Трансформаторное железо своими руками
Как сделать тороидальный трансформатор своими руками
На сегодняшний день многие домашние электрики задумываются о том, как сделать тороидальный трансформатор. Этот спрос на него обеспечен тем, что он имеет сердечник, который значительно лучше по сравнению с другими. Он имеет меньший вес, который может отличаться в полтора раза. Также и КПД этого трансформатора будет значительно выше.
Вот основные причины, которые останавливают многих мастеров при его изготовлении:
- Достаточно сложно найти подходящий сердечник.
- Его изготовление занимает много времени.
Тороидальный трансформатор и его расчет
Для того чтобы значительно облегчить расчет тороидального трансформатора вам необходимо знать следующие данные:
- Выходное напряжение, которое будет подаваться на первичную обмотку U.
- Диаметр сердечника внешний D.
- Внутренний диаметр сердечника d.
- Магнитопровод
Площадь поперечного сечения S будет определять мощность трансформатора. Оптимальным значением на сегодняшний день считается 45-50 см. Рассчитать это значение достаточно просто и сделать это можно с помощью формулы:
Наиболее важной характеристикой сердечника считается площадь его окна S. Этот параметр будет определять интенсивность отвода избытков тепла. Оптимальное значение этого параметра может составлять 80-100 см. Вычисляется он по формуле:
Благодаря этим значениям вы легко рассчитаете его мощность по формуле:
P = 1,9 * Sc * S, где Sc и S необходимо брать в квадратных сантиметрах, а P получится в ваттах. Затем вам потребуется найти число витков на один вольт:
Когда значение k вам станет известным, то можно будет рассчитать количество витков во вторичной обмотке:
Производить расчеты лучше, если в качестве исходного значения использовать напряжение на вторичной обмотке:
W1 = (U1 * w2) / U2, где U1 – это напряжение, которое подводят к первичной обмотке, а U2 снимаемое со вторичной.
Сварочный ток проще всего регулировать с помощью изменения числа витков в первичной обмотке, так как здесь существует меньшое напряжение.
Изготовление тороидального сердечника
Тороидальные трансформаторы содержат в своей конструкции сложный сердечник. Лучшим материалом для его изготовления считается трансформаторная сталь. Для того чтобы изготовить сердечник тороидального трансформатора вам необходимо использовать стальную ленту. Ее необходимо свернуть в рулон, который будет иметь форму Тора. Если у вас уже есть такая форма, то никаких проблем возникнуть не должно.
Если значение внутреннего диаметра d будет недостаточным, то часть ленты необходимо отмотать. В результате этого у вас возрастут оба диаметра, и увеличится площадь всей поверхности. Правда при этом у вас может уменьшиться площадь поперечного сечения.
Хороший готовый сердечник вы также можете найти на лабораторном автотрансформаторе. Вам следует перемотать его обмотки. Измерительные трансформаторы имеют более простой сердечник.
Еще к одному способу изготовления тороидального сердечника относят использование пластин от неисправного промышленного трансформатора. Сначала из этих закрепок вам потребуется изготовить обруч. Его диаметр должен составлять 26 см. Внутрь этого обруча необходимо постепенно вставлять пластины. Следите за тем чтобы они не разматывались.
Если тороидальный трансформатор наберет необходимое сечение, тогда его магнитопровод готов. Для увеличения S вам необходимо сделать два тороида. Они должны иметь одинаковые размеры. Их края необходимо будет закруглить с помощью напильника. Из картона необходимо сделать два специальных кольца и две полоски для Тора. После их наложения все элементы следует обмотать изоляционной лентой. Теперь ваш магнитопровод готов.
Намотка тороидального трансформатора
Намотка тороидального трансформатора – это достаточно сложный процесс, который занимает много времени. Тороидальный трансформатор имеет одну из наиболее сложных намоток. Наиболее простым способом считается использование специального челнока. На него следует намотать провод нужной длины и затем его через отверстия. Он имеет сложную конструкцию, но это не влияет на принцип работы трансформатора тороидального. После пропуска через челнок у вас начнет формироваться соответствующая обмотка.
Челнок обычно изготавливается из дерева. Его толщина составляет 6 мм длина 40 см, а ширина 4 см. В его торцах вам следует сделать полукруглые вырезы. Для оценки его длины вам необходимо намотать провод на челнок, а значение умножить на количество витков. В этом случае запас должен составлять 20%.
