не только для сварочников, но и с успехом может быть использован для других типов. Как видно, никаких трудностей при расчёте возникнуть не должно.

Токовый трансформаторный прибор

Трансформатор тока своими руками сделать несложно, но перед его изготовлением понадобится выполнить расчёт. Такой расчёт отличаетчя от общепринятого в связи с конструктивными особенностями изделия. Начинается он с необходимой величины тока вторички (единица измерения ампер): Iам = Iпер / Iвт, где:

• Iпер — величина тока первичной обмотки, умноженная на число витков в ней;

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

Для того чтобы разобраться, как правильно выполнить расчёт, проще рассмотреть практический пример самодельного токового устройства. Пусть на выходе токового устройства необходимо получить 4 вольта, а ток ограничить уровнем 5 ампер.

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

1. Берётся ферритовое кольцо, для примера 20×12х6 из 2000hМ.
2. Мотается 100 витков провода. Эти витки составляют вторичную обмотку, так как первичная — это просто один виток проволоки, пропущенный через феррит.
3. Значение тока во вторичке будет равно: I/Kтр = 5 / 100 = 0,05 A. где Ктр — коэффициент трансформации трансформатора (отношение количества первичной обмотки к вторичной).
4. Величина нагрузочного шунта рассчитывается согласно закону Ома: R = U/I. Получается R= 4/0,05 = 80 Ом.

Таким образом можно выполнить расчёт для любых требуемых параметров. Независимо от формы тока на входе, на выходе токового устройства напряжение всегда двухполярное. В качестве шунта вторичной обмотки используется именно сопротивление, а не диод. Если есть необходимость в диоде, то вначале подключается резистор, а затем диод или диодный мост. Во втором случае сопротивление включается в диагональ моста.

Самостоятельное изготовление

Цена на готовые изделия велика, при этом не всегда удаётся найти прибор с требуемыми параметрами. Поэтому целесообразно изготовить трансформатор или автотрансформатор своими руками. Кроме изготовления трансформатора с нуля существует возможность перемотать неисправное устройство.

Для изготовления изделия потребуются трансформаторное железо и провод. Железо представляет собой пластины собранные в виде тора и образующие магнитопровод. Его можно купить либо взять со старых разобранных приборов. Например, взять пластины от промышленных трансформаторов и, используя приспособление в виде разрезанного кольца, скатать из металла пластинки в виде бублика. Пластинки собрать, сердечник обтянуть стеклотканью и залить лаком.

Витки обмоток изготавливаются из медного провода нужного диаметра. Сама намотка не вызывает сложностей:

1. Наматывается первичная обмотка. Для этого один конец проволоки закрепляется на расстоянии около трёх сантиметров от поверхности железа, а оставшаяся часть провода сворачивается в виде полоски.
2. Полоска с проводом поочерёдно продевается через внутреннее отверстие сердечника, обматывая его грани, и равномерно распределяется по всей поверхности. В конце вывод фиксируется и выводится в районе начала обмотки на таком же расстоянии, что и начало.
3. Сверху первичная обмотка проматывается слоем диэлектрика (стеклотканью).
4. Таким же способом наматывается вторичная обмотка.
5. После выполнения требуемого количество витков сверху наматывается стеклоткань, и трансформатор покрывается лаком.

Если в процессе намотки необходимо выполнить отвод, тогда наматываемый провод разрывается. На место разрыва впаивается отвод, а основной провод мотается дальше. Место отвода, как правило, тщательно изолируется. Закрепление концов обмоток обычно выполняется с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника или проложенного провода. Полоску продеваемого провода лучше разместить на «челнок». Изготавливается он из небольшого пластикового профиля с прорезями в торцах для фиксации проволоки.

Такая работа требует внимательности и аккуратности, особенно при наматывании первичной обмотки. Для изготовления нескольких устройств целесообразно использовать станок для намотки тороидальных трансформаторов. Своими руками такой прибор выполнить сложно, но возможно.

Намоточный станок своими руками

Один из возможных вариантов — сделать станок, оснащённый регулируемым укладчиком и счётчиком витков, используя принцип велосипедного колеса.

Колесо надевается на штырь в стене, при этом его обод снабжается резиновым кольцом. Для того чтобы на обод надеть сердечник, предварительно потребуется его разрезать, а затем снова скрепить, получив цельный круг. Намотав на него необходимую длину проволоки, один ее конец подсоединяется к свободно расположенному на ободе сердечнику. Катушка передвигается по ободу полными кругами, в результате чего проволока укладывается на каркас. При этом для подсчёта оборотов используется велосипедный счётчик.

Создание более совершенного устройства потребует применение шаговых двигателей с позиционированием их положения. Для этого используются микроконтроллеры и электронный счётчик. Такое конструирование требует определённых навыков в радиоэлектронике.