Расчет габаритной мощности тороидального трансформатора

Расчет габаритной мощности тороидального трансформатора

Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50(72х18). Тороидальный тип: ОЛ70/110-60.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ для расчёта трансформатора с тороидальным магнитопроводом:

  • напряжение первичной обмотки, U1 = 220 В;
  • напряжение вторичной обмотки, U2 = 36 В;
  • ток вторичной обмотки, l2 = 4 А;
  • внешний диаметр сердечника, D = 110 мм;
  • внутренний диаметр сердечника, d = 68 мм;
  • высота сердечника, h = 60 мм.

Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50(72х18) показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна. Приступаем к расчёту трансформатора с магнитопроводом типа ОЛ70/110-60.

Программный (он-лайн) расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже. Описание вводимых и расчётных полей программы: поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта, поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае установки флажка для корректировки этих значений, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, поле зелёного цвета – рассчитанное значение.

Формулы и таблицы для ручного расчет трансформатора:

1. Мощность вторичной обмотки;

2. Габаритная мощность трансформатора;

ВеличинаСуммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]
2-1515-5050-150150-300300-1000
КПД0,76-0,880,88-0,920,92-0,950,95-0,96

3. Фактическое сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;

4. Расчётное сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;

5. Фактическая площадь сечения окна сердечника;

6. Величина номинального тока первичной обмотки;

ВеличинаСуммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]
2-1515-5050-150150-300300-1000
COS Φ0,85-0,900,90-0,930,93-0,950,95-0,930,93-0,94

7. Расчёт сечения провода для каждой из обмоток (для I1 и I2);

Конструкция магнитопроводаПлотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]
2-1515-5050-150150-300300-1000
Кольцевая5-4,54,5-3,53,53,0

8. Расчет диаметра проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции;

9. Расчет числа витков в обмотках трансформатора;

n – номер обмотки,
U’ – падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения, см. таблицу.

В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами.

Тор, величина U’Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]
8-2525-6060-125125-250250-600
U’17653.52.5
U’27653.52.5
Конструкция магнитопроводаМагнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]
5-1515-5050-150150-300300-1000
Тор1,71,71,71,651,6

10. Расчет числа витков приходящихся на один вольт;

11. Формула для расчёта максимальной мощности которую может отдать магнитопровод;

Sст ф – фактическое сечение стали имеющегося магнитопровода в месте расположения катушки;

Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе;

Вмах- магнитная индукция, см. табл.№5;

J – плотность тока, см. табл.№3;

Кок – коэффициент заполнения окна, см. табл.№6;

Кст – коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.№7;

Величины электромагнитных нагрузок Вмах и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц.

Конструкция магнитопроводаКоэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]
5-1515-5050-150150-300300-1000
Тор0,18-0,200,20-0,260,26-0,270,27-0,28
Конструкция магнитопроводаКоэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм
0,080,10,150,20,35
Тор0,850,88

Определив величину Sст*Sок, можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания
на тороидальном (кольцевом) ферритовом сердечнике. Онлайн калькулятор обмоток.

«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.
Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.
Вот так я и начал изучать силовую электронику».

А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.
При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один – массогабаритные показатели. Всё остальное – сплошной минус.
Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований.

Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД.
Но самое главное – при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.
Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты.

Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.
А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание “что-то подправить в консерватории”. Объясняется это желание просто – существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя. А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора.

А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами.


Рис.1

Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей, так что не работать в ней – просто нечему.

Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или импортных – EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода.

Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного моточного изделия.
Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн .

Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?
Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры.
А не выше, потому что мы пилоты. А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину.

Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.
Результаты сведём в таблицу.

KOMITART – развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

  • » На Главную
  • » Радиолюбителю
  • » APEX AUDIO
  • » Гитарные примочки
  • » Своими руками
  • » Автомобилисту
  • » Service-Manual
  • » Master KIT
  • » Бесплатные программы
  • » Компьютер
  • » Книги
  • » Женские штучки
  • Готовим вкусно и быстро
  • » Игры на сайте
  • » Музыка
  • » Юмор
  • » Разное – интересное

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Как расчитать тороидальный трансформатор

Простой расчет тороидальных трансформаторов.

