Ошибки при намотке трансформатора

Как перемотать трансформатор своими руками: личный опыт расчета и технология выполнения работы для начинающего мастера

Современные бытовые приборы используют трансформаторное преобразование электроэнергии в блоках питания. Домашнему мастеру приходится их периодически ремонтировать или переделывать.

На основе личного опыта электрика объясняю, как перемотать трансформатор своими руками в домашних условиях, имея минимум необходимого инструмента для работы.

Рассчитываю, что статья будет полезна в первую очередь начинающим электрикам, как полезная инструкция для работы с трансформаторными устройствами с частотой сигнала до 400 герц.

Перемотка трансформатора требует точного соблюдения технологии и правильного расчета его конструкции. При этом могут возникнуть различные ситуации.

Самый простой случай произошел весной прошлого года, когда ко мне обратился сосед, работающий в авторазборке. У них отказал сварочный трансформатор.

Я определил межвитковое замыкание и порекомендовал им самостоятельно размотать обмотку, улучшить ее изоляцию и снова намотать на катушку. Сам процесс разборки поэтапно фотографировать. По этим фото проще собрать сварочник без ошибок.

К концу дня они с этой задачей справились. В качестве изоляции использовали офисную бумагу: нарезали ее на полоски и оборачивали каждый виток. Таким простым способом работоспособность была восстановлена. А сварочником они сейчас работают только под навесом.

Однако это частный случай. В большинстве ситуаций вам потребуются специальные методики, обеспечивающие оптимальный выбор соотношения параметров конструкции и выходных характеристик.

3 способа рассчитать характеристики трансформатора под конкретные нужды

Ниже привожу три методики расчета, любая из которых подойдет для ваших целей. Это:

1. Расчет конструкции трансформатора по электротехническим формулам;
2. Использование онлайн-расчета;
3. Скачивание и применение компьютерной программы

Ручной расчет по формулам за 4 шага

Шаг №1: выбор мощности или магнитопровода

Трансформатор преобразует электрическую мощность первичной цепи во вторичную с какими-то потерями. При этом входная энергия передается магнитным потоком через сердечник, обладающий определенными магнитными свойствами.

Его пропускные характеристики ограничены, их следует оптимально подбирать под конкретные условия работы с учетом конструкции сердечника.

Магнитопровод может быть изготовлен из штампованных пластин или броневых лент. Его замкнутую форму делают в виде кольца или прямоугольника (может быть с закругленными углами) либо сдвоенной фигурой из них с двумя окнами просвета.

Поперечное сечение сердечника по всему периметру делается одинаковым для создания равномерных условий прохождения магнитного потока. Исключением является сдвоенный магнитопровод, собираемый из Ш-образных пластин или созданный приложением двух прямоугольных сердечников из лент.

У него на удвоенную по площади среднюю часть монтируются обмотки, а магнитные потоки равномерно распределяются по боковым ответвлениям.

Выходная электрическая мощность и пропускные характеристики магнитного потока являются связанными величинами, влияют друг на друга. Поэтому выбор и расчет трансформатора при перемотке проводят по одному из двух вариантов:

1. имея готовый магнитопровод, рассчитывают по нему вначале электрическую мощность, а затем остальную конструкцию;
2. задавшись требуемой электрической мощностью и напряжением, подбирают под нее форму и поперечное сечение сердечника.

Для расчета связи между поперечным сечением магнитопровода Q (см кв) и входной мощностью трансформатора S (вт) применяются две эмпирические формулы, учитывающие его конфигурацию:

1. Q=√S для кольцевых сердечников;
2. Q=0,7√S для сдвоенных конструкций.

При этих вычислениях используются усредненные параметры электротехнической стали, позволяющие сделать трансформатор для бытовых целей.

Разницу между этими двумя формулами позволяет хорошо понять простой пример. Допустим, у нас есть железо от двух одинаковых сердечников прямоугольного сечения 0,8х2,5 см.

Если наложить их друг на друга и намотать обмотки, то поперечное сечение будет 2,5х1,6=4,0 см кв.

При стыковке по Ш-образному принципу оно не изменится: 5,0х0,8=4,0.

Но, в первом случае получим мощность S=QхQ=4,0х4,0= 16 ватт, а во втором — она возрастет S= QхQ/0.49=16/0,49=32.6 ватта.

Таким образом: только за счет изменения формы магнитопровода можно увеличить входную мощность трансформатора на 49%.

Шаг №2: расчет выходной мощности по входной величине

Опытным путем давно установлена закономерность потерь электрической энергии в конструкциях различных сухих трансформаторов. Она представлена следующей таблицей.

Хорошо просматривается закономерность: с увеличением электрической мощности снижаются общие потери, а КПД возрастает.

Эта таблица позволяет очень просто вычислять выходную мощность по входной величине за счет ее умножения на выбранный КПД.

