Интересные способы включения тороидальных трансформаторов. Тороидальные трансформаторы - устройство, применение, технические характеристики

Если вы заинтересованы в изготовлении сварочного аппарата или стабилизатора напряжения, то вам обязательно нужно знать, что такое тороидальные трансформаторы. Но самое главное - как они работают и какие тонкости при изготовлении имеют. Кроме того, такие трансформаторы, ввиду своей конструкции, способны отдать большую мощность в сравнении с теми, которые намотаны на Ш-образном сердечнике. Следовательно, такие устройства идеально подходят для питания очень мощной аппаратуры - например, усилителей низкой частоты.

Основные данные

Итак, прежде чем приступать к изготовлению трансформатора, вам нужно изучить матчасть. Во-первых, вам необходимо определиться с типом используемого провода. Во-вторых, нужно рассчитать количество витков (отсюда следует, что вы будете знать, сколько всего метров провода вам необходимо). В-третьих, обязательно нужно выбрать сечение провода. От этого параметра зависит выходной ток, следовательно, мощность тороидального трансформатора.

Также обязательно нужно учитывать, что при малом числе витков в первичной обмотке будет происходить нагрев. Аналогичная ситуация возникает и в том случае, если мощность потребителей, подключенных ко вторичной обмотке, превышает то значение, которое может отдать трансформатор. Следствие перегрева - это снижение надежности. Причем привести перегрев может даже к воспламенению трансформатора.

Что потребуется для изготовления

Итак, вы приступаете к изготовлению трансформатора. Вам нужно обзавестись инструментами и материалами. Конечно, может потребоваться даже швейная игла или спички, но наверняка такие принадлежности имеются у каждого. Самое главное - это железо, из которого делаются тороидальные трансформаторы. Вам потребуется много трансформаторной стали, она должна быть в форме тора. Далее, конечно же, провод в лаковой изоляции. Обязательно наличие малярного скотча и клея типа ПВА. Также для разделения обмоток необходима изолента на основе ткани. И несколько кусков провода для соединения концов обмоток. Причем провод необходимо использовать в силиконовой или резиновой изоляции.

Трансформаторная сталь

Достать такой аксессуар, как может показаться, очень сложно. Но в любом доме, сарае, даже на пунктах приема металла сегодня можно найти негодные стабилизаторы напряжения. В советские годы они были весьма популярны, использовались совместно в черно-белых телевизорах, дабы не посадить кинескопы. Вам не важно, работает этот стабилизатор либо же он сгоревший. Самое главное - это тороидальные трансформаторы, которые в нем используются. Именно они и будут основой вашей конструкции. Но перед этим нужно избавиться от старой обмотки, которая изготовлена из алюминиевого провода. А дальше - подготовка сердечника. Обратите внимание на то, что у него прямые углы. Вам это не нужно, так как можно повредить лаковую изоляцию при намотке. Постарайтесь максимально скруглить углы, обработав их напильником. Затем поверх трансформаторной стали укладываете изоленту на основе ткани. Всего необходим только один слой.

Обмотки

А теперь немного о том, как проводится расчет тороидального трансформатора. Можно, конечно, использовать простые программы, которых великое множество. Можно с линейкой и калькулятором произвести расчет. Конечно, он будет иметь погрешность, так как не учитывается еще множество факторов, которые имеются вообще в природе. Вам следует придерживаться одного правила при расчете - мощность во вторичной катушке не должна быть больше этого же значения в первичной обмотке.

Что касается такого процесса, как намотка тороидального трансформатора, то он очень трудоемкий. Хорошо, если имеется возможность разобрать магнитопровод и после намотки собрать его воедино. Но если такой возможности нет, то можно применить своеобразное веретено. На него наматываете определенное количество провода. Затем, пропуская это веретено сквозь тор, укладываете витки обмоток. Времени на это уйдет немало, поэтому если не уверены в своих силах, лучше приобретите готовый блок питания.

Пример расчета

Лучше всего процесс описать на конкретном примере. Первичная обмотка, как правило, питается от сети переменного напряжения 220 В. Допустим, вам нужны две вторичные обмотки, чтобы каждая выдавала по 12 В. А еще вы используете в первичной обмотке провод сечением 0,6 мм. Следовательно, площадь сечения составит примерно 0,23 кв. мм. Но это еще не все вычисления, тороидальные трансформаторы нуждаются в тщательной подгонке всех параметров. А теперь опять немного математики - нужно разделить 220 (В) на сумму напряжений вторичных цепей. В итоге получаете некий коэффициент 3,9. Он обозначает, что сечение провода, используемого во вторичной обмотке, должно быть ровно в 3,9 раз больше, нежели в первичной. Чтобы вычислить количество витков для первичной обмотки, вам потребуется воспользоваться простой формулой: коэффициент «40» умножить на напряжение (в первичной цепи оно равно 220 В), после чего это произведение разделить на площадь поперечного сечения магнитопровода. Стоит отметить, что от того, насколько точно проведен расчет тороидального трансформатора, зависит его КПД и срок службы. Поэтому лучше лишний раз повторите каждый этап расчета.

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:

Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
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.

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:

Берётся ферритовое кольцо, для примера 20×12х6 из 2000hМ.
Мотается 100 витков провода. Эти витки составляют вторичную обмотку, так как первичная - это просто один виток проволоки, пропущенный через феррит.
Значение тока во вторичке будет равно: I/Kтр = 5 / 100 = 0,05 A. где Ктр - коэффициент трансформации трансформатора (отношение количества первичной обмотки к вторичной).
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:

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.

Стоят сварочные инверторы недорого, приобрести их сегодня – не проблема. И все же многих домашних мастеров интересует вопрос, как сделать трансформатор (сварочный) своими руками. Насколько это сложно, и как будет работать самодельный аппарат. В принципе, сделать его при правильном подходе несложно. Главное – это намотка трансформатора, потому что от правильно подобранного количества витков, от сечения используемой проволоки зависит мощность агрегата, качество его работы.

Итак, перед тем как намотать сварочный трансформатор, необходимо рассчитать его по всем требуемым параметрам. Необходимо отметить, что проводимый расчет не всегда соответствует типовым правилам и схемам, потому что собирается сварочный аппарат подчас не из тех материалов, которые используются при сборке в заводских условиях. То есть, что нашли, то и использовали.

К примеру, использовалось не самое лучшее трансформаторное железо или обмоточная проволока. Но даже после такой намотки трансформаторы прекрасно варят, хотя гудят и сильно нагреваются. Добавим, что выбирая трансформаторное железо, нужно обращать внимание на такой показатель, как форма сердечника. Она бывает броневой или стержневой. Второй тип используется в самодельных сварочных трансформаторах чаще, потому что обладают лучшим коэффициентом полезного действия. Правда, трудоемкость намотки трансформатора своими руками здесь намного выше. Но это не пугает мастеров.

Добавим, что намотать трансформатор можно по нескольким схемам.

Сетевая обмотка – это когда обе катушки получаются равноправными по числу витков и соединены они последовательно.
Обе обмотки соединены по принципу встречно-параллельно.
Намотанный провод расположен с одной стороны сердечника.
То же самое, что и в предыдущем положении, только на двух сторонах, соединенных последовательно.

Самая простая схема – последняя. Ее обычно и используют для сборки трансформатора в домашних условиях. В ней вторичная обмотка состоит из двух равных половинок. И они расположены на противоположных плечах магнитопровода. Соединение, как уже было сказано выше, последовательное.

В основе расчета лежат теоретические параметры, на основе которых придется сделать выбор фактических параметров магнитопровода. Главным параметром сварки является ток, который подается на электрод. Так как в быту чаще всего используют электроды диаметром 2; 3 или 4 мм, то для них достаточен будет ток мощностью 120-130 ампер. Теперь можно правильно рассчитать мощность сварочного трансформатора вот по этой формуле:

P=U x I x cos φ / η

U – это напряжение холостого хода, I – это сила тока (120-130 А), cos φ – принимается равным 0,8, η – это коэффициент полезного действия, который для самодельных сварочных аппаратов составляет 0,7.

Расчетная величина мощности должна по таблице свериться с сечением магнитопровода. Табличное значение при таких параметрах обычно составляет 28 см², но фактически необходимо выбирать из диапазона 25-60 см². Теперь по другим таблицам справочников подбирается количество витков провода относительно сечения сердечника.

Очень важный момент – чем больше площадь используемого сердечника для трансформатора, тем меньше витков в катушке должно быть. Все дело в том, что большое количество наматываемых витков может не поместиться в отверстие магнитопровода. Сам расчет количества витков производится вот по этой формуле:

N = 4960 × U/(S × I), где U – это напряжение источника питания на первичной обмотке, I – это ток вторичной обмотки, по сути, это тот самый сварочный ток, S – площадь сечения сердечника.

А количество витков на вторичной обмотке можно вычислить, используя соотношение:

U1/U2=N1/N2

Напряжение холостого хода на вторичной обмотке в самодельных сварочных трансформаторах равно 45-50 вольтам.

Как намотать трансформатор

Итак, расчеты проведены, определены параметры используемых элементов повышающего трансформатора, определена схема намотки, можно переходить к самому процессу перемотки. Но перед этим необходимо разобраться с проводами, которые будут наматываться на сердечник.

На первичную обмотку наматывается медный провод в стеклотканевой или хлопчатобумажной изоляции. Никакой резины. Исходя из силы тока на первичной обмотке, равной 25 ампер, сечение наматывающего провода – 5-6 мм². Сечение провода на вторичной обмотке должно быть 30-35 мм², потому что по ней протекает ток большой силы (120-130 А). Особое внимание изоляции этого провода, она должна быть термостойкой. Теперь все готово, можно переходить к намотке тероидального трансформатора.

Перед тем как перемотать трансформатор, необходимо понять одну истину, что провода первичной обмотки подвергаются большим нагрузкам, потому что здесь используется проводник меньшего сечения. К тому же плотность уложенных витков здесь выше, поэтому они и греются больше. Вот почему качеству укладки в первичной обмотке надо уделить особое внимание.

Случается так, что самодельный трансформатор собирается не из цельного куска провода, а из нескольких отрезков. Ничего страшного в этом нет, ведь концы кусков можно соединить. Для этого нельзя использовать скрутку, лучше соединить два конца медной проволочкой в несколько витков, а затем пропаять стык и заизолировать.

Мотать витки надо аккуратно, плотно прижимая их друг к другу. При этом укладка провода должна проводиться не строго перпендикулярно касательной железа, а немного в сторону. Но как бы впереди должна идти внутренняя намотка. Это просто обеспечит простоту прижима следующего витка к предыдущему. При этом нет необходимости подравнивать провод.

Обратите внимание, чтобы в процессе перемотки трансформатора провод подавался в ровном состоянии. Перегибы и изгибы только усложнят сам производимый процесс. Поэтому лучше провод смотать на руку и натягивать во время укладки.

Для намотки тороидального трансформатора необходимо каждый уложенный слой изолировать. Для этого лучше использовать специальную пропитанную латоткань, которая при соприкосновении прилипает ко всему. Или можно использовать строительный скотч, который наматывается на трансформатор своими руками. Удобнее всего, если скотч нарезать на полоски шириною 15 мм. Ими легко покрывать слой провода, и при этом нужно постараться сделать так, чтобы внутренняя часть обмотки была покрыта изоляционным материалом в два слоя, а снаружи в один.

После чего всю обмотку надо смазать клеем ПВА. Он, во-первых, укрепит изоляцию, сделав ее монолитной. Во-вторых, обмотка не будет гудеть. ПВА жалеть не стоит, надо хорошо им обработать всю поверхность. После чего прибор надо высушить. А после еще намотать слой витков и так далее до полной готовности сварочного трансформатора. Намотка тороидального трансформатора своими руками закончена.

Перемотка трансформатора, правильно проведенная – это гарантия высокого качества и долгосрочной его эксплуатации. Перемотанный прибор будет работать точно так же, как практически новый. Конечно, он сильнее гудит, но во всем остальном это все тот же необходимый прибор.

Материалы для намотки

В качестве сердечника используют в основном профильные пластины, изготовленные из специального сплава. Их собирают по необходимой толщине, учитывая расчетное сечение сердечника. Существует несколько форм пластин, но чаще всего используются Ш-образные элементы.

Каркас трансформатора – это, в принципе, изолятор, который ограждает сердечник от обмоток. На нем же держится и катушка. Изготавливают каркас и диэлектрического материала, он должен быть тонким (0,5-2,0 мм), чтобы поместиться в окошке сердечника. Если будет перематываться старый трансформатор, то функции каркаса могут выполнять картон, текстолит и так далее. Размеры каркаса и его форма определяются параметрами сердечника. Но высота конструкции должна быть больше размеров обмотки.

Для тороидальных трансформаторов лучше использовать медные провода, покрытые защитной эмалью. Для сварочных аппаратов лучше использовать провода медные или алюминиевые с целлюлозной, хлопчатобумажной и ли стекловолокнистой изоляцией. Последний вид не самый лучший. Он прекрасно справляется с нагрузками, особенно с высокими температурами, но в процессе вибрации волокна расслаиваются, а это нарушение изоляционного слоя. Что касается выводных проводов, то оптимально, если они будут разного цвета. Это упростит способ подключения.

Как видите, перемотать свой собственный старый трансформатор не очень сложно. Это, конечно, займет много времени, но работать прибор будет неплохо. Во всяком случае он будет дешевле, чем покупать новый.

"Справочник" - информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

Любой трансформатор – это преобразователь переменного напряжения, работающий по закону электромагнитной индукции, выявленному М. Фарадеем.

Технически подавляющее большинство использующихся в радиоэлектронике трансформаторов выполнены с применением ферромагнитных сердечников, ходя на сверхвысоких частотах можно обойтись и без них. Ферромагнетики практически без искажений передают электромагнитные колебания (поле) от одной катушки к другой.

Для справки, ферромагнетики – это вещества, способные сохранять намагниченность даже без внешнего источника магнитного поля.

Если говорить о видах трансформаторов, то среди действующих моделей выделяют:

1.Двух- или трехфазные;

2.Пиковые;

3.Импульсные;

4.Силовые;

5.Сварочные;

7.Разделительные и согласующие;

8.Вращающиеся;

9.Воздушные и масляные;

10.А также другие.

По типу конструкции бывают:

1.Броневые (обмотки окружены сердечниками);

2.Стержневые (магнитопровод преимущественно расположен только внутри обмоток);

3.Тороидальные (подразумевается сердечник в форме тора/тороида, то есть кольца).

Рис. 1. Стержневой трансформатор

Принцип работы не зависит от типа конструкции. Исполнение корпуса влияет преимущественно на технологический процесс изготовления конечного изделия.

Ниже подробнее остановимся только на тороидальных трансформаторах.

Рис. 3. Тороидальный трансформатор

Принцип работы тороидальных трансформаторов

Работа тороидального трансформатора ничем не отличается от других типов преобразователей:

1.Переменное напряжение на первичной обмотке порождает переменное магнитное поле;

2.Ферромагнетик (сердечник) передает магнитное поле на вторичную и другие обмотки (если их больше, чем одна);

3.В проводнике вторичной обмотки (и последующих) по закону электромагнитной индукции создается электрический ток с той же частотой, что и на первичной обмотке.

Конечно, идеальная модель предполагает преобразование без потерь мощности, но на практике энергия передается на вторичные обмотки не вся. Потери возможны из-за вихревых токов в самом сердечнике, незадействованных петлях гистерезиса (силовых линиях магнитного поля) и др.

При идеальной трансформации работает следующее соотношение:

Где n – коэффициент трансформации, U 1 и U 2 – напряжения на первичной и вторичной обмотках, а I 1 , I 2 – силы тока, N 1 и N 2 – количество витков.

Отсюда видно, что чем больше витков на вторичной обмотке, тем выше напряжение и меньше сила тока на ней, и наоборот.

Намотка тороидального трансформатора

Прежде, чем намотать трансформатор, необходимо правильно его рассчитать.

Подробно на процессе расчета останавливаться не будем, но отметим ряд моментов:

1.Количество витков и диаметр проволоки напрямую влияют на габариты сердечника (тора). Чем больше витков и диаметр проводника, тем больший объем займет обмотка, а значит в определенных габаритах она может не вписаться в кольцо текущего сердечника;

2.Изоляцию проводника обязательно стоит учитывать. Диаметр провода при расчете габаритов считается только вместе с изоляцией;

3.Без изоляции провод для намотки использовать нельзя;

4.Сечение магнитопровода (тора) должно быть взято с запасом не менее 30% от расчетной мощности получаемой энергии в первичной обмотке (в общем случае сечение в см2 равно квадратному корню от мощности первичной обмотки в ваттах);

5.Сердечник должен быть изолирован от обмоток;

6.Мощность первичной и вторичной обмотки – одинаковая, поэтому при уменьшении количества витков на вторичной, растет сила тока, а значит, должна быть и больше площадь сечения провода.

Технология намотки тороида заметно медленнее, чем во всех остальных типах трансформаторов. Это связано с тем, что провод необходимо каждый раз вдевать в кольцо, чтобы сделать каждый виток. И чем длиннее провод, тем дольше будет процесс "вдевания".

В качестве проверенных решений применяются:

1.Челноки (небольшие катушки, способные протиснуться во внутренний диаметр тора вместе с намотанным на них проводом);

Рис. 4. Челнок

2.Специальные разъемные кольца (обычно они большого диаметра, после сборки на торе, провод сначала наматывается на разъемном кольце, а потом переносится на тороид).

Рис. 5. Разъемные кольца

Последний способ применяется в промышленном производстве.
Ну и напоследок – технология намотки (смотри изображение ниже). Мотать каждую отдельную обмотку на своем участке тора – неправильно! Провода должны быть распределены по всей площади тора.

Намотка трансформатора своими руками - задача несложная, если к ней подготовиться заранее. Люди, которые изготавливают различную радиоаппаратуру или силовые инструменты, имеют потребность в трансформаторах для конкретных нужд. Поскольку далеко не всегда предоставляется возможность приобрести определенные изделия, то мастера зачастую наматывают тороидальные трансформаторы самостоятельно. Те, кто в первый раз пытаются провести обмотку, сталкиваются с трудностями: не могут определить правильность расчетов, подобрать соответствующие детали и технологию. Необходимо понимать, что разные типы наматываются по-разному.

Также кардинально отличаются тороидальные устройства . Расчет тороидального трансформатора и его намотка будут особыми. Так как радиолюбители и мастера создают детали под силовое оборудование, но не всегда обладают достаточными знаниями и опытом для их изготовления, то этот материал поможет данной категории людей разобраться с нюансами.

Подготовка к проведению намотки

Необходимые материалы

Материалы для намотки требуют тщательного выбора , важное значение имеет каждая из деталей. В частности, вам понадобятся:

Каркас трансформаторный. Он используется для изоляции сердечника от обмоток, а также удерживает обмоточные катушки. Его изготавливают из прочных и тонких диэлектрических материалов, чтобы не занимать слишком много места в интервалах («окнах») сердечника. Можно воспользоваться картонками, микрофибрами, текстолитом. Толщина материала не должна быть более 2 мм. Каркас склеивают, пользуясь обычным клеем для столярных работ (нитроклеем). Его форма и размеры полностью зависят от сердечника, высота - немного больше, чем у пластины (высота обмотки).
Сердечник. Эту роль, как правило, выполняют магнитопроводы. Лучшим решением станет применение пластин из разобранных трансформаторов, поскольку они произведены из подходящих сплавов и рассчитаны на некоторое количество витков. Магнитопроводы имеют разнообразную форму, но чаще всего встречаются изделия в виде буквы «Ш». Кроме того, их можно вырезать из различных заготовок, которые есть в наличии. Чтобы определить точные размеры, предварительно наматывают провода обмоток.
Провода. Здесь нужно использовать два вида: для обмотки и для выводов. Оптимальное решение для трансформирующих устройств - медные провода, имеющие эмалевую изоляцию (тип ПЭЛ или ПЭ). Их хватит даже для силовых трансформаторов. Широкий выбор сечений позволяет подобрать самый подходящий вариант. Также часто применяют провода ПВ. Для вывода лучше всего брать провода с разноцветной изоляцией, чтобы не путаться при подключении.
Изоляционные подкладки. Помогают увеличить изоляцию провода обмотки. Как правило, используют тонкую и плотную бумагу (отлично подойдет калька), которую следует уложить между рядов. Но бумага должна быть целой, разрывы и проколы, даже самые незначительные, - отсутствовать.

Как ускорить рабочий процесс

У многих радиолюбителей в арсенале имеются простые специальные агрегаты , с помощью которых делается обмотка. Во многих случаях речь идет о несложных конструкциях в виде небольшого столика либо подставки на стол, на которых установлено несколько брусков с вращающейся продольной осью. Длина самой оси должна превышать длину каркаса намотки в 2 раза. На одном из выходов из брусков крепится ручка, позволяющая вращать устройство.

На оси надеваются катушечные каркасы , которые стопорятся с двух сторон шпильками-ограничителями (они препятствуют перемещениям каркаса вдоль оси).