Тороидальные трансформаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами на стержневых и броневых сердечниках из Ш-образных пластин. Тороиды обладают меньшими размерами, меньшим весом и при этом гораздо большим КПД. Но мы в этой статье не будем залазить в дебри, раз уж вы заинтересовались этой статьей, значит вас интересует вопрос: как по простому рассчитать тороидальный трансформатор. Вообще существует много литературы по этой теме, но, как правило, расчеты там настолько заумные и громоздкие, что желания разбираться в этих формулах большого не возникает. Хотя стоит отметить, что рассчитав тороид по полному расчету, вы получите наиболее точные данные, и в то же время упрощенного расчета в большинстве случаев для радиолюбителя оказывается вполне достаточно. Давайте рассмотрим упрощенную методику расчета тороидального трансформатора по таблице , этот метод расчета существует уже очень давно, и многие радиолюбители успешно им пользуются. По этой таблице можно легко рассчитать тор мощностью до 120 ватт. Трансформаторы, не вошедшие в таблицу, рассчитываются также как трансформаторы на Ш-образном железе.

Эту таблицу применяют для расчета трансформаторов с частотой сети 50 Гц, сердечники которых выполнены из:

● холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330, толщина ленты 0,35-0,5 мм;
● сталь марок Э340, Э350, Э360, толщина ленты 0,05- 0,1 мм.

……….габаритная мощность трансформатора;
ω1………число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330;
ω2………число витков на вольт для стали Э340, Э350, Э360;
S…………площадь сечения сердечника;
…………допустимая плотность тока в обмотках;
ŋ…………КПД трансформатора.

При намотке тороида допускается применение лишь межобмоточной и наружной изоляции: и хоть межслоевая изоляция и позволит добиваться наиболее ровной укладки провода обмоток, из-за разного наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличится толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороида нужно применять обмоточные провода, имеющие повышенную механическую и электрическую прочность изоляции. Можно использовать провода ПЭЛШО, ПЭШО, ну и на крайний случай ПЭВ-2. Межобмоточная и наружная изоляции могут быть выполнены батистовой лентой, триацетатной пленкой, лакотканью ЛШСС (0,06-0,12 мм толщины) или фторопластовой пленкой ПЭТФВ 0,01-0,02 мм толщины.

Пример расчета трансформатора:

Дано:
● напряжение питающей сети Uc=220 В,
● выходное напряжение Uн=24 В,
● ток нагрузки Iн=1,8 А.

1. Определяем мощность вторичной обмотки:

2. Определяем габаритную мощность трансформатора:

Величину к.п.д. и другие необходимые для расчета данные выбираем по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.

3. Находим площадь сечения сердечника:

4. Подбираем размеры сердечника Dc, dc и hc:

Ближайший стандартный тип сердечника – ОЛ50/80-40, площадь сечения которого равна S=6 см2 (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие:

Читайте также:  Покрытие из резиновой крошки

dc должно быть больше или равно dc`

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяем по формуле:

7. Находим расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток :

Так как в тороидах магнитный поток рассеивания весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше, чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обмотки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

8. Определяем диаметры проводов обмоток:

где I1 – ток первичной обмотки трансформатора, определяемый из формулы:

Выбираем ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0,31 мм);

Трансформаторы, расчитанные с помощью приведенной выше таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали отличные результаты.

При расчете транформатора часто возникает проблема с исходными данными. Давайте рассмотрим пример расчета, когда первичные данные отсутствуют.

Самый простой способ:

Подготавливаем сердечник для намотки первичной обмотки: обрабатываем острые края, накладываем изолирующие прокладки (в моем случае на тороидальный сердечник я сделал накладки из картона). Теперь наматываем 50 витков провода диаметром

0.5 мм. Для измерений нам понадобится амперметр с пределом измерения примерно до 2х ампер, вольтметр переменного напряжения и ЛАТР. Если нет ЛАТРа, то его можно заменить на генератор, умеющий выдавать частоту 50 Гц и усилитель мощности ЗЧ. Собираем схему как на рисунке:

Наша цель – снять зависимость тока холостого хода первичной обмотки от приложенного напряжения. Эта кривая вначале линейна, а затем начинает резко расти, когда сердечник входит в насыщение. Для этого подаем на обмотку трансформатора напряжение начиная от 0В с шагом 0.5В, записываем при этом показания амперметра. Затем с помощью MS Excel или на бумаге строим зависимость Ixx от приложенного напряжения U11. В результате получится вот такая зависимость:

Теперь определим конец линейного участка, в нашем случае это точка (14,5В; 260 мА).
Число витков на вольт нужно расчитать с запасом 20%:

Таким образом для первичной обмотки требуется :

Допустим требуемое напряжение вторичной обмотки = 35В. Число витков вторичной обмотки равно :

Далее по известным токам Ixx и Iвт.обмотки находим требуемый диаметр провода.

Примечание:
Этим методом можно расчитать любые виды сердечников, в том числе и ферритовые.