Шаг №3: выбор напряжений и расчет токов в обмотках

При перемотке трансформатора его создают на конкретные величины напряжений первичной и вторичной цепей. Например: 220/12, 220/24, 220/36 вольт и другие подобные.

Значения мощности на входе и выходе мы уже определили. Теперь можно посчитать рабочие токи, которые будут протекать в каждой обмотке. Для этого достаточно мощность в ваттах поделить на напряжение в вольтах. Вычислим ток в амперах.

Под него требуется подобрать медный провод, который хорошо справится с температурной нагрузкой, вызванной протеканием рабочего тока.

Шаг №4: расчет поперечного сечения провода

Берем за основу соотношение плотности тока в медном проводе катушки, лежащей в пределах 1,8-3 ампера на 1 мм квадратный поперечного сечения. Ему соответствует эмпирическое выражение D=0,8√I.

В шаге №3 токи нами рассчитаны, остается по приведенной формуле рассчитать диаметр медной проволоки. Ее можно немного увеличить или уменьшить.

Но, при уменьшении сечения станет возрастать нагрев трансформатора при работе. Тогда потребуется применять меры к его охлаждению или делать частые перерывы.

Увеличенный же диаметр может создать ситуацию, когда площади свободного окна в сердечнике для укладки всех витков провода банально не хватит. Этот вариант стоит просчитать заранее.

Шаг №5: как рассчитать количество витков каждой обмотки

Если приложить напряжение к отрезку выпрямленной проволоки, то маленькая величина активного сопротивления создаст аварийный режим: огромный ток короткого замыкания.

Когда провод намотан вокруг сердечника, то катушка создает индуктивное сопротивление для переменного тока, которое увеличивается с повышением числа витков.

Эту зависимость принято учитывать вольтамперной характеристикой обмотки. Рабочая зона выбирается на верхнем участке, но до начала точки перегиба ВАХ, когда даже незначительное прибавление напряжения вызывает резкое повышение тока, что в большинстве случаев недопустимо.

На этапе расчета нам достаточно воспользоваться опять же эмпирическим коэффициентом ω’, выражающим соотношение между количеством намотанных витков и приложенных к ним вольт.

Этот показатель зависит от магнитного сопротивления сердечника и его поперечного сечения.

Для неизвестной марки электротехнической стали рекомендую использовать отношение 45/Q, где поперечное сечение магнитопровода Q берется в сантиметрах квадратных.

Дальше просто коэффициент ω’ умножаем на выбранное количество вольт и получаем число витков, которые нужно намотать.

Шаг №6: проверка свободного места в окне магнитопровода

Расчет необходим для исключения ошибок при намотке. Он позволяет уточнить емкость окна для монтажа катушки с проводом, наличие резерва пространства и плотность укладки.

Зная диаметр проволоки и количество витков, считают общее пространство, которое они займут при очень плотной укладке. Далее этот показатель следует увеличить на 30-40%. Созданный резерв уйдет на дополнительные слои изоляции и неровности проволоки, «кривые руки».

Онлайн расчет трансформатора: простая методика

Все перечисленные выше данные можно получить проще. Например, достаточно воспользоваться онлайн расчетом.

Один из его вариантов можно взять здесь. Описание работы приведено прямо в статье.

Компьютерная программа для пересчета трансформатора

В любом поисковике достаточно набрать PowerTrans и нажать кнопку «Найти».

Мой Яндекс показывает ее на первой позиции. Дальше остается скачать программу на свой компьютер и пользоваться ей. Интерфейс простой и понятный.

Я рекомендую при расчете пользоваться всеми тремя методиками, ибо они довольно простые и, к тому же, помогут устранить случайные ошибки.

Как собрать трансформатор: проверенные технологии

Работа состоит из двух отдельных этапов:

1. монтажа сердечника;
2. намотки катушки.

Их последовательность меняется в зависимости от конструкции магнитопровода.

Как мотать обмотки проводом: 2 способа

Смонтировать обмотку с проводом вокруг сердечника можно двумя способами:

1. Намоткой витков прямо на изолированный лентами не разъемный магнитопровод с равномерной укладкой их вручную.
2. Созданием катушки с обмоткой и вставкой в нее разъемных пластин.

Первый способ более трудоемкий. Им пользуются для тороидальных магнитопроводов, выполненных из сплошных лент электротехнической стали.

Железо сердечника обматывают полосками изоляционного материала, например, лакотканью или бумагой, добиваясь сглаживания острых углов на профиле тора.

Для промышленных целей созданы специальные намоточные станки.

Для домашнего применения это затратный способ. Здесь поступают проще: длинный отрезок толстого провода сворачивают змейкой (порядка метра) и, продевая его через внутреннее окно сердечника, укладывают витки руками.

Тонкий провод удобнее разместить на челноке из дощечки или толстой проволоки и просовывать его внутрь отверстия.

Каждый слой обмотки покрывают слоем изоляции.

Второй способ применяют для разборных сердечников, собираемых стыковкой отдельных П- или Ш-образных пластин.

Под катушку делают каркас из изоляционного материала. Им может служить картон электротехнический, гетинакс, стеклотекстолит. Одна из форм показана ниже.

Во внутреннюю полость должны свободно входить пластины сердечника, а снаружи каркаса мотается провод. В верхней крышке с каждой стороны делают отверстия для вывода концов.

Мотать витки можно вручную или сделать простейший намоточный станок, значительно облегчающий эту работу.

Показываю два самодельных варианта его исполнения фотографиями ниже.

Такую конструкцию легко собрать из дощечек, придав ей форму перевернутой скамеечки. Счетчик числа оборотов, то есть количества витков, сейчас удобно делать из старого калькулятора.

Для этого вскрывают его корпус и к контактам кнопки «Равно» припаивают аккуратно проводки. Их вторые концы выводят на геркон, который закрепляют на стойке намоточного станка около оси вращения. Против нее на вращающейся части монтируют небольшой магнит.

Каждый оборот вала сопровождается прохождением магнита рядом с герконом и срабатыванием последнего. Замыкание контакта сопровождается показанием очередной цифры на табло.

Витки обмотки необходимо укладывать ровными рядами, как это делали в советское время, ценя качество работы, и прокладывать каждый слой изоляционной бумагой.

Часть самодельщиков практикует намотку «внавал», создавая общую массу без всякой дополнительной изоляции по принципу: и так работает.

Действительно: работает, но не длительное время. На многочисленных перегибах создаются узлы с дополнительными механическими усилиями. Динамические нагрузки от магнитных потоков, нагрев провода ослабляют изоляцию в этих точках.

Она пробивается со временем, создается межвитковое замыкание. Трансформатор утрачивает необходимые рабочие характеристики, выходит из строя.

Очень хорошо в качестве изоляции слоев подходит тонкая бумага для выпечки, выпускаемая для изготовления кулинарных изделий.

Из нее просто вырезают канцелярским ножом полоски по ширине проема катушки и прокладывают ими каждый слой.

Тонкий провод требует очень аккуратного обращения, он может порваться от небольшого случайного рывка. Если витков намотано мало, то его лучше заменить. Но, вполне допустимо зачистить изоляцию, скрутить и пропаять скрутку, а затем повторно ее заизолировать.

Когда место внутри катушки ограничено, то оборванный конец и его продолжение выводят за каркас и там делают соединение. Имеет смысл в этом случае посадить его на индивидуальную клемму: можно будет использовать в качестве отдельной отпайки для снятия части напряжения или проверок.

Силовые обмотки трансформаторов зарядных устройств, сварочных аппаратов могут подвергаться повышенным нагревам. Поэтому их изоляцию полезно усиливать пропиткой жидкого стекла. Это обычный силикатный клей, которым клеят бумагу.

Однако такая технология выполняется долго: каждый слой после пропитки необходимо просушить. Зато работать он будет надежно и долго. Поэтому так поступают только для самых ответственных устройств.

Обмотки, создаваемые по принципу внавал, можно усиливать пропиткой специальным лаком с электроизоляционными свойствами, например, марки МЛ-92. Пропитку наносят периодически в процессе работы на несколько слоев провода и дают ей возможность просохнуть.

Пользоваться нитролаком, клеями, эпоксидными шпаклевками не стоит. Они могут разъесть заводской слой изоляции и не подходят по линейному коэффициенту расширения при нагреве для меди: будут создаваться дополнительные механические нагрузки.

Пропитка витков после окончательной намотки катушки бесполезна: жидкий лак просто не проникнет вглубь обмотки.

Как монтировать пластины магнитопровода: на что обращать особое внимание

Вначале рекомендую взять в руки одну пластину и рассмотреть ее. Вы заметите с двух противоположных сторон разные цветовые оттенки. Это связано с изоляцией железа лаком. Бывает, что его наносят только с одной стороны.

Пластины надо вставлять так, чтобы слои лака постоянно чередовались, а не совпадали по окраске.

Особенности разборки сердечника

Электротехническая сталь мягкая, а в собранном сердечнике она плотно сжата. Часто для крепления используются клинья из стеклотекстолита, уплотняющие свободное пространство. Их при разборке следует вытащить или выбить.

Только после этого извлекают первую пластину. Если она плотно сидит и не достается, то ее вначале отделяют тонким лезвием ножа, а затем выбивают с помощью молотка и металлической плоской планки. Можно воспользоваться лезвием простой отвертки.

Особенности сборки сердечника

Основные пластины поочередно вставляют снизу и сверху катушки до полного заполнения ее внутреннего пространства. Затем к ним добавляют дополнительные вставки и сбивают на плоском твердом предмете легкими ударами молотка.

Необходимо добиться плотного прилегания всех стыков, чтобы исключить потери магнитного потока при его протекании по сердечнику.

В большинстве разборных магнитопроводов их конструкция стягивается крепежными болтами или винтами. Они должны быть надежно изолированы от пластин сердечника.

С этой целью достаточно вырезать из плотного картона плоские шайбы, а сами винты обернуть полосками бумаги.

Даже такая простая изоляция предотвратит потери электроэнергии на создание вихревых токов.

Все винты крепления следует хорошо прожать. Корпус трансформатора при работе подвергается действию динамических сил от протекающего по нему магнитного потока.

Плохо сжатый магнитопровод будет гудеть, издавать повышенные шумы, передавать дополнительные усилия на обмотку. Допускать этого нельзя. Сердечник должен быть собран очень плотно.

Электрические замеры: важный этап проверки работоспособности собранной конструкции по науке

Перемотка трансформатора должна обязательно закончиться оценкой его электрических характеристик. Необходимо проверить:

1. сопротивление изоляции;
2. параметры холостого хода:
3. работу под нагрузкой.

Сопротивление изоляции

Величину оценивают мегаомметром с напряжением 500-1000 вольт между:

• обмотками;
• обмотками и магнитопроводом;
• винтами крепления и сердечником.

Замер сопротивления мультиметром в режиме омметра может выявить только явно выраженные дефекты. Определить скрытые неисправности им не получится.

Оценка холостого хода

При включении питания на первичную обмотку с разомкнутыми выходными цепями проверяют коэффициент трансформации замером напряжения на силовой цепи и ток холостого хода в первичной обмотке.

Если выходное напряжение окажется ниже расчетного, то потребуется домотать витки во вторичную обмотку. Их количество поможет определить вычисленный коэффициент трансформации.

Его величина 100-150 миллиампер при пропорционально приложенной мощности для каждых 100 ватт считается допустимой. Если же ток будет больше, то изделие не должно длительно работать. Ему надо делать перерывы и контролировать нагрев.

Проверка под нагрузкой снятием вольтамперной характеристики

Потребуется собрать такую простенькую схему.

• к выходным цепям подключается рабочая нагрузка;
• на вход от источника переменного напряжения, например, лабораторного автотрансформатора подается регулируемое питание, контролируемое вольтметром. Ток в цепи оценивают амперметром;
• напряжение поэтапно поднимают от нуля до какой-то конкретной величины, не забывая размагничивать сердечник;
• на контрольных точках оценивают ток и напряжение в обмотке;
• по полученным данным строят вольтамперную характеристику и определяют точку перегиба ВАХ.

Такая проверка под нагрузкой позволит сделать окончательный вывод о качестве собранного трансформатора и дать заключение на его дальнейшую эксплуатацию.

Ее удобно выполнять на специализированном оборудовании, например, Ретом-11М.

Электрические проверки перемотанного трансформатора под нагрузкой должны выполняться до его включения в постоянную работу. Они позволят исключить все допущенные ошибки и выявить дефекты сборки.

Если у вас еще остались вопросы, как перемотать трансформатор своими руками, то рекомендую посмотреть видеоролик владельца Сделал Сам.

Напоминаю, что свои вопросы и замечания вы можете оставлять в разделе комментариев. Я на них всегда отвечаю.

Источник

Этапы проектирования трансформатора

Теперь, когда мы знаем основные элементы трансформатора, мы можем выполнить следующие шаги, чтобы спроектировать наш собственный трансформатор.

Шаг 1: Найдите правильный сердечник для желаемого результата. Выберите правильные сердечники, перечисленные в разделе выше.

Шаг 2: Выяснение количество оборотов для первичных и вторичных обмоток. Первичный и вторичный витки взаимосвязаны и зависят от других параметров. Формула конструкции трансформатора для расчета первичного и вторичного витков следующая:

Np – количество витков первичной обмотки, Ns – количество витков вторичной обмотки, Vmin – минимальное входное напряжение, Vds – напряжение сток-исток силового транзистора, Vo – выходное напряжение, Vd – выходное напряжение диодов прямого падения напряжения, Dmax – максимальная скважность. Следовательно, первичный и вторичный витки взаимосвязаны и характеризуются коэффициентом витков

Из приведенного выше расчета можно установить соотношение, и, таким образом, путем выбора вторичных витков можно определить первичные витки. Хорошей практикой является использование 1 витка на выходное напряжение вторичной обмотки

Следовательно, первичный и вторичный витки взаимосвязаны и характеризуются коэффициентом витков. Из приведенного выше расчета можно установить соотношение, и, таким образом, путем выбора вторичных витков можно определить первичные витки. Хорошей практикой является использование 1 витка на выходное напряжение вторичной обмотки.

Шаг 3: Следующим этапом является определение первичной индуктивности трансформатора. Это можно рассчитать по приведенной ниже формуле:

P0 – выходная мощность, z – коэффициент потерь, n – КПД, fs – частота переключения, Ip – пиковый первичный ток, KRP – пульсирующее отношение тока к пиковому значению.

Шаг 4: Следующий этап – выяснить эффективную индуктивность для нужного сердечника с зазором.

Lp – первичная индуктивность, Np – количество витков первичной обмотки.

Изображение выше показывает, что такое сердечник с зазором. Создание зазаора – это методика уменьшения значения первичной индуктивности сердечника до желаемого значения. Основные производители предоставляют сердечники с зазором для желаемого показателя эффективной индуктивности. Если такое значение недоступно, можно добавить проставки между сердечниками, чтобы получить желаемое значение.

Шаг 5: Следующий шаг – выяснить диаметр первичного и вторичного проводов. Диаметр провода для первичной обмотки в миллиметрах:

Где BWe — эффективная ширина бобины, а Np – число первичных витков.

Диаметр проводника для вторичной обмотки в миллиметрах составляет:

Ns – число витков вторичной обмотки, а M – запас с обеих сторон. Провода должны быть преобразованы в стандарт AWG или SWG.

Для вторичного проводника более 26 AWG не допускается из-за усиления скин-эффекта. В таком случае могут быть сформированы параллельные провода. При параллельной намотке проводов это означает, что для намотки вторичной стороны требуется более двух проводов, диаметр каждого провода может указывать на фактическое значение одного провода для облегчения намотки на вторичной стороне трансформатора. Вот почему вы можете увидеть некоторые трансформаторы, имеющие два провода на одной катушке.

digitrode.ru

Порядок проверки исправности

Для проверки исправности импульсного трансформатора используется аналоговый или цифровой мультиметр. Цифровое устройство обладает преимуществами, благодаря удобству применения. Его не нужно дополнительно подстраивать, достаточно убедиться в наличии питания и целостности проводов подключения.

Также читайте: Особенности и почему происходит замена совтоловых трансформаторов

Аналоговый мультиметр настраивается следующим образом:

• выбирается режим эксплуатации переключением в область минимальной величины сопротивления при измерении;
• провода вставляются в контакты прибора и соприкасаются друг с другом;
• специальной подстройкой стрелка выставляется на ноль;

Если совместить стрелку с нулём не получается, это говорит о проблемах с элементами питания, нуждающимися в замене.

Если трансформатор является составной частью некоторого аппарата, желательно отделить этот элемент от остальной конструкции, чтобы исключить воздействие сопутствующих помех при диагностике.

Проверка с помощью осцилографа:

Неисправность прибора может объясняться следующими проблемами:

• повреждённым сердечником;
• подгоревшими соединениями;
• нарушением изоляции проводов, вызывающим короткое замыкание обмотки;
• разрывом провода.

Кроме инструментальных измерений, необходимо обращать внимание на внешний вид аппарата. О неисправности может свидетельствовать подгоревшая обмотка, следы гари и соответствующий запах

Как правильно мотать

Перед тем, как начать мотать трансформатор следует помнить, что эта работа кропотливая, если работа будет производиться вручную. Все дело в том, что витки должны плотно прилегать друг другу. Наилучшим вариантом будет использование при помощи примитивного прибора, который можно сделать самостоятельно. Также нужно сказать, что наматывать провод нужно исключительно на основе расчетов. То есть, точное количество витков непосредственно в одном слое.

К примеру, можно использовать кальку. Зачастую обмотка составляет три слоя, и каждый из них должен быть изолирован друг от друга. По окончанию процесса намотки выводы проводки нужно качественно припаять.

Важно знать! Используемый изоляционный материал должен быть не только плотным, но важно чтобы он не имел повреждений. Обусловлено это тем, чтобы исключить вероятность замыкания

Выбор сердечника

Что касается выбора сердечника, то с целью экономии можно использовать старый. Если требуется использовать новый, то он должен быть изготовлен из соответствующего материала. К примеру, для персонального компьютера подойдут сердечники на основе аморфных магнитных сплавов.

Намотка первичной обмотки

Изначально нужно подготовить все соответствующие материалы. Это каркас трансформатора, провод требуемого диаметра и изоляционный материал. Начинать обмотку следует с самого края сердцевины, желательно наматывание осуществлять по часовой стрелке. Витки должны быть ровными и плотно прилегающими друг к другу. Не должно быть никаких зазоров. Не стоит забывать производить соответственную изоляцию между слоями.

Намотка вторичной обмотки

Вторичная намотка осуществляется по тому же принципу, что и первичная. По окончанию намотки непременно нужно оставить хвостик провода, который необходимо заизолировать. После требуется припаять его к соответствующим контактам.

Между первичным и вторичным слоем намотки следует сделать изолирование не менее чем из 4-5 слоев. Таким образом можно избежать пробоев и соответственно короткого замыкания в переделанном трансформаторе.

Назначение и действие импульсного трансформатора

Импульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов.

Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы. Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют.

При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации.

Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля.

Процессы трансформации импульсов

Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность работы данного вида трансформатора заключается в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одной полярности, содержащие постоянную составляющую тока.

Принцип действия импульсного преобразователя напряжения полностью идентичен работе любого другого трансформатора, то есть к обмотке первичной катушки индуктивности подается входное напряжение Uвх, которое в полном соответствии с законом электромагнитной индукции преобразовывается на обмотке вторичной катушки в напряжение выхода Uвых с измененными параметрами.

Коэффициент трансформации напряжения определяется соотношением витков намотки импульсного трансформатора для каждой катушки. Однако в отличие от обычных трансформаторов, работающих с синусоидальными гармониками стандартной частоты 50 Гц, на вход ИТ подаются импульсы длительность несколько десятков мкс, что соответствует частотам в пределах десятков кГц.

Простая схема электронного трансформатора.

Обычно это электромагнитные сигналы после выпрямления переменного сетевого тока по полумостовым, мостовым или другим схемам, используемым в электронных преобразователях напряжения.

Стоимость трансформатора

Цена на единицу продукции может колебаться от 50 до 700 рублей и выше, в зависимости от характеристик устройства. При покупке учитывается производитель изделия и размер приобретаемой партии. Наиболее дешево обойдётся продукция китайского производства, массово представленная на рынке.

Импульсные трансформаторы – устройства, без которых невозможно представить современную бытовую технику и промышленное производство. Эти аппараты обладают рядом преимуществ, по сравнению с аналогичным оборудованием, но в некоторых случаях сопутствующие недостатки не позволяют их использовать.

Изготовление импульсного трансформатора своими руками — Металлы, оборудование, инструкции

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Различные модели импульсных трансформаторов

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений.  В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой:  Р=1,3 х Рн.

Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

• Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
• S0 – площадь его окна (как наитии это  и предыдущее значение показано на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника

• Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
• f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина UI определяется выражением:

UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ– уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Как сделать импульсный блок питания своими руками?

Если нет желания устанавливать громоздкий трансформатор или создавать намотку, можно своими руками собрать блок питания импульсного типа, который требует трансформатора всего с несколькими витками.

При этом, потребуется небольшое количество деталей, а работу можно выполнить за 1 час. В данном случае, основой для блока питания используется микросхема IR2151.

Для работы понадобятся следующие материалы и детали:

1. PTC термистор любого типа.
2. Пара конденсаторов, которые выбираются с расчетом 1мкф. на 1 Вт. При создании конструкции подбираем конденсаторы так, чтобы они вытянули 220 Вт.
3. Диодная сборка типа «вертикалка».
4. Драйвера типа IR2152, IR2153, IR2153D.
5. Полевые транзисторы типа IRF740, IRF840. Можно выбрать и другие, если у них хороший показатель сопротивления.
6. Трансформатор можно взять из старых компьютерных системных блоков.
7. Диоды, устанавливаемые на выходе, рекомендуется брать из семейства HER.

Кроме этого, понадобятся следующие инструменты:

1. Паяльник и расходные материалы.
2. Отвертка и плоскогубцы.
3. Пинцет.

Также, не стоит забывать и о необходимости хорошего освещения на месте работы.

Расчеты

Рис. 1: принципиальная схема трансформатора Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P2 = 0,9 * P1

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P1

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U1, N2 = k*U2

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I1 = P1 / U1

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I2 = P2 / U2

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Как проверить устройство

После сборки ИТ, его проверяют. Методик, как проверить собранный собственноручно или приобретенный импульсный трансформатор, предостаточно. Для проверки собирают схемы с использованием частотных генераторов, осциллографов, мультиметров и других приборов, которые не только подтверждают работоспособность ИТ.

Они выполняют его тестирование в различных частотных диапазонах. В импульсном трансформаторе не допускается разомкнутое состояние вторичной обмотки, такой режим относится к категории небезопасных режимов.

Как проверить импульсный трансформатор.

Также должны иметь минимальную индуктивность рассеивания, динамическую емкость и сопротивление; быть достаточно прочными механически.

Он должен обладать виброустойчивостью и выдерживать воздействие значительных электродинамических сил, возникающих как в нормальном режиме работы, так и, особенно, при коротких замыканиях цепи нагрузки.

Требования высокой электрической прочности и минимальной индуктивности рассеяния взаимно противоречивы. Так как для увеличения электрической прочности необходимо увеличивать толщину и изоляции, в то время как для уменьшения индуктивности рассеяния требуется уменьшать толщину.

Как рассчитать импульсный трансформатор

«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 .

Каркас для трансформатора

Каркас трансформатора (или дросселя) нужен для изоляции обмоток от сердечника и для удержания в порядке обмоток, изоляционных прокладок и выводов. Поэтому он должен быть изготовлен из достаточно прочного изоляционного материала. Вместе с тем он должен выполняться из достаточно тонкого материала, для того чтобы не занимать много места в окне сердечника.

Обычно материалом для каркаса служат плотный картон (прессшпан), фибра, текстолит, гетинакс и т. п. В зависимости от размеров трансформатора или дросселя толщина листового материала для каркаса берется от 0,5 до 2,0 мм.

Для клейки картонного каркаса можно употреблять конторский универсальный клей или обычный столярный клей. Лучшим клеем, обладающим хорошей влагоустойчивостью, следует считать нитроклей (эмалит, геркулес). Гетинаксо-вые или текстолитовые каркасы обычно не склеиваются, а собираются «в замок».

Фиг. 6. Соразмерность каркаса и пластин сердечника. а — для разъемных пластин; б — для пластин с просечкой среднего керна.

По размерам сердечника определяются форма и размеры каркаса, после чего вычерчиваются, а затем нарезаются его детали. Если применяются трансформаторные пластины с просечкой среднего керна,то высоту каркаса делают на несколько миллиметров меньше высоты окна, чтобы без затруднений можно было вставлять пластины сердечника.

Во избежание ошибок размеры пластин сердечника нужно тщательно измерить (если они неизвестны) и начертить на бумаге эскиз с размерами отдельных частей каркаса

Особенно важно согласование отдельных частей каркаса при сборке его «в замок». Соотношения размеров каркаса и пластин сердечника для разного типа пластин даны на фиг

6.

Фиг. 7. Выкройка и склейка каркаса для трансформатора.

Обычный каркас для трансформатора можно изготовить так. Сначала вырезают щечки каркаса и выкраивают гильзу с отворотами на торцевых сторонах согласно фиг. 7. Сделав надрезы в местах сгиба, выкройку свертывают в коробочку, причем сторона 1 склеивается со стороной 5. После того обе щечки надеваются на гильзу.

Затем нужно отогнуть отвороты гильзы и, раздвинув щечки на края гильзы, приклеить отвороты к наружным плоскостям щечек. В углы на наружной стороне щечек можно вклеить кусочки того же картона, из которого изготовлялась гильза каркаса. Если клей достаточно прочен и надежен, то гильзу можно делать без отворотов, приклеивая щечки непосредственно на краях гильзы.

Фиг. 8. Детали сборного каркаса для трансформатора. а — ширина пластины сердечника, плюс зазор, плюс толщина материала деталей 3; б — толщина набора пластин сердечника плюс толщина деталей 2; в -толщина материала.

Более сложным в изготовлении является сборный каркас, но зато он обладает большой прочностью и не требует склеивания. Детали сборного каркаса изображены на фиг. 8.

Они изготовляются следующим образом. Размеры с эскиза путем разметки переносятся на лист материала (текстолита, гетинакса, фибры). Если материал не слишком толст, то детали вырезают ножницами.

Затем напильником пропиливают в них пазы. В щечках 1, после высверливания в них нескольких отверстий, выпиливают окна.

Фиг. 9. Сборка каркаса для катушек трансформатора в замок.

После этого, разложив детали на столе, производят подгонку сторон 2 и 3 гильзы так, чтобы при сборке каркаса сошлись все пропилы и выступы «замка». При разметке и изготовлении деталей 2 у одной из них можно «замочную» часть сделать значительно больших размеров (контуры показаны пунктиром на фиг.

для размещения на ней контактов или лепестков для подпайки выводов обмоток. Чтобы не спутать детали, их следует перед сборкой пронумеровать. Порядок сборки каркаса ясен из фиг. 9.

Сразу же после изготовления щечек лучше заранее насверлить в них «в запас» отверстия для выводов. При сборке каркаса или приклейке щечек необходимо учесть, с какой из сторон трансформатора (или с обеих) и на какой из сторон щечек будут сделаны выводы, чтобы правильно расположить стороны щечек, имеющие отверстия для выводов.

Надо обратить внимание на то, чтобы стороны щечек с отверстиями в случае квадратного сечения сердечника не оказались закрытыми пластинами сердечника. Готовый склеенный или собранный каркас нужно подготовить к намотке, для чего следует напильником скруглить углы гильзы и щечек, а также снять заусеницы

Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр

Готовый склеенный или собранный каркас нужно подготовить к намотке, для чего следует напильником скруглить углы гильзы и щечек, а также снять заусеницы. Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр.

Как перемотать трансформатор из блока питания ПК

Перед тем как начать перемотку трансформатора, его нужно разобрать. О простом методе разборки импульсного трансформатора из блока питания ПК можно прочитать тут.

Итак, разобрали трансформатор. Далее нужно нам разобраться для чего или подо что мы будем перематывать импульсный трансформатор.

Можно перемотать трансформатор для самого блока питания ПК, делается это для того, чтобы повысить выходное напряжение, при переделке БП ПК в регулируемый. В данном случае можно первичную обмотку оставить родной. Чаще всего, первичная обмотка импульсных трансформаторов из БП ПК разделена на две части. То есть, сначала мотается половина первичной обмотки, потом мотаются вторичные обмотки и сверху мотается вторая половина первичной обмотки. Так же, первичные полуобмотки могут иметь экран, в виде медной фольги.

Так вот, разматывая родные вторичные обмотки, можно посчитать количество витков, далее перемотать вторичную обмотку уже на несколько витков больше и восстановить верхнюю половину первичной обмотки. Тем самым мы сэкономим лакированный провод.

Лично я при переделке блоков питания ПК в регулируемый перематываю первичную и вторичную обмотки с нуля, пересчитывая их в программе Lite-CalcIT. При новом расчете следует учесть тот факт, что частота ШИМ у блоков питания ПК 30-36 кГц.

Приведу пример расчета и намотки импульсного трансформатора на сердечнике от БП ПК.

Скачиваем и запускаем программу Lite-CalcIT. Вбиваем нужные нам напряжения и диаметры обмоточных проводов. Также указываем схему преобразования и схему выпрямления. Частота преобразования в моем случае 50 кГц, если трансформатор рассчитывается для переделки БП ПК в регулируемый, то следует указать частоту преобразования 30 кГц, иначе из-за малого количества витков, сердечник войдет в насыщение и по первичной обмотке начнет протекать очень большой ток холостого хода.

Если рассчитывать трансформатор под переделку БП ПК, то ничего в программе менять не нужно, за исключением частоты (30 кГц), то есть будем иметь также две вторичных обмотки. Единственное, что изменится, это схема выпрямления, она будет однополярная со средней точкой.

Далее указываем габариты и другие параметры сердечника, добытого из БП ПК.

Ничего в расчете сложного нет. В ходе него я получил следующие параметры:

— Число витков первичной обмотки 38;

-Число витков вторичной обмотки 10+10 двумя жилами указанного провода.

Начинаем мотать транс.

38 Витков первичной обмотки в один слой не влезут на мой каркас, поэтому мотать буду в два слоя по 18 витков.

Подпаиваем к контакту провод и мотаем 18 витков, один к другому. Если смотреть на каркас сверху, то мотаю по часовой стрелке все обмотки.

Далее кладу слой изоляции. Изоляцию использую, какая есть, либо лавсановая пленка из ненужных обрезков витой пары, либо скотч.

После чего, не меняя направления, мотаем к основанию каркаса еще 18 витков, один к другому. Припаиваем контакт.

Кладем изоляцию. Все, первичка готова.

Пример намотки первичной обмотки на частоту 30 кГц.

По расчетам я получил количество витков первичной обмотки, равное 48. В первый слой я положил 35 витков.

Далее слой изоляции и остальные 13 витков, равномерно расположенных по всей длине каркаса.

Изолируем первичную обмотку от вторичной.

P.S. Если в один слой не влезает расчетное количество витков, то можно разделить на две равные половины, или мотать в один слой такое количество витков, которое влезет на всю длину каркаса. Остальное количество витков, которое не влезло, распределяем равномерно по всей длине каркаса сердечника.

Перечитал много статей, в том числе и ФАК уважаемого ресурса, но ничего не понимаю. Хочу разобраться с отвлеченной теорией намотки.

Имеем для определенности железный гвоздь AB.

1) можно мотать как в направлении AB, так и в направлении ВА.

2) более того, можно мотать по часовой стрелке по отношению к направлению, а можно против часовой.

Таким образом, понятие направления намотки становится довольно неочевидным для ламеров, учитывая то, что эффект наложения обмоток может быть не только положительным, но и отрицательным — обмотки могут вычитаться вследствие несогласованного направления и в сумме давать НУЛЬ!!!

В практических статьях описываются станки и приспособления, а это как бы все сабо самой разумеется, но мне непонятно нихрена!

Вот и возникают ламерские вопросы:

1) как перескакивать от слоя к слою в пределах катушки? Канкретно, промотал я от точки A в точку B скажем по часовой, а потом что?

2) намотав вторичную обмотку определенным образом, как намотать поверх первичную обмотку, чтобы было согласование направлений?

Прошу не бить слишком больно…

Да вот чисто опыт,потому как не окзалось нужного и витков по расчёту нужное количество а все одно лампа светила , что и сподвигло на раздумья что если диаметр меньше может ли сгореть еще будучи без нагрузки,как то так

То есть не надо было первоначальную мощность , вот и подумал а что если намотать меньше диаметр, но вот и намотал по расчетам и перепроверял уже рпз 5 но всегда при проверки горит лампа , и это что с первым что и со вторым .

1) Ш сердечник S 5.7 см.кв. 2) от сварки Ш 50 кв.см. Вот и на нем хотел переделать тоже , вместо 2мм в диаметре намотал по расчету меди 0,5 так опять же без нагрузки а оно все не хочет . Да и рачитывал и по книге и по ютюбу и по сайтам всегда одно и то же ,то есть где ошибка , только и думаеться что меньше диаметр вообще не идет не то что бы грелся.

Ну или чет я не догоняю и мотаю не столько сколько надо , тогда уж подкиньте пожалуйста порядок расчета , ну понятно упрощённый. Буду благодарен.