Намотку необходимо делать с помощью кругового челнока. В качестве заготовки вам могут послужить согнутые пластмассовые трубы или обруч. Обруч необходимо распилить в одном месте и продеть его сквозь внутреннее окно сердечника. Провод в нескольких местах следует зафиксировать изолентой. Она не даст вашему проводу рассыпаться.
Надеемся, что благодаря этой статье вы самостоятельно сможете изготовить тороидальный трансформатор своими руками.
П-образный сварочный трансформатор
Чаще всего именно магнитопровод является наиболее дефицитным материалом при изготовлении сварочного трансформатора своими руками. Для самодельных конструкций обычно используются пакеты пластинок трансформаторного железа, снятые с негодных одно- и трехфазных промышленных трансформаторов разного назначения.
Магнитопровод П-образного трансформатора собирается из пластин двух размеров: одинаковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут под плечи катушек, короткие на замыкающие плечи. Хотя и это условие может быть нарушено, магнитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным. Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя заметной может оказаться прибавка в весе. При сборке направление пластин может чередоваться – одна через одну, или же можно чередовать пакетами по три пластины, последнее распространено при промышленной сборке. Хотя при ручной сборке набор пакетами по три не даст ощутимых преимуществ.
Схема изображенная ниже считается схемой силового трансформатора, у которого магнитное рассеивание минимально, – в идеале его внешняя характеристика должна устремляться в сторону жесткой.
Однако в реальной жизни нет ничего идеального. На самом деле такие сварочные трансформаторы сделанные своими руками могут обладать удовлетворительными сварочными характеристиками, благодаря неплотно сидящей обмотки, например из-за вентиляционных щелей и различной изоляции, а если характеристика жесткая, то прибегают к каким-либо дополнительным средствам улучшения горения дуги (балластное сопротивление, дроссель). Кроме того, эта схема может обеспечить наивысший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характеристику вполне можно подправить, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.
Если схема трансформатора выполнена по схеме изображенной выше, то на противоположных плечах в идеале должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.
Получившие распространение в фирменных аппаратах – более сложные схемы с подвижными обмотками, магнитным шунтированием магнитопровода, интегрированным в магнитопровод дросселем в быту, как правило, не используются ввиду сложности реализации. Про конструкции фирменных сварочных аппаратов читайте в статье Типы сварочных аппаратов.
Кроме приведенной выше схемы, используются и другие способы расположения обмоток.
Что это может дать? Рассмотрим два крайних случая – схему силового трансформатора и схему с обмотками разнесенными на разные плечи (этот случай достаточно редкий). Для примера приведем характеристики П-образного трансформатора, который изготавливался на одном и том же магнитопроводе сначала по одной, а потом по другой схеме расположения обмоток. Трансформатор этот намотан на магнитопроводе с внешними размерами 15,4х18 см, сечение – 34,5 см 2 . Его первичная обмотка и в первом и во втором случае содержала 260 витков провода диаметром 2,4 мм, вторичная имеет выход на 47В при холостом ходе. В случае с намоткой катушек по схеме силового трансформатора, трансформатор развивал в дуговом режиме ток около 160А, а отношение тока сварки к току короткого замыкания у него было 1,5-1,6. При разнесенных обмотках средний выходной ток при сварке приближался к значению около 100А, дуга горела мягко и устойчиво, ток же короткого замыкания в этом случае превышал ток сварки в 1,1-1,2 раза. Налицо совершенно различные характеристики двух схем трансформаторов при аналогичных обмоточных данных и значительная разница в мощности.
Однако может существовать и промежуточный вариант расположения обмоток, к тому же иногда он бывает чрезвычайно целесообразен. В этом случае часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть на противоположном плече, где витков первичной нет. При промежуточном варианте достигается больший прирост тока по сравнению со схемой с разнесенными обмотками, но меньшая мощность, чем в случае силового трансформатора. Зачем такое может понадобиться? Как известно, для уменьшения мощности следует увеличивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, – приходится больше мотать провода, провод занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда придет на помощь комбинированная схема, когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30-60% от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность и выше ток.
В другом промежуточном варианте – трансформаторе с дисковыми обмотками, первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга незначительно. Эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние, но не такое сильное как в варианте с обмотками разнесенными на разные плечи. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками, но остается возможность откорректировать расстояние после пробной сварки (если для этого было предусмотрено место). Но при этом, существенно увеличив высоту магнитопровода, можно не получить ожидаемого диапазона изменения тока. Большинство промышленных сварочных трансформаторов выполнено с дисковыми обмотками.
Выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Про их изготовление читайте в соответствующей статье Обмотка сварочного трансформатора. На завершающей стадии сборки П-образного трансформатора готовые катушки одеваются на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набиваются пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стягивается на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забиваются фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то будет иметь место ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.
Способ намотки тороидальных трансформаторов
Федотов Алексей Геннадьевич (UA3VFS)
г. Гусь-Хрустальный
Способ намотки тороидальных трансформаторов .
Технология намотки и способ изоляции на самом деле очень прост и не предполагает ни в коем случае ни какой обмотки, ни лакотканью, ни чем-либо другим. Дело в том, что при любой обмотки лакотканью или другими изоляторами внутреннее окно ТОРА мгновенно заполняются, так как, на внешней стороне получается один слой, а на внутренней 5-10 слоев, да еще неровных. Я давно собирался написать статью о способе качественной намотки торов. Это довольно долго объяснять и лучше показать на фото. Причем после намотки обмотки не превращаются в колесо, а сам трансформатор не становиться, яйцеобразным и расход провода минимален. Ввиду всего этого и КПД трансформатора максимален. А что из этого получается, Вы можете посмотреть в моем усилителе.
Сразу оговорюсь, речь идет о мощных тороидальных трансформаторах. Габаритная мощность, которых более 500Вт. Которые мотаются проводами от 1 до 3мм. естественно виток к витку. И, как правила, сетевая обмотка которых лежит в приделах от 100 до 400 витков, всего, то есть 0,5-2 витка на вольт. Мотать таким способом менее мощные трансформаторы хлопотно, но при желании можно.
Что нужно для намотки.
1) Необходимо сделать подставку для намотки тороида, делается это очень просто. Берем квадратный кусок ДСП или фанеры толщиной 10-15мм. Размерами 200Х200мм еще нам нужны два деревянных бруска длинной 200мм и с квадратом 20Х20мм. Эти два бруска нам нужно либо приклеить по центру нашей площадки, параллельно друг другу, на расстоянии между ними 100мм. А еще лучше привернуть к площадке эти бруски с помощью шурупов, но с потайными головками и головки утопить в фанеру иначе они будут царапать стол. Теперь если на эту подставку поставить тороид, он будет прочно и устойчиво стоять.
2) Нужен челнок, челнок я выпиливаю из оргстекла толщиной 5-6мм. Ширина обычно 30-40мм. длинна 300-400мм. Торцевые пропилы я делаю не углом, а полукругом и обрабатываю их напильником, что бы не портилась изоляция провода и даже проклеиваю одним двумя полосками изоленты опять же для защиты провода.
На челнок мы наматываем провод, не страшно, если провода не хватит, можно аккуратно спаять провод и мотать дальше. Но лучше все-таки рассчитать, так что бы провода хватило.
3) Теперь нам нужен материал для изоляции между слоями, это очень просто нужно найти
тонкий картон (упаковочный), я например, применяю коробки от динамиков для автомобилей. Главное что бы это был не толстый, но и не тонкий материал толщина картона, где-то 0,5мм. Если он будет с одной стороны глянцевый, то это тоже хорошо.
4) Еще нам потребуется нитки толстые 10-20 номер. Но на худой конец можно и 40 номер.
Сама намотка ведется от себя в правую сторону.
А теперь самое главное, это изготовление самих изоляционных прокладок между слоями.
Нам потребуется штангель-циркуль, с острыми концами .
Измеряем, внешний диаметр нашего тора , прибавляем 20мм. (для нахлеста) и делим пополам. Например, внешний диаметр тора 150мм.+ 20мм.= 170мм. 170мм./2 = 85мм.
Выставляем штангель на 85мм. и фиксируем винтом. Сам штангель мы будем использовать как циркуль для черчения кругов на картоне. Почему именно штангелем, а не обычным циркулем, которым и проще и удобнее? А все очень просто, когда мы будем острым и прочным концом штангеля чертить по картону, то на картоне останется продавленная борозда и именно она поможет нам. Эта борозда очень полезна для удобства сгибания внутренней рассеченной окружности наших прокладок. В общем, сами поймете, что штангелем лучше, чем удобным циркулем.
И так чертим, внешний круг на картоне и вырезаем его ножницами, в принципе внешний круг можно нарисовать и обычным циркулем.
Далее замеряем внутренний диаметр тора ничего не прибавляем, не убавляем, а просто делим пополам. Например, диаметр 60мм./2 = 30мм.
Выставляем, именно штангель-циркуль, на 30мм. фиксируем винтом и чертим внутренний диаметр на картоне.
Далее мы берем карандаш и линейку и работаем над внутренним кругом, сначала рисуем крест, то есть, делим круг на 4 части, потом на 8 частей, если внутренний диаметр ТОРА больше 60мм. то еще и на 16 частей.
>Далее мы рисуем обычным циркулем еще один круг, который меньше внутреннего в два раза, то есть, раздвигаем циркуль на 15мм.
А теперь нам потребуется ровный кусок, фанеры или ДСП на который, мы положим нашу картонную заготовку для прорезания концом острого скальпеля или ножа, нанесенных карандашом наших частей. Прорезать нужно по кругу от внешнего края окружности к центральной точке, не далее иначе картон будет задираться. Прорезать нужно насквозь картона. Далее ножницами вырезаем внутренний круг нарисованный нами обычным циркулем. Полученные дольки отгибаем перпендикулярно заготовки.
Понятно, что таких заготовок нужно на каждый слой по две штуки, каждый раз замеры диаметров делаются вновь, так как от слоя к слою их значение меняется.
Далее меряем высоту тора и вырезаем две полоски картона такой же ширины.
Одну полоску вставляем внутрь тора, так что бы нахлест был не более 10мм.
Вторую полоску накручиваем одним слоем на внешнюю сторону тора с таким же нахлестом.
Надеваем обе круглые заготовки на торцы тора, крепим ниткой в трех-четырех местах по кругу.
И далее начинаем мотать.
Самые опасные места для пробоя это углы окружностей ТОРА внешний и особенно внутренний. Поэтому если во время намотки мы увидим, что провод может соприкасаться с проводом внутреннего слоя, особенно по внутреннему углу окружности ТОРА. То необходимо подложить под провод полоски такого же картона шириной 10мм. и длинной по 20-30мм., там, где это необходимо. На внешней стороне, как правила этого делать не приходится, так как внешняя сторона заготовки наслаивается на край и хорошо предохраняет провод от замыкания.
Вся разметка и прорезка картонных заготовок делается с матовой стороны картона, применять картон с двух сторон глянцевый не желательно.
Перед тем как начать мотать тор, на пальцы рук нужно намотать два слоя изоленты на оба сгиба мизинца и на сгиб указательного пальца, иначе будут огромные водяные мозоли.
Многих интересует, как рассчитать ТОР.
Дело в том что количество витков будет зависеть от качества железа но приблизительный расчет делается просто, как и у обычного трансформатора только коэффициент берем 20-30.
Ну, например измеряем высоту, она = 10см.
Измеряем толщину стенки, она = 5 см.
10х5=50см.
25/50=0,5 витков на 1вольт.
220х0,5=110 витков сетевой обмотки.
Теперь начинаем мотать сетевую обмотку, намотав приблизительно 90 витков пробуем включить в сеть, меряя при этом ток холостого хода.
Совсем несложно подключить кончик провода прямо на челноке.
Постепенно доматывая провод, доводим ток холостого хода до 50-100ма. и на этом прекращаем мотать, полученное количество витков и будет реально. Теперь это реальное количество делим на 220 и получаем реальное значение количества витков на 1вольт.
И в соответствии с этой цифрой рассчитываем все выходные обмотки.
Имейте ввиду, что при включении трансформатора в сеть первичный мгновенный бросок тока очень большой. И для того, что бы не спалить тестер нужно делать так. Сетевой провод подключаем через замкнутый тумблер параллельно тумблеру включаем тестер, включаем вилку в розетку и только потом размыкаем тумблер, что бы посмотреть ток холостого хода.
Кстати именно из за мощного первичного броска тока трансформаторы мощностью более 1 КВт., обязательно нужно включать с помощью схемы мягкого включения. Тем более схема эта очень проста.
Изготовление тороидального сердечника трансформатора
Тороидальный трансформатор – электротехнический преобразователь напряжения или тока, сердечник которого изогнут кольцом и замкнут.
На сегодняшний день многие домашние электрики задумываются о том, как сделать тороидальный трансформатор. Этот спрос на него обеспечен тем, что он имеет сердечник, который значительно лучше по сравнению с другими. Он имеет меньший вес, который может отличаться в полтора раза. Также и КПД этого трансформатора будет значительно выше.
от основные причины, которые останавливают многих мастеров при его изготовлении:
Чтобы избежать ненужных трат энергии и нагревания трансформатора, сердечник нарезают полосами. Каждая изолируется от соседней, например, лаком. В случае тороидальных сердечников наматывают единой спиралью, либо полосами. Сталь обычно на одной стороне имеет изолирующее покрытие толщиной единицы микрометра.
Для сердечников сегодня чаще используется анизотропная холоднокатаная листовая сталь.
В название заложено: магнитные свойства материала неодинаковы по разным осям координат.
Вектор потока поля должен совпадать с направлением проката (в нашем случае движется по кругу). Ранее применялся другой металл. Сердечники высокочастотных трансформаторов могут изготавливаться из стали 1521. Сталь маркируется по-разному, в состав обозначения включаются сведения:
Первое место отводится цифре, характеризующей структуру. Для анизотропных сталей применяется 3.
Вторая цифра указывает процентное содержание кремния:
Третья цифра указывает основную характеристику. Могут быть удельные потери, величина магнитной индукции при фиксированной напряженности поля.
Тип стали
С ростом числа удельные потери ниже. Зависит от технологии производства металла.
При транспортировке структура стали неизбежно повреждается. Дефекты устраним специальным отжигом на месте сборки. Делается в обязательном порядке для измерительных трансформаторов тока, где важна точность показаний. Сердечник наматывается цельным куском или отрезными полосами на оправку цилиндрической или овальной формы. При необходимости ленты можно нарезать из цельного листа (экономически чаще нецелесообразно). Длина каждой должна составлять не менее шести с половиной радиусов намотки. Для достижения нужной длины допускается соединять отдельные полосы точечной сваркой. Шихтование (разбивка тонкими слоями) устраняет явление вихревых токов. Потери перемагничивания мало меняются, составляя малую долю упомянутого ранее паразитного эффекта.
Теряет значение взаимное расположение конца и начала ленты. Чтобы спираль не размоталась, последний виток приваривают к предыдущему точечной сваркой.
Намотка ведется с натяжением, собранные из нескольких полос ленты обычно не удаётся подогнать плотно, сварной шов выполняется внахлест. Иногда тор режется на две части (разрезной сердечник), на практике требуется сравнительно редко.
Половинки при сборке стягиваются бандажом.
В процессе изготовления готовый тороидальный сердечник режется инструментом, торцы шлифуются. Витки спирали скрепляются связующим веществом, чтобы не размоталась.
Как самому изготовить тороидальный сердечник трансформатора
Тороидальные трансформаторы содержат в своей конструкции сложный сердечник. Лучшим материалом для его изготовления считается трансформаторная сталь. Для того чтобы изготовить сердечник тороидального трансформатора вам необходимо использовать стальную ленту. Что бы изготовить тороидальный сердечник стальную ленту необходимо свернуть в рулон, который будет иметь форму Тора. Если у вас уже есть такая форма, то никаких проблем возникнуть не должно.
Если значение внутреннего диаметра d будет недостаточным, то часть ленты необходимо отмотать. В результате этого у вас возрастут оба диаметра, и увеличится площадь всей поверхности. Правда при этом у вас может уменьшиться площадь поперечного сечения.
Хороший готовый сердечник вы также можете найти на лабораторном автотрансформаторе. Вам следует перемотать его обмотки.
Измерительные трансформаторы имеют более простой сердечник.
Еще к одному способу изготовления тороидального сердечника относят использование пластин от неисправного промышленного трансформатора. Сначала из этих закрепок вам потребуется изготовить обруч. Его диаметр должен составлять 26 см. Внутрь этого обруча необходимо постепенно вставлять пластины. Следите за тем чтобы они не разматывались.
Если тороидальный трансформатор наберет необходимое сечение, тогда его магнитопровод готов. Для увеличения S0 вам необходимо сделать два тороида. Они должны иметь одинаковые размеры. Их края необходимо будет закруглить с помощью напильника. Из картона необходимо сделать два специальных кольца и две полоски для Тора. После их наложения все элементы следует обмотать изоляционной лентой. Теперь ваш магнитопровод готов.
Загрузка...