Сначала расчитаем площадь окна и площадь сечения тора:

Габаритная мощность определится как:

Расчитаем габаритную мощность для тора с размерами D=80 mm, d=50 mm, h=40 mm (ОЛ-50/80 – 40).

Sокна = 19,63 кв.см, Sсеч = 6 кв.см, Pгаб = 117,8 Вт.

Расчет тороидального трансформатора

По сравнению с обычными конструкциями тороидальные трансформаторы имеют ряд существенных преимуществ. При незначительных размерах и массе, они обладают значительно большим коэффициентом полезного действия. Поэтому данные устройства нашли широкое применение в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Большое значение имеет правильный расчет тороидального трансформатора. Существуют различные способы расчетов, позволяющие получить результаты с разной степенью точности. Чаще всего для расчетов используются таблицы.

Определение основных параметров

Перед началом расчетов необходимо определиться с основными параметрами трансформатора. В первую очередь это касается типа проводов и количества витков, от которых зависит общая длина проводника. Далее нужно сделать правильный выбор сечения, влияющего на показатели выходного тока и мощность устройства.

Следует учитывать и тот фактор, что при небольшом количестве витков, первичная обмотка будет нагреваться. Точно такая же ситуация возникает, когда мощность потребителей, включаемых во вторичную обмотку, превышает мощность, отдаваемую трансформатором. В результате перегрева снижается надежность устройства, иногда может произойти воспламенение трансформатора.

В качестве примера приводится таблица, с помощью которой можно рассчитать тороидальный трансформатор, работающий при частоте сети 50 Гц.

Сердечники устройств могут быть изготовлены из холоднокатаной стали марок Э310-330, толщиной от 0,35 до 0,5 мм. Может применяться и обычная сталь, марок Э340-360, где толщина ленты будет в пределах от 0,05 до 0,1 мм.

Условные обозначения в таблице соответствуют:

  • – габаритная мощность трансформатора;
  • ω1 – количество витков на 1 вольт для стали Э310, Э320, Э330;
  • ω2 – количество витков на 1 вольт для стали Э340, Э350, Э360;
  • S – сечение сердечника;
  • – значение допустимой плотности тока в обмотках;
  • ŋ – КПД трансформатора.

При наматывании тороидальной катушки используется только наружная и межобмоточная изоляция. Несмотря на ровную укладку обмоточных проводов, толщина намотки по внутреннему диаметру обязательно увеличивается вследствие разницы между наружным и внутренним диаметром сердечника. Поэтому рекомендуется использовать проводники, изоляция которых обладает повышенной механической и электрической прочностью, например, марки ПЭЛШО и ПЭШО, а в некоторых случаях – ПЭВ-2. Для наружной и межобмоточной изоляции чаще всего применяется батистовая лента, лакоткань ЛШСС, толщиной 0,06-0,12 мм, а также триацетатная или фторопластовая пленка, толщиной 0,01-0,02 мм.

Формулы для расчета тороидального трансформатора

Основными параметрами для расчета тороидального трансформатора служат напряжение сети питания (Uc), равное 220 В, значение выходного напряжения (Uн) – 24 В, токовая нагрузка (Iн) – 1,8 А. Для определения мощности вторичной обмотки существует формула: Р = Uн х Iн = 24 х 1,8 = 43,2 Вт.

Далее определяется габаритная мощность трансформаторного устройства по формуле:

Величина коэффициента полезного действия и прочие данные, необходимые для расчетов, выбираются из таблицы, в соответствующей графе и ряде под конкретную габаритную мощность.

Следующим этапом будет расчет площади сечения сердечника по формуле:

Выбор размеров сердечника осуществляется следующим образом:

Ближайшим типом сердечника со стандартными параметрами будет ОЛ50/80-40, с площадью сечения S = 60 мм 2 , которая должна быть не менее расчетной. Внутренний диаметр сердечника определяется в соответствии с условием, что dc имеет значение большее или равное dc’:

Если в качестве примера взять сердечник, изготовленный из стали Э320, то в этом случае количество витков на один вольт будет определяться по формуле:

Теперь необходимо определить количество витков в первичной и вторичной обмотках:

Намотка тороидальных силовых трансформаторов

Данный онлайн расчет трансформатора выполнен по типовым расчетам электрооборудования. В типовых расчётах все начинается с определения необходимой мощности вторичной обмотки, а уж потом с поправкой на КПД — коэффициент полезного действия, находим мощность всего трансформатора, и на основании этого рассчитываем необходимое сечение и тип сердечника и так далее.

Изначально так и было в моём расчете. Пока не появились предложения от посетителей сайта внести изменения в расчет. По имеющимся размерам трансформаторного железа рассчитываем полную мощность трансформатора, а уж потом видим, какой ток и напряжение можно снять с этого железа. Далее все как по типовому расчёту, выбираем тип: броневой или стержневой, указываем напряжение первичной обмотки, вторичной, частоту переменного тока и так далее.

В результате получаем необходимые расчетные данные трансформатора, например сечение обмоточных проводов, которые сравниваются со стандартными обмоточными проводами и представляются для дальнейшего расчёта. Диапазон обмоточных проводов сечением от 0,000314 до 4,906 мм 2 , всего 63 позиции. На основании имеющихся данных рассчитывается площадь занимаемой обмотками трансформатора, для определения возможности их размещения в окнах трансформатора. Хотелось бы узнать в комментариях ваше мнение, и практические результаты, чтобы если это возможно сделать более качественный расчёт.

Просмотр и ввод комментариев к статье

По сравнению с обычными конструкциями тороидальные трансформаторы имеют ряд существенных преимуществ. При незначительных размерах и массе, они обладают значительно большим коэффициентом полезного действия. Поэтому данные устройства нашли широкое применение в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Большое значение имеет правильный расчет тороидального трансформатора, применительно к конкретным условиям эксплуатации. Существуют различные способы расчетов, позволяющие получить результаты с разной степенью точности. Чаще всего для расчетов используются таблицы.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

  1. Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
  2. Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.

Расчет сердечника

Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:

Определение основных параметров

Перед началом расчетов необходимо определиться с основными параметрами трансформатора. В первую очередь это касается типа проводов и количества витков, от которых зависит общая длина проводника. Далее нужно сделать правильный выбор сечения, влияющего на показатели выходного тока и мощность устройства.

Следует учитывать и тот фактор, что при небольшом количестве витков, первичная обмотка будет нагреваться. Точно такая же ситуация возникает, когда мощность потребителей, включаемых во вторичную обмотку, превышает мощность, отдаваемую трансформатором. В результате перегрева снижается надежность устройства, иногда может произойти воспламенение трансформатора.

Читать также: Звонок беспроводной какой выбрать

В качестве примера приводится таблица, с помощью которой можно рассчитать тороидальный трансформатор, работающий при частоте сети 50 Гц.

Сердечники устройств могут быть изготовлены из холоднокатаной стали марок Э310-330, толщиной от 0,35 до 0,5 мм. Может применяться и обычная сталь, марок Э340-360, где толщина ленты будет в пределах от 0,05 до 0,1 мм.

Условные обозначения в таблице соответствуют:

  • – габаритная мощность трансформатора;
  • ω1 – количество витков на 1 вольт для стали Э310, Э320, Э330;
  • ω2 – количество витков на 1 вольт для стали Э340, Э350, Э360;
  • S – сечение сердечника;
  • – значение допустимой плотности тока в обмотках;
  • ŋ – КПД трансформатора.

При наматывании тороидальной катушки используется только наружная и межобмоточная изоляция. Несмотря на ровную укладку обмоточных проводов, толщина намотки по внутреннему диаметру обязательно увеличивается вследствие разницы между наружным и внутренним диаметром сердечника. Поэтому рекомендуется использовать проводники, изоляция которых обладает повышенной механической и электрической прочностью, например, марки ПЭЛШО и ПЭШО, а в некоторых случаях – ПЭВ-2. Для наружной и межобмоточной изоляции чаще всего применяется батистовая лента, лакоткань ЛШСС, толщиной 0,06-0,12 мм, а также триацетатная или фторопластовая пленка, толщиной 0,01-0,02 мм.

Виды сердечников


Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.
Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

  • стержневой;
  • броневой;
  • тороидальный.

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

  • S — площадь сечения сердечника.
  • K — постоянный коэффициент равный 1,33.
Читайте также:  Самодельный эжектор для насосной станции: пошаговый пример изготовления

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Как производится намотка трансформатора своими руками?

Намотка трансформатора своими руками – необходимый навык как для начинающего, так и для опытного электрика или радиолюбителя. Выполняется она при таких работах, как сборка радиоприемника, усилителя или ремонт старого трансформаторного устройства. Перед тем как намотать трансформатор, важно определить для себя последовательность действий и испытания устройства, а также знать, какие материалы и инструменты для этого используются.

Рисунок 1. Устройство по принципу ворота колодца.

Какие устройства использовать?

В заводских условиях, когда промышленность требует от процесса намотки, прежде всего, скорости и точности, все работы осуществляются при помощи специальных станков. Что же делать домашним мастерам и радиолюбителям? В большинстве случаев намотку приходится делать вручную, что сказывается в итоге на точности работы устройства. Второй (более предпочтительный) вариант – применение самодельных намоточных станков. Их конструкция предельно проста, наличие такого инструмента заметно облегчит эту рутинную задачу. При выборе конструкции прибора для намотки необходимо руководствоваться следующими параметрами:

  • простота создания и использования устройства;
  • плавность движения катушки;
  • возможность намотки трансформаторов разного размера;
  • желательно наличие приспособления для подсчета количества мотков проволоки.

Рисунок 2. Устройство из ручной дрели.

Существует несколько простых устройств, которые полностью отвечают заявленным требованиям. Их изготовление не отнимает много времени, и использовать при этом можно подручные материалы. Рассмотрим такие варианты ниже.

Самое простое и распространенное устройство работает по принципу ворота колодца. Его элемент – основание, на котором крепится горизонтальная металлическая ось, находящаяся на двух вертикальных стойках. Ее пропускают сквозь отверстия в обеих стойках, с одной стороны выгибая в форме ручки (рис. 1).

Чтобы избежать движений оси в горизонтальном направлении, на нее надевают две небольшие трубки. Около одной из трубок будут размещены деревянная колодка, фиксируемая металлической шпилькой, и клин, позволяющий надежно закрепить прибор на оси.

По тому же принципу работает и устройство, сделанное из ручной дрели. Единственное отличие в том, что инструмент нужно надежно зафиксировать, чтобы избежать лишних движений, которые могут привести к нарушению интервала между мотками проволоки. В дрель вставляют стальной стержень, на который надевают корпус будущего трансформатора. Идеальный вариант – использование металлической шпильки небольшого диаметра. Благодаря наличию на ее поверхности резьбы корпус трансформатора можно полностью обездвижить стопорами из 2 гаек (рис. 2).

Вернуться к оглавлению

Рисунок 3. Кольцевые станки используют для намотки трансформаторов в промышленных масштабах.

В некоторых типах приборов – аудиосистемах, устройствах низковольтного освещения – используются особые трансформаторы тороидального типа. Потребность намотки такого прибора часто заводит в тупик людей, столкнувшихся с данной ситуацией. В промышленных условиях обмотка тороидальных трансформаторов осуществляется при помощи специальных кольцевых станков (рис. 3), а вот в домашней мастерской придется обойтись подручными средствами. Существуют 3 способа намотки устройств такого типа:

  1. Вручную. Недостатки таковы: долго, трудно, витки получаются не очень ровными. Но иногда это единственный доступный метод.
  2. При помощи «челнока». Челнок представляет собой ручное устройство, работающее по принципу механизма швейной иглы.
  3. Использование самодельного устройства.

Если с первыми двумя способами все понятно, то третий требует детального объяснения. Для создания самодельного устройства понадобятся обод от велосипедного колеса, подвижно закрепленный на стене штырем, и резиновое кольцо для фиксации проволоки (рис. 4).

Рисунок 4. Намотка с помощью обода.

Велосипедный обод нужно будет разрезать и приспособить к нему металлическую пластину на двух небольших болтах для дальнейшего соединения разреза. После того как катушка трансформатора подготовлена к намотке, ее надевают на обод сквозь прорезь, закрывают круг и начинают наматывать на него нужное количество проволоки. Незакрепленная катушка в это время будет свободно вращаться вдоль обода. Следующий шаг – соединение катушки с проводом. После этого ее просто ведут вдоль обода, а проволока при этом будет сама укладываться ровными витками. Следить нужно только за натяжкой и плотностью витков.

Описанный выше способ хорошо подходит для трансформаторов больших размеров. Для небольших устройств, используемых в бытовых приборах и радиотехнике, метод можно видоизменить и применять не велосипедный обод, а любое подходящее кольцо с плоской поверхностью нужных размеров.

Вернуться к оглавлению

Если в качестве источника проволоки для намотки вы планируете использовать старый трансформатор, то облегчить и ускорить работу можно при помощи небольшого размоточного станка. Его использование позволяет равномерно извлекать проволоку, избегая рывков и повреждений изоляции. Принцип действия и строение устройства напоминают намоточный станок, но движения катушки происходят в обратном направлении.

Довольно простое в изготовлении и использовании приспособление выглядит практически так же, как и ручной станок. Отличие заключается в отсутствии ручки и наличии приспособления для фиксации пустотелого корпуса трансформатора на металлической оси. Закрепляют корпус при помощи свернутого в многослойную трубку куска картона, бумаги или любого другого подходящего материала. Так, можно будет обеспечить плавность размотки, отсутствие скачков и ударов катушки об ось.

Рисунок 5. Станок со шпильками.

Немного усложнив конструкцию и добавив в нее фиксаторы из деревянных, металлических или текстолитовых пластин, можно сделать приспособление гораздо более удобным в применении. Вместо металлической оси в таком случае используют шпильку с резьбой диаметром 6 мм. Она будет не просто свободно вращаться в стойках, а фиксироваться системой гаек-барашков (рис. 5).

При размотке мощных трансформаторов между первичной и вторичной обмотками можно обнаружить изоляционный материал. Не следует его выбрасывать, так как он обладает повышенной надежностью и пригодится при конструировании вашего устройства. Помимо этого, во время разборки старого трансформатора вы встретитесь с такой проблемой, как отдельные слои проволоки, покрытые прозрачным материалом – специальным лаком. Не нужно пытаться снять или соскрести его, так как в процессе можно легко повредить тонкую внешнюю обмотку проволоки. Лучше всего разматывать такой трансформатор на станке, делая плавные и медленные движения, при этом проволока сама будет нормально отходить.

Вернуться к оглавлению

Один из важнейших показателей, от которого зависит КПД трансформатора, количество витков проволоки на его корпусе.

Их ручной подсчет оставляет желать лучшей точности, так как результаты во многом зависят от человеческого фактора. Вы можете сбиться со счета, отойти куда-то, забыв, на чем остановились, да и просто отвлечься. В таких случаях на помощь придет способ подсчета с применением вспомогательных приспособлений. В их роли может выступать старый водомер, электросчетчик или велосипедный спидометр.

Передача движений от станка к счетному механизму осуществляется при помощи гибкого валика, изготовленного из резиновой трубки, либо системой шестерней. Второй способ сложнее в подготовке, но гораздо проще и удобнее в использовании. Главное – выбрать шестерни одинакового размера, чтобы не пришлось рассчитывать и принимать поправочный коэффициент.

Вернуться к оглавлению

Необходимость намотки трансформатора своими руками часто застает врасплох как опытных мастеров, так и новичков, особенно при отсутствии времени, возможности или желания идти в магазин. Зная, как устроены приборы для укладки проволоки на катушку, можно за очень короткое время смастерить такой агрегат.

Будьте уверены, что эта вещь еще не один раз вам пригодится, так как выполняет работу быстро, удобно и точно.

Намотка тороидального трансформатора — разбираем развернуто

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

Подготовка к проведению намотки

  • В первую очередь нужно провести правильный расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника. Вычисляется нагрузка, для этого суммируют все подключенные устройства (двигатели, передатчики и т. п. ), питание которых будет обеспечиваться. К примеру, радиостанция имеет 3 канала, мощность которых по 15, 10 и 15 Ватт. Суммарно это 40 Ватт.
  • Далее следует поправка на КПД схемы (в большинстве передатчиков около 70%). У трансформатора также имеется собственный КПД, составляющий 95%, но нужно сделать поправку на самоделку и выставить уровень КПД не более 90%. Значит, требуемая мощность возрастет до 63,5 Вт. Стандартный вес устройств с такой мощностью — до 1,5 кг.
  • Следующий шаг — определяют входное и выходное напряжение. Если 220 В — входное, а 12 В — выходное со стандартной частотой 50 Гц, количество витков составит на одну обмотку 220*0,73=161 виток (округляют до целых чисел), а снизу получится 12*0,73=9 витков.
  • Затем — определение диаметра провода. Для этого необходимо обладать информацией относительно плотности и протекания тока, на 1 кВт выставляют значение до 3 А/мм2.

Конструкция

Первый двухполярный трансформатор был изготовлен еще Фарадеем, и согласно данным, это было именно тороидальное устройство. Тороидальный автотрансформатор (марка Штиль, ТМ2, ТТС4)– это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в другое. Они используется в различных линейных установках. Этот электромагнитный прибор может быть однофазным и трехфазным. Конструктивно состоит из:

  1. Металлического диска, изготовленного из рулонной магнитной стали для трансформаторов;
  2. Резиновой прокладки;
  3. Выводов первичной обмотки;
  4. Вторичной обмотки;
  5. Изоляции между обмотками;
  6. Экранирующей обмотки;
  7. Дополнительным слоем между первичной обмоткой и экранирующей;
  8. Первичной обмотки;
  9. Изоляционного покрытия сердечника;
  10. Тороидального сердечника;
  11. Предохранителя;
  12. Крепежных элементов;
  13. Покрывной изоляции.

Для соединения обмоток используется магнитопровод.

Этот тип преобразователей может классифицироваться по назначению, охлаждению, типу магнитопровода, обмоткам. По назначению бывает импульсный, силовой, частотный преобразователь (ТСТ, ТНТ, ТТС, ТТ-3). По охлаждению – воздушный и масляный (ОСТ, ОСМ, ТМ). По количеству обмоток – двухобмоточный и более.

Фото – принцип работы трансформатора

Устройство этого типа используется в различных аудио- и видеоустановках, стабилизаторах, системах освещения. Главным отличием этой конструкции от других устройств является количество обмоток и форма сердечника. Физиками считается, что кольцевая форма – это идеальное исполнения якоря. В таком случае, намотка тороидального преобразователя выполняется равномерно, как и распределение тепла. Благодаря такому расположению катушек, преобразователь быстро охлаждается и даже при интенсивной работе не нуждается в использовании кулеров.

Фото – тороидальный кольцевой преобразователь

Достоинства тороидального трансформатора:

  1. Небольшие габариты;
  2. Выходной сигнал на торе очень сильный;
  3. Обмотки имеют небольшую длину, и как результат уменьшенное сопротивление и повышенный КПД. Но также из-за этого при работе слышен определенный звуковой фон;
  4. Отличные характеристики энергосбережения;
  5. Простота в самостоятельной установке.

Преобразователь используется как сетевой стабилизатор, зарядное устройство, в качестве блока питания галогенных ламп, лампового усилителя УНЧ.

Фото – готовый ТПН25

Видео: назначение тороидальных трансформаторов

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.

Читайте также:  Самодельный дымоход из стальной трубы

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.

Тороидальный трансформатор, как сделать своими руками?

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

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

Важно! Намоточная медная проволока имеет защитное лаковое покрытие. Иногда тряпичное, для мощных обмоток. Дополнительная изоляция увеличивает сечение, соответственно объем обмотки вырастает втрое. Поэтому при наматывании, витки укладываются без продольного перемещения (протяжки), чтобы не повреждать изоляцию.

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

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

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

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

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

Важно! Вы должны точно быть уверенными в том, что перед вами именно трансформатор напряжения на 220 вольт, а не дроссель или прибор, рассчитанный на иное входное напряжение.

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

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

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

Внимание! Проверка вторичных обмоток под нагрузкой – косвенный способ, как узнать мощность трансформатора.

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

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).

Мощный тор трансформатор

Мощный тор трансформатор для усилителя

Чтобы изготовить Мощный тор трансформатор для усилителя в домашних условиях, но на профессиональном уровне, нужно немало терпения и определенных навыков. Я занимаюсь изготовлением мощных концевых усилителей для профессиональных музыкантов.

Собираю всю конструкцию с «нуля», в том числе выполняю намотку торов для блока питания. В этой статье хочу немного рассказать как я изготавливаю мощный тор трансформатор в условиях домашней мастерской, то есть в прямом смысле на «коленках». Тем не менее мои трансформаторы ничем не уступают заводским не по качеству исполнения и работоспособности не по внешнему виду. Прежде чем приступить к изготовлению транса нужно иметь под рукой все необходимые материалы для его намотки. Не буду подробно останавливаться на расчетах, но некоторые пособия для этого я покажу ниже.

Скачать → Упрощенный расчет тороидального трансформатора

В общем я надеюсь, что у вас уже имеется подходящий сердечник, габаритная мощность которого соответствует требованиям вашего будущего устройства, тем более если вы хотите собрать свой качественный фирменный усилитель мощности, ну а в случаи его отсутствия, то на «железном» рынки можно подобрать такой «бублик», например от ЛАТРа.

Кстати сказать, на заводах где производят торы, относятся к их изготовлению не совсем так как положено, поэтому такие магнитопроводы требуют небольшой доработки, к тому же мы рассчитываем его применение в ответственном устройстве как усилитель мощности НЧ. Чтобы исправить заводскую халтуру и сделать надежный, мощный тор трансформатор, для начала тороидальное железо, то есть его острые кромки по внутреннем и внешнему периметру необходимо притупить напильником, чтобы эти острые края не повредили обмоточный провод.

Таблица габаритных размеров сердечников

Если сам сердечник не плотно намотан, то тогда для повышения его магнитных свойств, зазоры между витками залить жидким материалом, обладающим магнитными свойствами, который в последствии застынет. Например приготовить раствор карбонильного железа разведенного в ацетоне, а предпочтительнее в дихлоретане. Если таких препаратов нет под рукой, то можно обработать витки железа эпоксидной смолой, а затем высушить. Следующий процесс — изолирование самого железа. Я обычно применяю плотную бумажную ленту на клеевой основе, она толще скотча, поэтому надежнее. Но можно воспользоваться и строительным скотчем в несколько слоев.

Когда сердечник подготовлен, начинаем непосредственно наматывать эмаль-проводом первичную обмотку трансформатора. Для этого необходимо намотать на челнок провод нужного сечения и требуемой длинны. К концу обмоточного провода припаять отрезок гибкого монтажного провода, а стык изолировать в термоусадочный кембрик. Если вы намерены собирать двуполярный мостовой источник питания для каждого канала стереоусилителя, то нужно учесть необходимость вывода средней точки с обмотки трансформатора. Поэтому не ошибитесь при намотке, то есть не забыть в камом месте нужно делать отвод.

Таблица диаметра провода и ток нагрузки

Для меня удобнее производить намотку, как я уже сказал именно на «коленке». То есть располагаюсь на диване в левой руке сердечник — в правой челнок и начинаю мотать стараясь большим пальцем левой руки плотно прижимать провод при этом челнок у меня всегда находится рядом на диване, а не падает на пол если бы я сидел на стуле. Именно так очень удобно, можно конечно сделать небольшое устройство на столе, где бы закреплялся сердечник, но лично для меня мой вариант удобнее всего. Обмоточный провод старайтесь укладывать ровно, а не вкось. По внутреннему диаметру тора он должен ложится виток к витку, а не в навал, а по внешнему периметру должен быть зазор между проводом где-то примерно в три его диаметра, тогда намотка будет ровной и красивой.

Основные характеристики электрической энергии и их взаимосвязь

Вот здесь программа: Скачать программу → Расчет тороидального трансформатора — воспользовавшись ей можно определить все данные для изготовления тора, а именно: сечение и количество витков провода первичной и вторичной обмоток, габаритная мощность трансформатора, в том числе какое количество витков нужно за один проход, это чтобы не получилось «в навал». После каждого прохода, обмотки необходимо изолировать друг от друга, чтобы не было замыкания между обмотками. Изолировать лучше всего фторопластовой лентой, имеется в магазинах электроники или других хозяйственных магазинах.

Мощный тор трансформатор можно изготовить и с применением другого способа изоляции обмоток, на мой взгляд очень бюджетный и эффективный метод. В супермаркетах продаются специальные термостойкие рулоны с пакетами для запекания мяса в духовке. Отличная вещь! И стоит не дорого и на долго хватит. А пользоваться этой пленкой очень просто: нужно порезать это рулон на ленты шириной примерно 20-25мм и изолировать обмотку двумя-тремя слоями, будет надежно и эффективно. При укладке провода всегда считайте витки, количество которых необходимо вы уже знаете. Когда закончите с выполнением первичной обмотки, нужно проверить ток холостого хода трансформатора.

Измерение тока нужно производить с особой осторожностью и желательно через ЛАТР. Это нужно знать при построении силовой части усилителя мощности и если будет слишком большой пусковой ток при включении усилителя, то появятся сопутствующие проблемы. Идеальный ток холостого хода, который должен иметь мощный тороидальный трансформатор рассчитанный на мощность 1000 Вт, должен быть 40-45 мА, это если при изготовлении сердечника он был хорошо отожжен.

Вторичная обмотка выполняется аналогичным способом, что и первичная. Зная количество витков в первичной обмотки и значение витков на вольт, вы примерно можете определить на каком витке вторички нужно делать отвод среднего провода, а для точного определения лучше замерять напряжение намотанных витков мультиметром. Для этого опять же через ЛАТР устанавливает точное сетевое напряжение 220 вольт и измеряем вольтаж намотанной половинки вторичной обмотки не отсоединяя челнок, а так и измеряем — один щуп прибора на гибкий вывод вторички, другой прямо на конец провода расположенного на челноке предварительно его зачистив.

Если напряжение на средней точке (которое должно быть ровно половине общего напряжения во вторичной обмотке) соответствует заданному значению, значит также делаем гибкий отвод монтажным проводом и продолжаем выполнять обмотку до конца, с таким же количеством витков, как и первой половине. Не забывать после каждого прохода нужно изолировать слой. Затем выполняется еще одна аналогичная вторичная обмотка для второго канала усилителя. Если требуется дополнительная обмотка, например для обеспечения питания вентилятора охлаждения, то ее тоже нужно изготовить, но уже проводом меньшего сечения в зависимости от тока потребления вентилятора.

Не в коем случае не берите напряжение для этой цели с рабочих обмоток предназначенных для питания самого усилителя, должна быть только отдельная обмотка и свой выпрямитель. После того как вы полностью намотали трансформатор, последний слой провода нужно изолировать более надежно, во избежании механических повреждений при монтаже и эксплуатации в дальнейшем.

Оцените статью
Добавить комментарий