Собираем трансформатор в домашних условиях
Iddc.ru

Все об электрике

Собираем трансформатор в домашних условиях

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

Медный проводник Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм 2 Ток, А Сечение жил. мм 2 Ток, А
0,5 11
0,75 15
1 17
1.5 19 2,5 22
2.5 27 4 28
4 38 6 36
6 46 10 50
10 70 16 60
16 80 25 85
25 115 35 100
35 135 50 135
50 175 70 165
70 215 95 200
95 265 120 230
120 300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

  • Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

  • Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы. Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
  • Уложите первый слой изоляции под первичку. Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
  • Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Рис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

  • Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
  • После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

  • Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой
  • Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
  • Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

  1. Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
  2. Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
  3. Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
  4. Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
  5. Зафиксируйте выводы обеих катушек.
  6. Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Собираем трансформатор в домашних условиях

Бывают в жизни ситуации, когда нужен трансформатор с особыми характеристиками для конкретного случая. К примеру, сгорел сетевой тр-р в любимом приемнике, а именно такого для замены у вас нет. Зато есть другие ненужные тр-ры от старой техники, которые валяются без дела, вот их можно попробовать самому переделать под конкретные параметры. Далее мы расскажем, как рассчитать и сделать трансформатор своими руками в домашних условиях, предоставив все необходимые расчетные формулы и инструкцию по сборке.

Расчетная часть

Итак, начнем. Для начала необходимо разобраться, что представляет из себя такое устройство. Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника, выполненного из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, а тот в свою очередь индуцирует электрический ток во второй катушке, что показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной катушки, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, пропорционально ему меняется и ток.

От размеров сердечника зависит максимальная мощность, которую трансформатор сможет отдать, поэтому при проектировании отталкиваются от наличия подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения габаритной мощности трансформатора и подключаемой к нему нагрузки. Поэтому сначала нам необходимо найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, то их мощность нужно суммировать. Расчетная формула будет иметь вид:

  • U2 — это напряжение на вторичной обмотке;
  • I2 — ток вторичной обмотки.
Читать еще:  Тепловентилятор не греет – как починить?

Получив значение, нужно сделать расчет первичной обмотки, учитывая потери на трансформации, предполагаемый КПД около 80%.

От значения мощности Р1 подбирается сердечник, его площадь сечения S.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

  • 50 — это частота сети;
  • S — сечение железа.

Эта формула дает приблизительное значение, но для простоты расчета вполне подойдет, так как мы изготавливаем деталь в домашних условиях. Далее можно приступить к расчету количества витков, сделать это можно по формуле:

Так как расчет у нас упрощенный и возможна небольшая просадка напряжения под нагрузкой, увеличьте число витков на 10 % от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки в отдельности по этой формуле:

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

Исходя из таблицы 1 выбираем провод с искомым сечением. Если подходящего значения нет, нужно сделать округление в большую сторону до табличного диаметра.

Если посчитанного диаметра нет в таблице, или слишком большое заполнение окна получается, то можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме искомое.

Чтобы узнать поместятся ли катушки на нашем самодельном трансформаторе, требуется посчитать площадь окна тр-ра, это образованное сердечником пространство, в которое помещаются катушки. Уже известное число витков умножаем на сечение провода и коэффициент заполнения:

Данный расчет производим для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего нужно суммировать площадь катушек и сделать сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади сечения катушек.

Порядок изготовления

Теперь, имея расчеты и материал для сборки, можно приступить к намотке. На подготовленную картонную катушку производим укладку первого слоя обмотки. Для этого удобно использовать электродрель, зажав катушку в патроне с помощью особого приспособления (в качестве него может выступать болт с двумя шайбами и гайкой). Закрепив на столе или верстаке дрель, на малых оборотах, производим укладку провода, виток к витку без перехлестов. Между слоями провода укладываем один слой изоляции — конденсаторную бумагу. Между первичной и вторичной обмоткой нужно сделать два слоя изоляции во избежание пробоя.

Намного проще, если вы планируете перематывать готовый трансформатор на желаемое напряжение. В этом случае достаточно при размотке подсчитать количество витков вторичной намотки, и зная коэффициент трансформации:

Можно подсчитать необходимое количество витков под требуемое напряжение:

Также рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется порядок сборки трансформатора в домашних условиях:

Перед проверкой прозвоните обмотки, убедитесь, что их сопротивление не слишком мало, нет обрывов и пробоев на корпус изделия. Первое включение необходимо проводить с особой осторожностью, желательно последовательно с первичной обмоткой включить лампу накаливания мощностью 40-90 Ватт.

В данной статье приведена инструкция, которая доступно объясняет, как сделать трансформатор своими руками в домашних условиях. Для примера мы описали последовательность расчета и сборки броневой модели, как наиболее распространенного вида преобразователей. Его популярность обусловлена простотой изготовления моточных узлов, легкостью сборки, ремонта и переделки. На основе этой самоделки легко можно сделать тр-р для зарядки автомобильного аккумулятора, или же изготовить повышающий тр-р для лабораторного источника питания, электрический выжигатель по дереву, горячий нож для резки пенопласта или другой прибор для нужд домашнего мастера.

Будет интересно прочитать:

Как сделать трансформатор своими руками?

Повышающие или понижающие трансформаторы на сегодняшний день используются для преобразования напряжения. Их устройство представляет собою машину, которая имеет высокое КПД и применяется во многих областях техники. Многие часто задаются вопросом, как сделать трансформатор своими руками. Для того чтобы самостоятельно собрать это устройство могут потребоваться определенные знания. Также следует знать весь технологический процесс.

Как сделать трансформатор своими руками?

Если вам необходимо самостоятельно соорудить этот аппарат, тогда следует ответить на вопросы:

Для чего необходимо устройство: для повышения или понижения тока?

Какое напряжение будет через него проходить?

На какой частоте будет работать ваш аппарат?

Какую мощность он должен иметь после изготовления?

После того как вы ответите на эти вопросы можно приступать к покупке необходимых материалов. Все материалы для того чтобы сделать трансформатор своими руками можно найти в магазине. В магазине вам необходимо приобрести ленточную изоляцию, сердечник (при необходимости снять его можно из старого телевизора), провода, которые имеют эмалевую изоляцию. Ленточная изоляция трансформатора должна иметь высокое качество.

Трансформатор своими руками также необходимо наматывать. Для его намотки вам потребуется соорудить простой станок. Для его изготовления вам может потребоваться доска шириною 10 см и длиною 40 см. На нее нужно прикрепить с помощью шурупов два бруска 50 на 50 мм. Расстояние между ними обязательно должно составлять не меньше 30 см. Потом просверлите небольшие отверстия с диаметром в 8 мм. В эти отверстия необходимо будет вставить пруты, на которые будет надета катушка трансформатора.

С одной стороны, вам необходимо нарезать небольшую резьбу. После того как вы закрутите шайбу у вас будет готова его ручка. Размер намоточного станка может быть любым. В первую очередь все зависит от размеров сердечника. Если сердечник имеет форму кольца, тогда его намотку следует выполнять вручную.

Трансформатор своими руками может иметь разное количество витков. Необходимое количество витков вы рассчитаете исходя из его мощности. Например, если вам необходимо устройство от 12 до 220 В, тогда мощность аппарата будет составлять от 90 до 150 Вт. Магнитопровод должен иметь О – образную форму. Взять его можно из старого телевизора. Сечение необходимо определить с помощью формулы.

На следующем этапе вам потребуется определить количество витков на 1 В, которое в данном случае равно 50 Гц, деленное на 10. Первичная и вторичная обмотка рассчитывается с помощью формулы:

W1= 12 Х 5 = 60 и W2= 220 Х 5=1100.

Определить в них токи можно с помощью:

I1 = 150_12=12,5 А и I2=150:220=0,7 А.

Вот так рассчитываются все параметры будущего трансформатора. Инструкция трансформатора содержит в себе эти формулы для расчета.

Процесс изготовления каркаса катушек

Каркас делают из картона. Его внутренняя часть должна быть немного больше чем стержень сердечника. Если вы используете О – образный сердечник, тогда необходимо будет две катушки. Если сердечник будет Ш – образным тогда нужна одна катушка.

Если вы используете круглый сердечник, тогда его предварительно необходимо обмотать изоляцией. После этого можно приступать к намотке провода. После того как первичная обмотка будет завершена ее необходимо закрыть 3 слоями изоляции. Потом вам необходимо начать накручивать вторичный ее слой. Концы обмоток следует вывести наружу. При использовании магнитопровода каркас необходимо делать так:

  1. Необходимо выкроить гильзы с отворотами.
  2. Вырезать щечки из картона.
  3. Тело катушки необходимо свернуть в небольшую коробку.
  4. Вам следует надеть на гильзы щечки.

Изготовление обмоток для повышающего трансформатора

Катушку необходимо надеть на деревянный брусок. Предварительно в нем следует просверлить отверстие для намоточного прутка. Подключение трансформатора тока считается наиболее ответственным шагом. Эту деталь следует вставить в станок и приступить к изготовлению обмотки:

  1. На катушку следует намотать два слоя лакоткани.
  2. Конец провода нужно закрепить на щечке и начать вращать ручку станка.
  3. Витки нужно плотно укладывать.
  4. После первичной обмотки провод нужно обрезать и закрепить на щечке рядом с первым.
  5. На выводы нужно закрепить изоляционную трубку.

Сборка повышающего трансформатора

Если вы желаете сделать трансформатор своими руками, тогда мы вам поможем. Чтобы собрать повышающий трансформатор необходимо разобрать сердечник. Если вы используете отдельные пластины, тогда следует определить толщину пакета и необходимо рассчитать О – образные и Ш – образные листы. Если при включении устройства будет слышен шум или дребезг, тогда следует плотнее закрепить крепеж. После этого нужно провести испытание трансформатора. Для этого нужно включить его в сеть и на первичной стороне должно появиться напряжение в 12 В.

Важно знать! После включения устройства его необходимо оставить включенным на несколько часов. Трансформатор не должен перегреваться.

Инструменты и материалы для изготовления устройства

Для его изготовления вам потребуются следующие инструменты:

  • Сердечник (можно взять из старого телевизора).
  • Лакоткань.
  • Толстый картон.
  • Доски и деревянные бруски.
  • Стальной прут.
  • Клей и пила.

Сделать этот трансформатор несложно. Трансформатор для галогенных ламп тоже можно сделать с помощью этих инструментов. Помните, что не нужно отступать от технологии намотки. Если все правила будут соблюдены, тогда оно проработает много лет. Этих инструментов и материалов хватит для того, чтобы изготовить трансформатор своими руками.

Похожие статьи по теме

Для движителя ховерборда, уже пробовали мотать конические катушки – электромагниты, или впервые об этом слышите сейчас информацию?!

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.

Читать еще:  Почему микроволновка SUPRA самопроизвольно включается?

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.

Как рассчитать и собрать трансформатор на примере паяльника «Момент»

В комплекте домашнего мастера необходимо иметь паяльник, иногда даже несколько разных мощностей и конструкций. Промышленность выпускает много различных моделей, их не сложно приобрести. На фото показан работающий образец выпуска 80-х годов.

Однако, многих умельцев интересуют самодельные конструкции. Одна из них на 80 ватт показана фотографиями ниже.

Этим паяльником удавалось спаивать медные провода 2,5 квадрата на улице при морозе и менять транзисторы и другие компоненты электронных схем на печатных платах в лабораторных условиях.

Принцип работы

Паяльник «Момент» работает от электрической сети

220 вольт, представляя собой обыкновенный трансформатор, у которого вторичная обмотка закорочена медной перемычкой. При включении под напряжение на несколько секунд через нее протекает ток короткого замыкания, разогревающий медный наконечник паяльника до температур, расплавляющих припой.

Первичная обмотка подключается шнуром с вилкой в розетку, а для подачи напряжения используется выключатель с механическим пружинным самовозвратом. Когда кнопка нажата и удерживается, то через наконечник паяльника идет ток нагрева. Стоит только отпустить кнопку, как нагрев сразу прекращается.

Читать еще:  Как построить элитный особняк

В некоторых моделях, для удобства работы при недостаточном освещении, от первичной обмотки по принципу автотрансформатора делают отвод на 4 вольта, которые подводят к патрону с лампочкой от карманного фонарика. Направленный свет собранного источника освещает место пайки.

Конструкция трансформатора

Перед началом сборки паяльника следует определиться с его мощностью. Обычно 60 ватт хватает для выполнения простых электромонтажных и радиолюбительских работ. Чтобы постоянно паять транзисторы и микросхемы желательно мощность снизить, а для обработки массивных деталей ее увеличивают.

Для изготовления потребуется использовать силовой трансформатор соответствующей мощности, желательно от старых устройств выпуска времен СССР, когда вся электротехническую сталь магнитопроводов производилась по требованиям ГОСТ. К сожалению, у современных конструкций встречаются факты изготовления трансформаторного железа из низкокачественной и даже обычной стали, особенно в дешевых китайских устройствах.

Виды магнитопровода

Железо необходимо подбирать по мощности передаваемой энергии. Для этого допустимо использовать не один, а несколько одинаковых трансформаторов. Форма магнитопровода может быть прямоугольной, круглой или Ш-образной.

Использовать можно железо любой формы, но удобнее выбрать броневой пластинчатый потому, что у нее более высокий кпд передачи мощности и она позволяет делать составные конструкции путем простого добавления пластин.

При выборе железа следует обращать внимание на отсутствие воздушного зазора, который используется только в дросселях для создания магнитного сопротивления.

Методика упрощенного расчета

Как подобрать железо по требуемой мощности трансформатора

Сразу оговоримся, что предлагаемая методика разработана опытным путем и позволяет в домашних условиях из случайно подобранных деталей собирать трансформатор, который нормально работает, но может при определенных стечениях обстоятельств выдавать немного отличающие параметры от расчетных. Это несложно исправить доводкой, которая в большинстве случаев не требуется.

Связь между объемом железа и мощностью первичной обмотки трансформатора выражается через поперечное сечение магнитопровода и представлена на рисунке.

Мощность первичной обмотки S1 больше вторичной S2 на величину кпд ŋ.

Площадь сечения прямоугольника Qc вычисляется по известной формуле через его стороны, которые легко замерить простой линейкой или штангенциркулем. Для броневого трансформатора объем железа требуется меньше на 30%, чем для стержневого. Это хорошо видно из приведенных эмпирических формул, где Qc выражена в сантиметрах квадратных, а S1 — в ваттах.

Для каждого вида трансформатора по своей формуле вычисляется мощность первичной обмотки через Qc, а затем через кпд оценивается ее величина во вторичной цепи, которая будет разогревать жало паяльника.

Например, если для 60 ватт мощности выбран Ш-образный магнитопровод, то его сечение Qc=0,7∙√60=5,42см 2 .

Как подобрать диаметр провода для обмоток трансформатора

В качестве материала для провода следует использовать медь, которая покрыта слоем лака для изоляции. При намотке витков на катушки лак исключает появление межвитковых замыканий. Толщина провода подбирается по максимальному току.

Для первичной обмотки мы знаем напряжение 220 вольт и определились с первичной мощностью трансформатора, подбирая поперечное сечение для магнитопровода. Разделив ватты этой мощности на вольты первичного напряжения, получим ток обмотки в амперах.

Например, для трансформатора мощностью 60 ватт ток в первично обмотке получится меньше 300 миллиампер: 60 [ватт]/220 [вольт]=0,272727..[ампера].

Таким же способом вычисляется ток вторичной обмотки от своих величин напряжения и мощности. В нашем случае это не нужно: обмотка из двух витков, напряжение будет маленькое, а ток большой. Поэтому поперечное сечение токовода выбирается с огромным запасом из медной шинки, которая максимально снизит потери от электрического сопротивления вторичной обмотки.

Определив ток, например, 300 мА, можно вычислить диаметр провода по эмпирической формуле: d провода [мм]=0,8∙√I [А]; или 0,8∙√0,3=0,8 0.547722557505=0,4382 мм.

Такая точность, естественно, не нужна. Вычисленный диаметр позволит очень длительно и надежно работать трансформатору без перегрева на максимальной нагрузке. А мы делаем паяльник, который периодически включается всего на пару секунд. Затем отключается и остывает.

Практика показала, что для этих целей вполне подходит диаметр 0,14÷0,16 мм.

Как определить число витков обмотки

Напряжение на выводах трансформатора зависит от количества витков и характеристик магнитопровода. Обычно мы не знаем марки электротехнической стали и ее свойства. Для наших целей этот параметр просто усредняется, а весь расчет количества витков упрощается до вида: ώ=45/Qc, где ώ — число витков, приходящихся на 1 вольт напряжения на любой обмотке трансформатора.

Например, для рассматриваемого трансформатора в 60 ватт: ώ=45/Qc =45/5,42=8,3026 витка на вольт.

Поскольку мы подключаем первичную обмотку на 220 вольт, то для нее число витков составит величину ω1=220∙8,3026=1827 витков.

Во вторичной цепи используется 2 витка. Они выдадут напряжение всего около четверти вольта.

Изготовление каркаса для катушки

Для равномерного распределения витков проволоки внутри магнитопровода необходимо изготовить каркас из электротехнического картона, гетинакса или стеклотекстолита. Технология работ показана на рисунке, а размеры выбирают с учетом конструкции магнитопровода. Изолированные каркасом обмотки располагают в катушке, вокруг которой собирают пластины магнитопровода.

Часто удается использовать заводской каркас, но если для повышения мощности необходимо добавить пластины, то придется увеличить габариты. Детали из картона можно сшить обыкновенными нитками или склеить. Корпус из стеклотекстолита при точной подгонке деталей можно собирать даже без клея.

При изготовлении катушки надо постараться как можно больше пространства выделить для размещения обмоток, а при намотке витков располагать их вплотную и равномерно. При размещении провода «внавал» может просто не хватить места и всю работу придется переделывать.

Изготовление вторичной обмотки паяльника

В приведенном на фотографии паяльнике вторичная обмотка изготовлена из медной шинки с прямоугольным сечением. Его размеры 8 на 2 мм. Можно использовать и другие профили. К примеру, круглую проволоку удобно будет изгибать для размещения внутри магнитопровода. С плоской шинкой пришлось усердно повозиться, использовать тиски, молоток, шаблоны и напильник для равномерного изгиба строго по конфигурации каркаса катушки.

На рисунке в позиции 1 показана плоская шинка. После изготовления каркаса нужно определить ее длину, учитывая расстояние, которое уйдет на витки и дистанцию до наконечника из медной проволоки.

В положении 2 она примерно посередине плавно изгибается в тисках небольшими ударами молотка с соблюдением плоскости ориентирования. При переходе изгиба через прямой угол необходимо использовать шаблон из мягкой стали с формой, строго соответствующей размерам каркаса катушки, в которую обмотка будет помещаться.

Шаблон значительно облегчает слесарные работы по приданию обмотке нужной формы. Вокруг него вначале обвивается одна половина шинки, что показано на позициях 4, 5 и 6, а затем другая (см 7 и 8).

Для облегчения понимания процесса рядом с изображениями шинки на позициях черными линиями с небольшими искажениями показана последовательность изгибов.

На позиции 8 условно показано сечение А-А. Около него надо будет выполнить изгиб шинки на 90 градусов для удобства работы, как показано на фотографии.

Если возникнут изгибы, которые мешают свободно размещать силовую обмотку внутри каркаса катушки, то их можно спилить напильником. Витки металла не должны соприкасаться между собой и корпусом. Для этого их разделяют слоем не толстой изоляции.

На концах вторичной обмотки высверливают отверстия и нарезают резьбу для вкручивания винтов М4. Они служат для крепления медного наконечника из проволоки 2,5 или 1,5 квадрата. Поскольку напряжение на вторичной обмотке очень маленькое, то за качеством электрических контактов наконечника надо следить, поддерживать их в чистоте, очищать от окислов и надежно прожимать гайками с шайбами.

Изготовление первичной обмотки паяльника

После того как силовая обмотка паяльника готова и изолирована станет понятно сколько свободного места осталось в катушке для тонкой проволоки. При дефиците пространства витки располагают плотно между собой.

Намоточная проволока состоит из медной жилы и одного или нескольких слоев лака и обозначается маркировкой ПЭВ-1 (однослойное покрытие лаком), ПЭВ-2 (два слоя), ПЭТВ-2 (более термостойкий, чем ПЭВ-2), ПЭВТЛК-2 (термостойкий специальный).

Измеряя диаметр провода микрометром, следует уменьшать полученное показание на толщину изоляции. Но эта общая рекомендация для нашего паяльника не критична.

Учитывая работу в условиях нагрева от марки ПЭВ-1 лучше отказаться, кстати, мотать его «внавал» тоже не рекомендуется.

Обычно проволоку на катушку наматывают на самодельных станках.

При надетой на каркас силовой обмотке придется витки делать вручную и записывать на бумаге их количество через определенный интервал, например, сто или двести.

Перед началом работы следует припаять к началу обмотки многожильный провод в прочной изоляции, желательно марки МГТФ. Он будет длительно выдерживать многократные изгибы, нагрев, механические воздействия. Соединение концов выполняется пайкой, изолируется. Флюс выбирается только канифоль, кислота не допускается.

Гибкая жила закрепляется в катушке от выдергивания и выводится наружу через отверстие в боковой стенке. После окончания намотки второй конец обмотки тоже припаивают к проводу МГТФ, который выводят наружу.

Поскольку на провод будет подано 220 вольт, то его следует хорошо изолировать от корпуса и вторичной обмотки.

Доводка конструкции

После намотки катушки на нее плотно устанавливают железо, закрепляя его клиньями от выпадения. До окончательной сборки корпуса можно проверить работу паяльника подачей напряжения в первичную обмотку для разогрева наконечника и оценить вольтамперную характеристику.

Если собранная конструкция хорошо паяет, то этим можно и не заниматься. Но, для сведения: желательно угадать рабочую точку ВАХ в месте перегиба кривой, когда железо достигло своего насыщения. Делается это изменением числа витков.

Способ определения основан на подаче переменного напряжения от регулируемого источника на обмотку трансформатора через амперметр и вольтметр. Делается несколько замеров и по ним строится график, показывающий точку перелома (насыщения железа). Затем принимается решение об изменении числа витков.

Ручка, корпус, выключатель

В качестве выключателя подойдет любая кнопка с самовозратом, рассчитанная на токи до 0,5 А. На фотографии показано микропереключатель от старого магнитофона.

Ручка паяльника сделана из двух половинок твердого дерева, в которых вырезаны полости для размещения проводов, кнопки и лампочки. Вообще-то, подсветка не обязательна, для нее надо делать отдельную отпайку или резистивно-емкостной делитель.

Половинки ручек стянуты шпильками с гайками. На них же монтируется металлический хомут крепления, который необходимо изолировать от железа магнитопровода.

Показанная на фотографии открытая самодельная конструкция корпуса обеспечивает лучшее охлаждение, но от работника требует внимания и соблюдения правил безопасности.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector