Рассчитать тороидальный трансформатор: принцип работы, сечение сердечника, преимущества эксплуатации

Простой расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом

Перед конструкторами радиоэлектронной аппаратуры часто ставится задача создания таких устройств, которые отличались бы небольшими размерами и минимальным весом.

Практика показала, что лучше всего применять силовые трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмотки и повышенным к.п.д. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов,

В связи с тем, что полный расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника сложен, приводим таблицу, с помощью которой радиолюбителю будет легче произвести расчет тороидального трансформатора мощностью до 120 вт.

Точность расчета вполне достаточна для любительских целей.

Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформаторов на Ш-образном сердечнике.

Таблицей можно пользоваться при расчете трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э310, Э320, Э380 с толщиной ленты 0,35—0, 5 мм. и стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0*05—0,1 мм. при частоте питающей сети 50 Гц.

При намотке трансформаторов допустимо применять лишь меж обмоточную и наружную изоляции: хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01— 0,02 мм. лакоткань ЛШСС толщиной 0,06—0,12 мм. или батистовая лента.

Пример расчета трансформатора:

Дано: напряжение питающей сети Uc = 220 в,

выходное напряжение Uн = 24 в,

ток нагрузки Iн = 1,8 а.

  1. Расчет мощности тороидального трансформатора. Определяют мощность вторичной обмотки P = Uн*Iн = 24*1,8 = 43,2 вт.
  2. определяют габаритную мощность трансформатора Pг = p/η = 43,2 / 0,92 = 48 вт. Величину к. п. д. и другие необходимые для расчета данные выбирают по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.
  3. Определяют площадь сечения сердечника тороидальной катушки

Sрасч.= (Pг / 1,2) = 5,8 см 2 .

Pг Вт. W1 W2 Sсм 2 Δ А/мм 2 η
до 10 41/S 38/S Pг 4,5 0,8
10-30 36/S 32/S Pг/1,1 4,0 0,9
30-50 33,3/S 29/S Pг/1,2 3,5 0,92
50-120 32/S 28/S Pг/1,25 3,0 0,95

Примечание. Рг, — габаритная мощность трансформатора, w1, — число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330, w2— число витков на вольт для стали Э340, Э359, ЭЗ60, S — площадь сечения сердечника см 2 , Δ — допустимая плотность тока в обмотках, η — к. п. д. трансформатора.

4. Подбирают размеры сердечника Dc, dc и hc

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ 50/80-40, площадь сечения которого равна 6 см 2 (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие: dc ≥ d`c,то есть 5 ≥3,8.

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

w1 = 33,3 / S = 33,3 / 6 = 5,55 витков / вольт.

7. Находят расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток W1-1 =w1* Uc = 5,55 * 220 = 1221 виток. W1-2= w2 * Uc = 5,55*24 = 133 витка.

Так как в тороидальных трансформаторах магнитный поток рассеяния 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 обметки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков.

8. Определяют диаметры проводов обмоток d1 = 1,13 * √(I1 / Δ) , где I1 ток первичной обмотки трансформатора, определяемый иэ формулы:

d1 =1,13 * √(0,24 / 3,5) = 0,299 мм.

Выбирают ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0*31 мм)

d2 = 1,13 * √(I2 / Δ) = 1,13 * √(1,8 / 3,5) = 0,8 мм.

Трансформаторы, рассчитанные с помощью приводимой таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали хорошие результаты.

Видео: Расчет тороидального трансформатора

Видео посвящено вопросу расчета тороидального трансформатора. При расчете используется классическая методика определения количества витков для первичной и вторичной катушек трансформатора.

Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Трансформаторы применяются для изменения выходного напряжения в большую или меньшую сторону. Без них невозможно представить себе современную электротехнику. Одним из самых высокоэффективных является тороидальный трансформатор. Он представляет собою изогнутый кольцом сердечник, обвитый проволокой, а внутри него находятся свернутые стальные полоски.

Электричество проходит сквозь обмотку сердечника, создавая магнитные поля. Для получения выходного напряжения магнитное поле проходит через первую обмотку в катушке. В статье читатель найдет видео c наглядным разбором устройства и книгу Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

Тороидальный трансформатор

Как устроен

Тороидальный трансформатор имеет идеальный дизайн, в отличие от трансформаторов другой конструкции. Фактически, первый трансформатор, разработанный Фарадеем, представлял собой трансформатор на тороидальном ядре.

Тороидальные сердечники сделаны из магнитной рулонной трансформаторной стали с очень низкими уровнями потерь и высокой индукцией насыщения. Это достигается путем нагрева тороидального каркаса до высокой температуры, а потом его охлаждения по специальной программе.

Это позволяет достичь высоких степеней насыщения до 16 000 Гаусс. В тороидальном трансформаторе магнитный поток равномерно распределен в сердечнике и, из-за отсутствия промежуточных металлических деталей и технологических зазоров.

Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Точно так же, поскольку все обмоточные катушки равномерно распределены по поверхности сердечника шум, вызванный магнитострикцией фактически, исчезает. Также тороидальный трансформатор имеет наилучшие тепловые характеристики, это способствует хорошему охлаждению трансформатора. Нет необходимости применять кулеры и вентиляторы.

Читайте также:
Размер и стоимость листа металлочерепицы для крыши

Основные преимущества и недостатки

При использовании тороидальных трансформаторов, поставляемых со свободными витыми выводами, можно добиться экономии до 64 % занимаемого объёма по сравнению с обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками (очень часто легче подключить оборудование именно с помощью выводов из трансформатора, а не клеммников).

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор, используя минимальное количество материала. Все обмотки симметрично распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки.

плюсы и минусы тороидальных трансформаторов

Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению коэффициента полезного действия. Возможна более высокая магнитная индукция, так как магнитный ток проходит в том же направлении, в каком ориентирована кремнистая сталь ядра во время прокатки. Также можно отметить плюсы:

  • низкие показатели рассеивания;
  • меньший нагрев;
  • низкий вес и размер;
  • компактен, удобен в установке в электроаппаратуре.

Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность тороидального сердечника позволяет эффективно охлаждать медные провода. Потери в железе очень низки – типическое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Это обеспечивает очень низкий ток намагничивания, способствующий изумительной тепловой нагрузочной способности тороидального трансформатора.

Тороидальный трансформатор

Почему это самый популярный вид трансформаторов

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше, чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

Обмотка

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются, будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, – и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Область применения

У тороидальных трансформаторов есть многочисленные области применения, и среди них мы можем подчеркнуть, как наиболее распространенные следующие:

  1. Бытовая электроника.
  2. Медицинская электроника.
  3. Конвертеры.
  4. Системы электропитания.
  5. Аудиосистемы.
  6. Системы безопасности.
  7. Телекоммуникации.
  8. Низковольтное освещение.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании.

Что нужно для намотки устройства

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же, как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию.

Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Основное, что должен знать и главное понимать человек, который мотает трансформатор:

  • длина провода (количество витков) это напряжение;
  • сечение проводника – это ток, которым можно нагружать его;
  • если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
  • если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного), это опять-таки тепло;
  • перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Для намотки понадобится трансформаторное железо в форме тора, лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод). Также пригодится скотч малярный (бумажный), клей ПВА, тканевая изолента или киперка и кусочки провода в изоляции.

Схема трансформатора

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора, то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально. Минимальный радиус окружности 3мм.

Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Чтобы изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту шириной около 25мм, тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем.

Лакопровод

Лакопроводом называют электрический проводник изоляция которого сделана из лака (намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В).

Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения.

Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень ненужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался.

Читайте также:
Профиль книппинг: технические характеристики

Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод, который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки, обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов).

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно к касательной, а слегка наклонено в сторону намотки, как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной. Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам.

Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин/воск.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Как проверить устройство

Необходимые материалы для тестирования тороидального трансформатора: схема цепи с указанием того, как подсоединен трансформатор и (цифровой электронный мультиметр тестер или аналоговый мультиметр тестер).

Первый шаг заключается в том, что трансформатор необходимо визуально осмотреть и проверить, нет ли от него запаха. Перегрев может привести к неисправности трансформатора, если есть следы ожогов или внешняя часть обмотки видна снаружи, трансформатор должен быть заменен и нет никакой необходимости для дальнейших испытаний, которые будут проводиться.

Проверка трансформатора

Точно так же, запах гари является свидетельством того, что трансформатор перегревается. Если никаких дополнительных повреждений не видно за исключением запаха, дальнейшие испытания могут быть проведены, чтобы определить, является ли трансформатор в рабочем состоянии или нет.

Информация о входном и выходном напряжении, как правило, четко обозначена на трансформаторе, но самым безопасным вариантом является получение схемы цепи от производителя продукта.

Инструкция пошаговой проверки

Напряжение, которое подается на первичную обмотку, должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Аналогичным образом, выходное напряжение, подаваемое на вторичной обмотке должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Вы должны знать входное и выходное напряжения для того, чтобы проверить, правильно ли работает трансформатор.

Трансформатор не способен преобразовывать переменное напряжение, в напряжение постоянного тока. Для преобразования напряжения переменного тока используются диоды и конденсаторы.

Схема цепи покажет, как выходное напряжение трансформатора преобразуется из переменного тока, в напряжение постоянного тока. Вам потребуется эта информация, чтобы определить, следует ли завершить измерения, проводимые с помощью мультиметра тестера в режиме переменного тока или в режиме постоянного тока. Начните проведение теста путем подключения питания и коммутации к изделию. Далее следуйте инструкции:

  1. Переключите цифровой мультиметр тестер (с экраном) или аналоговый мультиметр тестер в режиме напряжения переменного тока.
  2. Для того, чтобы подтвердить правильность входного напряжения для трансформатора, проверьте напряжение, прикоснувшись красный щуп к положительному полюсу, а черный зонда к отрицательной клемме трансформатора основного входа.
  3. Если значения напряжений слишком низкие, значит это может быть из-за проблем с трансформатором или схемами.
  4. Необходимо удалить трансформатор от входной цепи и проверить входную мощность, представленную схемой. Если показания находятся в линии, то трансформатор неисправен и если показания остаются неизменными, то схема неисправна.
  5. Чтобы проверить выходное напряжение сначала нужно определить, является ли выходное напряжение в сети переменного или постоянного тока.
  6. Установите цифровой или аналоговый мультиметр тестер в нужный режим для проверки.

Если конденсаторы и диоды используются для преобразования выходного напряжения от сети переменного тока в напряжении постоянного тока, то слишком низкое чтение может быть вызвано неисправным трансформатором или неисправными конденсаторами и диодами. В видеоролике об устройстве будет рассказано подробнее.

Извлеките тороидальный трансформатор с выходной схемой и проверьте выходное напряжение трансформатора. Не забудьте изменить режим мультиметра тестера к напряжению сети переменного тока. Если выходное напряжение в линии, трансформатор работает правильно, то проблема будет тогда с конденсаторами и диодами.

Тороидальные трансформаторы, которые излучают постоянный жужжащий звук скоро выйдут из строя и должны быть заменены. Всегда помните об осторожности, не касайтесь схемы при выполнении тестов. Случайный контакт со схемой, которая находится под напряжением может привести к травмам.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные преимущества и недостатки тороидальных трансформаторов, которые нужно принять во внимание. Больше информации о современных тороидальных трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать в книге Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

Способ рассчитать тороидальный трансформатор по сечению

Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как выбрать форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого количества витков?

Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:

  • Равномерное распределение обмоток;
  • Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
  • Сниженные токи Х.Х. в 10…20 раз;
  • Высокий К.П.Д;
  • Уменьшение полей рассеяния;
  • Низкий уровень шума.

Если приложить определенные усилия для создания тороидального трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.

Читайте также:
Садовая мебель : уличные комплекты для дачи, наборы от Ikea для террасы и веранды, дачные коллекции для дома и улицы

Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.

Краткое описание

Современные производители занимаются промышленным изготовлением нескольких разновидностей магнитопроводов для трансформаторов — броневого, стержневого, тороидального. Если сравнивать их эксплуатационные характеристики и сферы использования, то более эффективным можно считать последний вариант. Всё дело в том, что такое устройство обладает исключительно положительными параметрами, благодаря чему активно применяется в современной промышленности.

Высокая производительность и длительный эксплуатационный срок повлияли на то, что сейчас тороидальный трансформатор является базовым элементом в осветительной технике, стабилизаторах напряжения, источниках бесперебойного питания, радиотехнике, а также медицинском и диагностическом оборудовании.

Сами производители утверждают, что такой агрегат представлен в виде однофазной установки, которая может как понижать, так и повышать мощность. Для качественной эксплуатации трансформатор оборудован мощным сердечником с двумя и более обмотками. Но принцип его эксплуатации ничем не отличается от тех моделей, которые оснащены броневой или стержневой намоткой.

В независимости от эксплуатационных характеристик, трансформатор — это устройство, главная задача которого основана на преобразовании электроэнергии из одной величины в другую. Однако даже самые минимальные изменения в конструктивном исполнении могут существенно изменить итоговые размеры и вес электрической установки. Благодаря этому, технико-экономические параметры будут только возрастать.

Основные преимущества

У такого трансформатора магнитопровод имеет форму тороида, иными словами — все кольца отличаются прямоугольным сечением. Уникальные эксплуатационные характеристики высоко ценятся как в бытовых, так и промышленных сферах. Помимо этого, тороидальный агрегат имеет ряд дополнительных преимуществ в отличие от стандартных стержневых и бронированных моделей:

  1. У мастеров появилась отличная возможность использовать для сердечника сталь с повышенной магнитной проницаемостью (Э-370, 340).
  2. Известно, что итоговый поток рассеяния в идеальной тороидальной катушке должен быть равен нулю. В таком трансформаторе этот показатель имеет некоторую конечную величину. Но такие потоки рассеяния не такие уж и большие, как у обычных моделей, поэтому внешние магнитные поля не влияют на слаженную работу трансформатора.
  3. В сердечнике полностью отсутствуют зазоры и стыки.
  4. Мастер может смело использовать структурные свойства сердечника, так как в тороидальном агрегате направление магнитного поля полностью совпадает с прокатом ленты.

Все вышеперечисленные преимущества позволяют добиться высоких экономических и электрических показателей. За счёт этого существенно возрастает производительность оборудования:

  • Существенно уменьшается общее количество витков, которые используются для получения величины индуктивной первичной обмотки. Такой эффект достигается благодаря использованию сталей с высокой магнитной проницаемостью. В отдельных конструкциях мастерам удалось снизить итоговый расход меди на 25%.
  • Полное отсутствие зазоров и наличие высоколегированной стали является причиной того, что в сердечнике трансформатора достигается более высокая индукция. Это функциональное преимущество совершенно не влияет на коэффициент нелинейных искажений. В результате мастеру удаётся повысить Bmax в два раза, что считается невозможным в броневых трансформаторах. В итоге снижается итоговый вес и объём рабочего сердечника.
  • Равномерная частотная характеристика каскад достигается за счёт небольшой величины индуктивности рассеяния. Наличие минимальных искажений по вине переходных процессов позволяет использовать довольно глубокую обратную связь отрицательного типа.

В связи с тем, что тороидальный трансформатор обладает небольшим магнитным полем, даже самый тесный монтаж не влияет на взаимодействие с другими элементами конструкции.

Счетчик оборотов для подсчета витков

Один оборот равен одному витку — так раньше в уме подсчитывал, мотая трансформатор на примитивном приспособлении. С появлением полноценного намоточного станка с предусмотренным счетчиком стало намного проще, но самое важно, что при намотке витков процент на ошибку свелся практически к нулю.

В рассматриваемом намотчике использован механический счетчик УГН-1 (СО-35) от советской аппаратуры. Его можно заменить на велосчетчик или механический счетчик от старого бытового магнитофона, где он отмерял расход ленты. Также можно собрать простой счетчик своими руками, имея только калькулятор, геркон, два провода и магнит.

Разберите калькулятор на два контакта, замыкаемых кнопкой «равно», припаяйте два провода, а на концы проводов запаяйте геркон. Если поднести магнит к геркону, то его пластины внутри стеклянной колбы замкнутся и на калькуляторе произойдет имитация нажатия кнопки. Используя функцию сложения калькулятора 1+1 можно подсчитывать обороты.

Далее закрепляем самодельный диск на первую ось. К диску приклеиваем магнит, а на корпусе станка или кронштейне крепим геркон. Геркон располагаем так, чтобы при обороте диска магнит проходил рядом с герконом и смыкал его контакты.

По такому принципу можно заменить геркон на концевой выключатель, а диск сделать в виде эксцентрика. Диск-эксцентрик, вращаясь своей выпуклой частью, будет нажимать на концевик

Самостоятельное изготовление агрегата

Прежде чем приступить к созданию такого агрегата, необходимо подготовить все необходимые инструменты и материалы. Для изготовления более качественной модели может понадобиться даже швейная машинка, прочная игла и обычные спички, но такие детали можно найти практически в каждом доме.

Основным расходным материалом является железо, из него изготавливаются базовые части трансформатора. Для работы понадобится качественная сталь, которая должна быть в форме тора. Не стоит забывать и о хорошем проводе в лаковой изоляции. Надёжная фиксация не может обойтись без клея ПВА и малярного скотча.

Отдельно стоит учесть, что качественная работа обмоток зависит от изоленты на тканевой основе. А также стоит приобрести высококачественный провод в резиновой или силиконовой изоляции. Этот элемент понадобится для надёжного соединения всех концов обмотки.

Подготовка трансформаторной стали

Начинающим мастерам может показаться, что достать базовый элемент конструкции крайне сложно, но на практике всё обстоит совершенно иначе. Дело в том, что даже обычные пункты приёма металла часто располагают неработоспособными стабилизаторами напряжения. В советский период они были очень распространены, так как использовались в чёрно-белых телевизорах, что продлевало работоспособность кинескопов.

Читайте также:
Пожарные извещатели за подвесным потолком: правила установки

Исправность такого устройства совершенно не имеет значения, так как особой ценностью обладают только тороидальные трансформаторы, которые расположены во внутреннем отсеке стабилизатора. Именно эта часть используется мастерами в качестве основы всей конструкции.

Читайте также: Устройство, принцип действия и критерии выбора газового конвектора для квартиры, частного дома и дачи

На пути к изъятию трансформаторов всегда лежит обмотка, изготовленная из алюминиевого провода. Не стоит забывать о том, что сердечник тоже нуждается в подготовительных работах. Мастер должен максимально округлить острые края этой детали, так как в процессе намотки может повредиться лаковая изоляция. Поверх трансформаторной стали обязательно укладывается изолента на тканевой основе. В этом случае нужен всего один изоляционный слой.

Правила обмотки

Прежде чем приступить к этому виду работы, нужно сделать расчёт тороидального трансформатора по сечению сердечника. Конечно, мастер может использовать специальные онлайн-калькуляторы, которых на просторах интернета существует очень много. Но можно выбрать более простой вариант, где для всех вычислений нужно подготовить только линейку и калькулятор.

Конечно, он может иметь некоторые погрешности, так как расчёт не подразумевает соблюдения всех тех факторов, которые встречаются в природе. Главное, придерживаться правила о том, что итоговая мощность во вторичной катушке не должна превышать аналогичных показателей в первой обмотке.

Когда мастер дошёл до этого этапа и нужно сделать намотку тороидального агрегата, ему стоит быть крайне внимательным, так как этот процесс довольно трудоёмкий. Отличным считается тот вариант, когда есть возможность самостоятельно разобрать магнитопровод, а уже после намотки собрать его.

В противном случае можно прибегнуть к помощи обычного веретена, на которое нужно аккуратно намотать определённое количество заранее подготовленного провода. Только после этого веретено можно пропустить необходимое количество раз сквозь тор, равномерно укладывая витки обмоток. Конечно, на реализацию такой идеи уйдёт достаточно много времени, но результат того стоит.

Стоит отметить, что в стандартных ситуациях мастера проводят дополнительную изоляцию тороидального сердечника от обмоток (даже в том случае, если используется лакированная проволока). Особой популярностью пользуется высококачественный электротехнический картон, который соответствует всем стандартам ГОСТ 2824 . Толщина этого материала находится в пределах 0,8 мм.

Во время работы мастера придерживаются следующей схемы:

  • Картон аккуратно наматывается на сердечник с небольшим захватом предыдущего витка. Конец материала обязательно фиксируется киперной лентой либо клеем ПВА.
  • Все торцы сердечника должны быть защищены картонными шайбами с небольшими надрезами от 10 до 20 мм, длина шага — 35 мм. Как наружная, так и внутренняя грань обязательно закрывается небольшими полосами. Стоит отметить, что технологические шайбы фиксируются на финишном этапе, а все прорезиненные зубцы загибаются. Поверх всей конструкции наматывается киперная лента.
  • Если надрезы были сделаны на самых полосах, тогда должен присутствовать небольшой запас, чтобы добиться большей высоты торца. Все кольца должны быть прикреплены строго по ширине, накладываются они поверх загибов.
  • В редких случаях кольца могут быть изготовлены из специальной электротехнической фанеры, толстого текстолита. Уязвимую внутреннюю и внешнюю грань защищают картонными полосами с небольшими загибами по краям. Между первыми витками обмотки и сердечником должен присутствовать небольшой воздушный зазор. Такой подход особенно важен в тех случаях, когда края под проволокой протрутся. Так уязвимая токонесущая часть никогда не коснётся тороидального сердечника. На верхний слой обязательно наматывается киперная лента. В некоторых случаях мастера предпочитают сглаживать внешнее ребро колец, за счёт чего намотка углов идёт плавно.

Если трансформатор обладает повышенной мощностью, тогда медный провод должен быть прямоугольного сечения. Такой подход позволяет сэкономить свободное пространство. Жила обязательно должна быть толстой, чтобы она не плавилась во время того, как по ней проходит большое напряжение.

Основание (станина) намоточного станка

Сделать станок для намотки трансформаторов можно из любого прочного легко обрабатываемого материала. Самым подходящим будет: метал, фанера (дерево) или пластмасса. В зависимости от того, что у Вас есть в наличии и с чем Вы любите больше всего работать, можно отдать предпочтение тому или иному материалу.

В основном мастерю самоделки из того, что у меня есть под рукой, так и в этом случае, в завалах барахла под названием «в хозяйстве пригодится» нашлись обрезки из 10 миллиметровой полужесткой пластмассы, которую успешно применил в конструкции намотчика и его элементов.

Изначально, при разработке, необходимо сделать пробный макет, продумать компоновку намотчика, задать себе вопрос, какие необходимые функции должно выполнять устройство. В процессе макетирования легко дополнять и совершенствовать, подгонять размеры, что позволит на выходе получить самый удачный вариант.

По проекту у нас три оси:

Первая ось (намотчик) — на ней будет вращаться наматываемая катушка трансформатора. На одном конце будет крепиться счетчик количества сделанных витков, а на другой стороне привод вращения оси с набором шкивов. Привод может быть ручным в виде закрепленной ручки на оси либо электрическим в виде шагового двигателя.

Вторая ось (укладчик) — на ней будет «бегать» поводок укладчика проволоки, также на оси будет закреплен второй набор шкивов, который через ременную передачу с помощью пассика будет сопрягаться с первым набором шкивов на первой оси.

Третья ось (держатель катушек) – служит опорой для катушки с обмоточным проводом.

На этапе проектирования следует правильно разнести оси между собой, чтобы каркас наматываемой катушки трансформатора не цеплялся за станок и не задевал другую ось, также выбрать высоту расположения катушки с проволокой, чтобы можно было свободно навешивать разные по габаритам катушки. Можно предусмотреть дополнительную ось для смотки-намотки проволоки с катушки на катушку.

Читайте также:
Полировка фары зубной пастой

По разметке на выбранном материале для станины ножовкой по металлу вырезаем части основания станка (боковины, дно, поперечины), также высверливаем необходимые отверстия. С помощью металлических уголков и саморезов скрепляем все составляющие вместе.

Тонкости расчётных манипуляций

Чаще всего первичная обмотка питается от обычной сети переменного напряжения в 220 В. Если мастеру нужно две вторичные обмотки, чтобы каждая выдавала минимум по 12 В, то площадь сечения должна составлять минимум 0,23 кв. мм. Но этих данных мало, чтобы правильно рассчитать тороидальный трансформатор.

Мастеру нужно разделить 220 В на определённую сумму напряжений вторичной цепи. Так можно получить коэффициент 3,9, который будет обозначать, что сечение провода для вторичной обмотки должно быть аналогичным с этим показателем. А вот для того, чтобы определить количество витков, нужно прибегнуть к достаточно простой формуле: напряжение 220 В умножить на коэффициент 40, а полученную цифру следует разделить на площадь поперечного сечения магнитопровода.

Отдельно стоит учесть, что от правильности проведённых расчётов зависит уровень КПД тороидального трансформатора и его эксплуатационный срок. Именно поэтому лучше несколько раз всё перепроверить, дабы не допустить самых распространённых ошибок.

Укладчик витков

Укладчик проволоки служит для равномерной намотки, виток к витку, обмоточного провода на каркас изготавливаемого трансформатора или катушки. Плотность намотки зависит от того, с какой скоростью вращаются оси, а так же от диаметра выбранной проволоки. Необходимое соотношение скорости вращения первой и второй оси можно достичь с помощью шкивов и ременной передачи. При работе отлаженного механизма станка происходит одновременное перемещение ролика укладчика с определенным шагом и укладка проволоки на каркас наматываемого трансформатора. В двух словах не объяснить, но при дальнейшем прочтении статьи станет все понятно.

В рассматриваемой конструкции использована шпилька-штанга заводского изготовления М6 с шагом резьбы 1мм. В боковины станины намоточного станка параллельно друг другу закрепляют подшипники в заранее просверленные для них отверстия, далее в них вставляют шпильку. Для наилучшего скольжения смазываем подшипники. На шпильке перемещается направляющий ролик, через который продевается проволока.

Направляющий ролик для укладки проволоки можно изготовить самостоятельно, имея небольшой отрезок П-образного алюминиевого профиля, удлиненную гайку-втулку, соответствующую по резьбе шпильке, и подающий ролик с канавкой посередине.

В П-образном профиле сверлятся отверстия параллельные друг другу. Верхняя пара отверстий — для ролика, а нижняя — для удлиненной гайки. Диаметр верхних отверстий в стенках профиля подбирается по оси, на которой будет закреплен ролик, а нижние на миллиметр больше диаметра резьбы шпильки. Под расстояние между стенками профиля впритирку подгоняется по размеру удлиненная гайка. Затем эта конструкция наворачивается на шпильку укладчика.

Шпилька фиксируется гайками по бокам так, чтобы она могла вращаться без смещений. С одной из сторон оставляется запас шпильки, чтобы на нее накручивать шкивы для сопряжения первой и второй оси.

Рекомендации специалистов

Когда мастер тщательным образом изучил способ изготовления трансформатора своими руками, он может смело приступать к практической части. Так как намотка витков считается очень сложным процессом, понадобится запастись терпением, чтобы итоговый результат оправдал все ожидания. Ведь именно от того, насколько качественно выполнен этот этап, зависят эксплуатационные характеристики устройства.

Для упрощения этой задачи можно использовать специальный станок, предназначенный для намотки тороидальных трансформаторов. Цена такого агрегата считается доступной, а при желании его можно изготовить и своими руками.

Что представляет собой намоточный станок для трансформаторов?

Для опытных электриков и радиолюбителей, при работе своими руками, обязательно потребуется станок для намотки трансформаторов. Бытовая техника имеет в составе своей конструкции массу всевозможных катушек, трансформаторов (в том числе тороидальных), которые со временем приходят в негодность и их необходимо ремонтировать.
Станок для намотки трансформаторов

Кроме того, многие мастера не отказались бы иметь в своем арсенале инструментов самодельный ручной или электрический намоточный станок для катушек, так как он позволяет существенно сократить время и улучшить качество намотки.

Тороидальный трансформатор своими руками

На практике выделяют достаточно большое разнообразие преобразователей электрической энергии, как по конструктивным особенностям, так и по принципу действия. Среди устройств для изменения величины напряжения существуют броневые, стержневые и тороидальные трансформаторы. Последний вариант по своей форме напоминает бублик, за счет чего он является наиболее эффективным в части передачи магнитного потока. Его КПД может приближаться к 100% и отличается достаточной простотой намотки, поэтому многие радиолюбители стараются изготовить тороидальный трансформатор своими руками.

Конструкция и принцип работы

Конструктивная особенность такого трансформатора заключается в форме магнитопровода, которая представляет замкнутое кольцо, называемая тором.

В остальном состав его элементов идентичен другим типам электрических машин:

  • Обмотка – выполняется медным проводником, разделяется на первичную и вторичную. Обе обмотки могут отличаться сечением проводника.
  • Тороидальный сердечник — имеет форму кольца, изготавливается наборной шихтовкой, ленточной сталью или монолитным железом, в зависимости от габаритов и назначения. В качестве материала берутся ферромагнитные сплавы, обеспечивающие хорошую магнитную проводимость.
  • Изоляционных материалов – часть диэлектрика заранее наносится на монтажных провод, остальной диэлектрик разделяет катушку тора с железом, обмотки между собой, между катушками и кожухом. В качестве изоляции используются ленточные или лакотканевые материалы, электроизоляционный картон, клей и т.д.
  • Защитный кожух – предназначен как для защиты силового трансформатора от механических повреждений, так и для предотвращения контакта человека с поверхностью обмоток.
  • Выводы вторичной и сетевой обмотки, крепежные и вспомогательные детали.

Принцип действия тороидального преобразователя заключается в подаче напряжения питания на выводы первичной обмотки. После чего в ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитный поток внутри витков. Магнитный поток перемещается внутри каркасов катушек и наводит ЭДС во вторичной обмотке. При условии подключения нагрузки к ее выводам будет происходить потребление заданной мощности.

Читайте также:
Почему УШИ называют болгаркой + другие названия инструмента

Данное устройство нашло применение в тороидальных автотрансформаторах (ЛАТРах), радиоэлектронике, сварочных трансформаторах и прочих преобразователях. В домашних условиях занимаются перемоткой трансформатора такого типа за счет относительно простого процесса.

Изготовление своими руками

Чтобы изготовить тороидальную электрическую машину вам необходимо определиться с ее типом. Всего выделяют повышающий и понижающий трансформатор, в первом случае с низкого напряжения, к примеру, 220В получают высокое — 600В, а во втором, с высокого низкое, как наиболее распространенный вариант с 220В – 12В. Важным параметром для изготовления и расчета тороидального агрегата является коэффициент трансформации, показывающий, во сколько раз изменяется электрическая величина во вторичной обмотке по отношению к первичной. Для его определения используется одно из следующих соотношений:

U1 и U2, I1 и I2 — величина напряжения и тока в обмотках, W1 и W2 – это число витков.

Что необходимо для работы?

Вам обязательно пригодится набор слесарных инструментов для элементарных работ: отвертки, пассатижи, круглогубцы, ножи, паяльник, заклепочник и т.д. Также для того чтобы намотать тороидальный сетевой трансформатор или самодельный сварочный агрегат вам понадобятся некоторые материалы:

  • Медный провод с лаковым покрытием – можете взять и с виниловой изоляцией, но у него будет толщина больше. Как результат, намотка потребует больших усилий, что не сильно удобно при большом числе витков.
  • Устройство для намотки – чаще всего применяется либо автоматизированный механизм с кольцевым расцеплением, либо челночная катушка. Первый позволяет наматывать провода быстро и без лишних усилий, но его приобретение или самостоятельное изготовление требует дополнительных затрат. Второй способ куда проще, но он хуже применяется для жил большого сечения.
  • Изоляционный материал – вам пригодится электроизоляционный картон, полимерный диэлектрик, лакотканевая изоляция, тканевая изолента. Чтобы перемотать трансформатор можно использовать не все вышеперечисленные материалы, а выбрать некоторые из них.
  • Магнитопровод или тор – наилучшим вариантом будет готовый заводской сердечник круглой формы от другого трансформатора. Однако если его нет, можно собрать тороидальную конструкцию самостоятельно. Для этого подойдет шихтовка от стержневого магнитопровода.

Возьмите длинный лист стали и согните кольцом, на краю зафиксируйте концы.

Согните пластину железа

Рис. 2. Согните пластину железа

Внутрь полученного тороидального листа поместите следующий, следите за тем, чтобы края ложились стык в стык. При необходимости, края можно подрезать, что особенно актуально на внутренних слоях. Каждую пластину необходимо четко обжимать, чтобы при мотании тор получился плотным без зазоров.

Если вы решите изготовить сердечник, его края обязательно следует обработать эпоксидным клеем с обеих сторон. После этого сборку сердечника можно считать оконченной. Помимо этого можно использовать ленточную сталь, которую по такой же технологии закручивают плотной по спирали.

Намотайте сердечник из ленточной стали

Рис. 3. Намотайте сердечник из ленточной стали

Расчет

Чтобы начать вычисления, вам необходимо определиться с величиной напряжения на вторичной и первичной обмотке и нужной мощностью тороидального трансформатора. Далее вам понадобится определить сечение тора:

S = H * ((D-d))/2

  • S – площадь сечения магнитопровода;
  • H – высота тороидального сердечника;
  • D – внешний диаметр тороидального сердечника;
  • d – внутренний диаметр тороидального сердечника.

Чтобы вычислить количество витков воспользуйтесь двумя выражениями для коэффициента передачи магнитопровода:

Здесь k – коэффициент передачи, f – частота в подключаемой сети, S – площадь сечения магнитопровода. W1 – число витков в первичной катушки, U1 – напряжение в первичке. Из второй формулы вы узнаете количество витков, аналогично рассчитываются витки для вторичной обмотки тороидального трансформатора.

Чтобы определить сечение проводов катушек преобразователя, воспользуйтесь формулой:

  • S – площадь сечения проводника трансформатора;
  • P – мощность тороидального трансформатора;
  • ρ – удельная проводимость материала жил (для меди 0,017 Ом*мм 2 /м);
  • U – напряжение в соответствующей обмотке трансформатора;
  • l – длина проводника в катушке, этот параметр можно узнать из следующей формулы:

И длину и сечение трансформатора можно рассчитать для каждой обмотки отдельно. После того как расчет тороидального агрегата готов, можно переходить к его намотке.

Намотка

Процесс изготовления самодельного трансформатора будет состоять из нескольких этапов:

Перемотка вторичной обмотки осуществляется аналогичным образом, после чего ее так же изолируют и всю конструкцию, при необходимости, закрывают корпусом. Тороидальный трансформатор готов.

Как рассчитать тороидальный трансформатор в домашних условиях

Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как выбрать форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого количества витков?

Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:

  • Равномерное распределение обмоток;
  • Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
  • Сниженные токи Х.Х. в 10…20 раз;
  • Высокий К.П.Д;
  • Уменьшение полей рассеяния;
  • Низкий уровень шума.

Если приложить определенные усилия для создания тороидального трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.

Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

Читайте также: Фрезы для изготовления вагонки, филенок и для работ по камню при помощи ручного фрезера

  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:

Читайте также:
Раскладной стол для маленькой кухни: виды, выбор

Рекомендуем! Как сделать газовую горелку самостоятельно

«P=1,9*Sc*So», где:

  • P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
  • 1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
  • So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»

Формулы расчета площади сечения тороидального сердечника

Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим. «P=1,9*70*70=9310 Ватт»

Определим количество витков первичной обмотки

В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу. К=35/ Sc, где:

  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.
  • 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.

Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию. «K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу. «W1=U1*K», где:

  • W1- количество витков в первой обмотке.
  • U1 – необходимое напряжение в этой точке.
  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.

«W1=220*0,5=110» – витков. С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим. «W2=35*0,5=17,5» – витков.

Расчет сечения применяемых проводов

Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора: «I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера» С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки. «I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.

Рекомендуем! Как сделать индукционный нагреватель и печь из сварочного инвертора

Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.

Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера. Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:

  1. Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
  2. Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.

Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:

  1. 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
  2. 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.

Расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом :: АвтоМотоГараж

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;

Величина Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000

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.

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.

Читайте также:
Садовый сучкорез: виды. Работа инструментом и уход за ним

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 мм2, 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:

Поскольку в любом тороиде рассеивание магнитного потока совсем незначительное, падение напряжения в обмотках возможно определить только по их активному сопротивлению.

В результате, значение относительной величины падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора будет намного меньше, чем в обычных трансформаторах.

В связи с этим, потери на сопротивлении вторичной обмотки компенсируются увеличением количества витков примерно на 3%. Расчет будет выглядеть следующим образом: W1-2=133 х 1,03=137 витков.

Диаметры обмоточных проводов можно определить по формуле:

Здесь I1 является током первичной обмотки, определяемый по собственной формуле: I1=1,1 (P2/Uc)=1,1 (48/220)=0,24A

Диаметр провода выбирается по ближайшему значению в сторону увеличения, что будет составлять 0,31 мм.

Трансформаторы, изготовленные по расчетам с помощью таблицы, прошли успешные испытания при постоянной максимальной нагрузке, воздействующей на протяжении нескольких часов. Таким образом, расчет тороидального трансформатора позволяет получить точные результаты, подтвержденные на практике. С помощью этой методики можно определить необходимые параметры для любого устройства.

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;

Величина Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000

COS Φ 0,85-0,90 0,90-0,93 0,93-0,95 0,95-0,93 0,93-0,94

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

Конструкция магнитопровода Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000

Кольцевая 5-4,5 4,5-3,5 3,5 3,0

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]8-25 25-60 60-125 125-250 250-600

U’1 7 6 5 3.5 2.5
U’2 7 6 5 3.5 2.5

Конструкция магнитопровода Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]5-15 15-50 50-150 150-300 300-1000

Тор 1,7 1,7 1,7 1,65 1,6

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 магнитопровода Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]5-15 15-50 50-150 150-300 300-1000

Тор 0,18-0,20 0,20-0,26 0,26-0,27 0,27-0,28

Конструкция магнитопровода Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм0,08 0,1 0,15 0,2 0,35

Тор 0,85 0,88

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

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.

Как упростить задачу по намотке витков на сердечник

Зная как создать трансформатор во всех подробностях и всеми данными, остается перейти к практической работе, но намотка витков представляет собой достаточно трудоемкий процесс, требующий особой концентрации внимания. Правильность намотки также имеет значение и напрямую влияет на характеристики устройства, которое в итоге получится.

Читайте также:
Обзор распашных шкафов, важные нюансы выбора

Но для таких случаев в помощь людям существует специальное устройство, станок для намотки тороидальных трансформаторов, цена такого приспособления не высока, но купить его не просто, поэтому на рынке часто встречаются самодельные устройства, и если почитать соответствующую литературу, то можно попробовать сделать этот станок самому.

Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике – Справочник металлиста

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.

Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор

Тороидальный трансформатор

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

Конструкция и принцип работы

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

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

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

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

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

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

Намотка трансформатора

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

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

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

Автотрансформатор своими руками

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.

Тороидальный трансформатор своими руками

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

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

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

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

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

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

Трансформатор своими руками

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

Читайте также:
Основные этапы производства стеклопакетов

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.

Самодельный намоточный станок

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

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

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

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

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

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

Токовый трансформаторный прибор

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

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

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

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

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

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

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

Самостоятельное изготовление

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

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

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

Принцип действия трансформатора тороидального типа

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

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

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

Намоточный станок своими руками

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

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

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

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: