Опубликовано

Латр

Содержание

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 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.

На ее основе:

  • 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.

Изготовление тороидального трансформатора своими руками

Трансформатор переводится с латинского как «превращатель», «преобразователь». Это электромагнитное устройство статического типа, предназначенное для преобразования переменного напряжения или электрического тока. Основу любого трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, который иногда называют сердечником. На сердечник наматываются обмотки, которых может быть 2−3 и более в зависимости от вида трансформатора. Когда на первичной обмотке возникает переменное напряжение, внутри сердечника возбуждается магнитный ток. Он, в свою очередь, вызывает на остальных обмотках токовое переменное напряжение с точно такой же частотой.

Обмотки различаются между собой количеством витков, что определяет коэффициент изменения величины напряжения. Иными словами, если вторичная обмотка имеет в своём составе в два раза меньше витков, то на ней возникает переменное напряжение по величине в два раза меньшее, чем на обмотке первичной. Но мощность тока при этом не меняется. Это делает возможным работу с токами большой силы при относительно небольшом напряжении.

Виды трансформаторов

В зависимости от формы магнитопровода различают три вида трансформаторов:

  • Броневой. Имеет квадратную форму с двумя боковыми, одним центральным и двумя поперечными стержнями. При этом эффективно используется только центральный стержень. Именно на него надевается обмотка. Поэтому КПД данного устройства не очень высокое. Образует два витка магнитного поля. Данный трансформатор рассчитан на большие нагрузки. Этим объясняется его очень большой вес.
  • Стержневой. В каком-то смысле похож на первый вид. По форме это половинка от броневого магнитопровода. Имеет в своём составе два боковых сердечника и два поперечных. Магнитное поле одновитковое, и, как следствие, мощность у него меньше. КПД у такого трансформатора составляет 40%.
  • Тороидальный. Своё название получил за счёт оригинальной формы. В математике существует такое понятие, как тороидальная поверхность. Если говорить проще — это объёмный круг или форма бублика. Благодаря такой форме магнитопровода тороидальные трансформаторы имеют самый высокий уровень КПД, приближающийся к 100%. Поэтому такие трансформаторы всегда имеют меньшие размеры при одинаковой мощности, по сравнению с другими видами. Ввиду того, что обмотки равномерно распределяются по всей площади сердечника, происходит более эффективное охлаждение витков. Что, в свою очередь, позволяет максимально нагружать такие устройства без возникновения опасности перегрева.

Тороидальный трансформатор своими руками

Тороидальный трансформатор, или просто тор, чаще всего изготавливают в домашних условиях в качестве главной детали для домашнего сварочного аппарата и не только. По сути, это самый распространённый вариант трансформатора, впервые изготовленный ещё Фарадеем в 1831 году.

Преимущества и недостатки тора

Тор обладает несомненными достоинствами по сравнению с другими видами:

  • Относительно небольшие размеры.
  • Очень сильный выходной сигнал.
  • Обмотки имеют маленькую длину, и, как следствие, эти устройства характеризуются небольшим сопротивлением и очень высоким КПД.
  • Благодаря своей форме легко устанавливаются и также легко демонтируются в случае необходимости.

Простейший тор состоит из двух обмоток на своём кольцевидном сердечнике. Первичная обмотка соединяется с источником электрического тока, вторичная идёт к потребителю электроэнергии. Посредством магнитопровода происходит объединение обмоток и усиление их индукции. Когда включается питание, в обмотке первичной возникает переменный магнитный поток. Соединяясь со вторичной обмоткой, этот поток порождает в ней электромагнитную силу. Величина этой силы зависит от количества намотанных витков. Изменяя число витков, можно преобразовывать любое напряжение.

Расчет мощности тороидального трансформатора

Изготовление сварочного тороидального трансформатора в домашних условиях начинается с расчёта его мощности. Основным параметром будущего тора является ток, который будет подаваться на сварочные электроды. Чаще всего для бытовых нужд вполне достаточно электродов диаметром 2−5 мм. Соответственно, для таких электродов мощность тока должна быть в пределах 110−140 А.

Мощность будущего трансформатора рассчитывается по следующей формуле:

P=U*I*cosf/n

U — напряжение холостого хода

I — сила тока

cos f — коэффициент мощности, равный 0.8

n — коэффициент полезного действия, равный 0.7

Далее расчётная величина мощности с помощью соответствующей таблицы сверяется с размером площади сечения сердечника. Для домашних сварочных трансформаторов это значение, как правило, равно 20−70 кв. см в зависимости от конкретной модели.

После этого с помощью следующей таблицы подбирается количество витков провода по отношению к площади сечения сердечника. Закономерность простая: чем больше площадь сечения магнитопровода, тем меньшее количество витков наматывается на катушку. Непосредственное количество витков вычисляется по следующей формуле:

N=4960*U/(S*I)

U — напряжение тока на первичной обмотке.

I — ток вторичной обмотки, или сварочный ток.

S — площадь сечения магнитопровода.

Количество витков на вторичной обмотке вычисляется по следующей формуле:

U1/U2=N1/N2

Тороидальный сердечник

Тороидальные трансформаторы имеют достаточно сложный сердечник. Лучше всего его изготавливать из специальной трансформаторной стали (сплав железа с кремнием) в виде стальной ленты. Лента предварительно свёртывается в габаритный рулон. Такой рулон, по сути, уже имеет форму тора.

Где взять готовый сердечник? Неплохой тороидальный сердечник можно обнаружить на старом лабораторном автотрансформаторе. В этом случае будет необходимо размотать старые обмотки и намотать новые на уже готовый сердечник. Перемотка трансформатора своими руками ничем не отличается от намотки нового трансформатора.

Особенности намотки тора

Первичная обмотка осуществляется медным проводом в стеклотканевой или хлопчатобумажной изоляции. Ни в коем случае нельзя использовать провода в резиновой изоляции. Для силы тока на первичной обмотке в 25 А наматывающийся провод должен иметь сечение 5−7 мм. На вторичной необходимо использовать провод значительно большего сечения — 30−40 мм. Это необходимо ввиду того, что на вторичной обмотке будет протекать ток значительно большей силы — 120−150 А. В обоих случаях изоляция провода должна быть термостойкой.

Для того чтобы правильно перемотать и собрать самодельный трансформатор, необходимо понимать некоторые детали процесса его работы. Нужно грамотно осуществлять намотку проводов. Первичная обмотка производится с помощью провода меньшего сечения, а количество самих витков здесь значительно больше, это приводит к тому, что первичная обмотка испытывает очень большие нагрузки и, как следствие, может очень сильно греться в процессе работы. Поэтому укладка первичной обмотки должна производиться особенно тщательно.

В процессе намотки каждый намотанный слой необходимо изолировать. Для этого используют либо специальную лакоткань, либо строительный скотч. Предварительно изоляционный материал нарезается на полоски шириной 1−2 см. Изоляцию укладывают таким образом, что внутренняя часть обмотки покрывается двойным слоем, а внешняя, соответственно, одним слоем. После этого весь изоляционный слой обмазывается толстым слоем клея ПВА. Клей в этом случае несёт двойную функцию. Он укрепляет изоляцию, превращая её в единый монолит, а также значительно уменьшает звук гудения трансформатора во время работы.

Приспособления для намотки

Намотка тора — сложный процесс, занимающий много времени. Для того чтобы как-то его облегчить, используют специальные приспособления для намотки.

  • Так называемый вилочный челнок. Предварительно на него наматывается необходимое количество провода, и затем посредством челночных движений производят последовательную намотку провода на сердечник трансформатора. Этот способ годится лишь в том случае, если наматываемый провод достаточно тонок и гибок, а внутренний диаметр тора настолько велик, что позволяет свободно протаскивать челнок. При этом намотка происходит достаточно медленно, поэтому если необходимо намотать большое количество витков, то придётся потратить на это очень много времени.
  • Второй способ более продвинутый и требует для своего осуществления специального оборудования. Но зато с его помощью можно намотать трансформатор практически любого размера и с очень большой скоростью. При этом качество намотки будет очень высоким. Приспособление называется «размыкаемый обод». Суть процесса состоит в следующем: намоточный обод аппарата вставляется в отверстие тора. После этого намоточный обод замыкается в единое кольцо. Затем на него наматывается необходимое количество обмоточной проволоки. И в заключение намоточный провод сматывается с обода аппарата на катушку тора. Такой станок можно изготовить в домашних условиях. Его чертежи находятся в свободном доступе в Интернете.

ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор)

Что такое ЛАТР

Помните, мы как-то с вами рассматривали блок питания и даже делали его сами. Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то значения, которое, конечно же, зависит от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус – он нам выдает только постоянное напряжение.

Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение. И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор или сокращенно ЛАТР. Что это за вещь и с чем ее едят?

ЛАТР – это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.

Виды ЛАТРов

ЛАТРы бывают:

однофазные

и трехфазные

Трехфазный ЛАТР – это три однофазных ЛАТРа, запиханные в один корпус.

Описание ЛАТРа РЕСАНТА

Давайте рассмотрим однофазный ЛАТР латвийского производства РЕСАНТА (читается по-русски) марки TDGC2-0.5 kVA.

Сверху наш ЛАТР выглядит вот так:

Мы видим крутилку, с помощью которой можем выставлять нужное нам напряжение.

На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из розетки 220 Вольт, ну а с клемм справа выводим нужное нам напряжение, покрутив крутилку в нужном направлении ;-).

Работа ЛАТРа на практике

Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к клеммам справа.

Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим крутилку, пока не заметим слабое свечение лампочки.

Смотрим на шкалу крутилки. 35 Вольт!

А вы знаете, что в США в розетке 110 Вольт? Интересно, как бы светилась наша лампочка в США? Выставляем 110 Вольт.

Светится, как говорится, в пол накала.

А вот теперь посмотрите, как она светится при 220 Вольтах

Дальше повышать напряжение нет смысла. Лампочку жалко.

Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без мультиметра. Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения

Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью крутилки ЛАТРа нужное напряжение

Техника безопасности при работе с ЛАТРом

Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки. Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:

В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.

Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа, то можно увидеть, что клемма “Х” и “х” (те, которые два нижних) связаны между собой простым проводом:

То есть если на клемме “Х” фаза, то и на клемме “х” тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке, чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!

В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой – вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход “х” ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень сильно, так как через меня прошли бы полноценные 220 Вольт.

Разделительный трансформатор и ЛАТР

Есть также более безопасные виды ЛАТРов. В своем составе они имеют развязывающий трансформатор. Схема такого ЛАТРа выглядит примерно вот так:

Как мы видим, фазный провод изолирован от выходных клемм такого ЛАТРа, благодаря трансформатору, принцип работы которого вы можете прочитать в этой статье. В этом случае нас может тряхануть, если мы на выходе ЛАТРа с помощью крутилки выставим высокое напряжение и возьмемся сразу за два выходных провода ЛАТРа.

Заключение

ЛАТР – прибор очень полезный. Я бы посоветовал начинающему электронщику ЛАТР на 500 ВА. Такие ЛАТРы очень компактные и удобные. Работает ЛАТР по принципу трансформатора. Чем меньше витков во вторичной обмотке, тем меньше напряжение на выходе. Когда мы крутим крутилку, мы добавляем витки, а следовательно и напряжение. Принцип работы трансформатора подробно рассмотрен в этой статейке. Думаю, говорить про применение ЛАТРа нет смысла, так как он используется везде, где надо понизить переменное напряжения или даже чуточку его повысить.

Где купить ЛАТР

ЛАТР выгоднее всего купить либо в ближайшем радиомагазине, либо все-таки заказать в российском интернет-магазине, так как тяжелые товары из Китая обойдутся дороже. Можете присмотреть по .

Журнал Радио 3 номер 1946 год. Автотрансформаторы

А. Т. Ярмат

Перегрузка осветительных сетей часто приводит к чрезмерному падению напряжения. Все электроприборы при этом работают значительно хуже обычного, а радиоприемники иногда вообще перестают работать. Вполне понятно, что радиолюбители заботятся о том, чтобы обеспечить нормальный режим питания своего приемника.

Самое правильное и простое решение вопроса — повысить напряжение посредством трансформирования. Остается выяснить, каким образом это лучше сделать.

ПРЕИМУЩЕСТВА АВТОТРАНСФОРМАТОРА

Рис. 1. Трансформатор и
автотрансформатор

Всякие трансформаторы, в том числе и силовые, достаточно знакомы радиолюбителям. Но применять обычный трансформатор в данном случае нецелесообразно, значительно выгоднее воспользоваться автотрансформатором. Чтобы убедиться в этом, сравним их между собой.

В целях упрощения пренебрежем потерями мощности, падением напряжения и током холостого хода. Условимся также, что нагрузкой является активное сопротивление.

Положим, что напряжение в сети равно U1 вольт; мы хотим повысить его до величины U2 вольт и при этом получать мощность Р ватт. Тогда, как известно:

P = U2I1 = U1I2
Здесь I, — ток, потребляемый трансформатором из сети, I2 — ток, отдаваемый трансформатором нагрузке. Оба тока мы можем определить из уравнений:

Если мы остановимся на трансформаторе, то мы должны будем поместить на нем две обмотки (рис. 1а). Число витков должно соответствовать напряжениям U1 и U2. а сечения проводов обмоток должны быть рассчитаны на

токи I1 и I2
Автотрансформатор имеет только одну обмотку (рис. 16); повышенное напряжение снимается со всей обмотки, а к сети присоединяется только часть ее. В этой части обмотки, как видно на рис. 16, токи I1 и I2 направлены навстречу друг другу, поэтому действительная сила тока I3 равна разности между I1 и I2 т. е.
I3 = I1 — I2

Ясно, что эта разность всегда меньше чем I1 соответственно может быть уменьшено и сечение провода в этой части обмотки

Мы можем представить себе, что автотрансформатор получается из трансформатора посредством следующих изменений (рис. 1в).


Рис.2. Распределение отводов от обмотки трансформатора

Ту часть вторичной обмотки, в которой создавалось напряжение, равное напряжению сети, мы удаляем. На рис. 1в эта часть обмотки показана пунктиром. Оставшуюся часть вторичной обмотки присоединяем к первичной. Кроме того, в первичной обмотке уменьшаем сечение провода, так как ток в этой части обмотки уменьшается. В результате мы получили автотрансформатор с такими же электрическими данными что и тот трансформаторов котором мы произвели все эти изменения. Но у автотрансформатора оказалось меньше витков и провод стал тоньше, а поэтому мы можем уменьшить его размеры. Следовательно, сделать его легче и обойдется он дешевле.

Необходимо иметь в виду, что эти преимущества автотрансформатора сказываются тем

сильнее, чем ближе отношение — к единице.

Поэтому он особенно выгоден для небольшого повышения напряжения, как, например, при питании приемника от сети. Расчет. Примем следующие обозначения:

S — площадь сечения среднего стержня железного сердечника, т. е. произведение ширины стержня на толщину пакета железа. Размеры в сантиметрах;

F — площадь окна сердечника (отверстия в железе, сквозь которое проходят витки обмотки). Размеры — в сантиметрах.
Umin — наименьшее напряжение сети, па которое рассчитывается автотрансформатор;
n0 — число витков обмотки, приходящееся на один вольт;
В — магнитная индукция в среднем стержне сердечника.

Цель расчета — найти такие основные размеры автотрансформатора, при которых были бы выполнены следующие требования.

Первое — обмотка должна поместиться на сердечнике. Для этого нужно соблюсти условие:

Второе — каждая часть обмотки должна давать соответствующее напряжение. Если мы определим n0 по формуле: то необходимое число витков в каждой части помучим, помножив n,) на нужное напряжение, т.е.

n = n0U.

Рис. 3. Разрез катушки
трансформатора

Для-трансформаторного железа индукцию В следует брать от 10 000 до 12 000.

Третье требование — обмотка не должна перегреваться выше допустимого предела. Для этого нужно, чтобы плотность тока в проводе была не больше 2 — 2,5 А на квадратный миллиметр его сечения.

Следует иметь в виду, что рекомендованные, здесь значения индукции и плотности тока относятся только к данному частному случаю. Такой упрощенный расчет вполне достаточен для того, чтобы сделать удовлетворительно действующий автотрансформатор. Некоторые практические дополнения к расчету даются в приводимом примере.

Пример расчета. Произведем расчет такого автотрансформатора, который по своим данным в наибольшей степени соответствовал бы основным нуждам радиолюбителя. Зададимся мощностью в 100 W, она достаточна для питания радиоприемника средней мощности (50—60 W) и электропаяльника или настольной лампы 40 W). Примем, что напряжение должно повышаться до 120 V и что напряжение в сети может меняться от 120 до 60 V. Более низкое напряжение маловероятно. Для того чтобы при разных напряжениях сети получать от автотрансформатора одно и то же напряжение, предусмотрим в его обмотке соответствующие отводы. Точность регулировки примем ±1 V

Хотя эта точность высока, мы все же сможем получить ее без особого усложнения обмотки. Итак, исходные данные для расчета будут следующие:

Определим необходимую величину произведения

Возьмем сердечник силового трансформатора от радиоприемника 6Н-1. Этот сердечник радиолюбителю, повидимому, легче достать, чем какой-нибудь другой.

Сечение стержня:

Площадь окна: Произведение: т. е. немного больше, чем нам нужно. Это значит что мы сможем несколько свободнее расположить обмотку, поэтому считаем, что сердечник подойдет. Зная S, мы можем определить n0: Округляя, примем n0 = 4. Следовательно, вся обмотка должна состоять из: Найдем токи в обмотке. Возьмем самый невыгодный случай, когда автотрансформатор дает наибольшее повышение напряжения, т. е. U1 = 60 V: В данном случае оказалось, что все части обмотки надо рассчитывать на один и тот же ток 0,83 А. При плотности тока 2 А на mm2

О 83 нужен провод сечением . Это сечение имеет провод диамекром 0,72 mm. Ближайшие по диаметру изготовляемые провода — 0.69 и 0,74; мы можем взять любой из них. Провод должен быть с эмалевой изоляцией, марки ПЭ или ПЭЛ.

Намотку следует производить правильными рядами. Между слоями нужно прокладывать слой писчей бумаги. Необходимо внимательно следить, чтобы на краях катушки отдельные витки не западали под бумажную прокладку.

Проверим, поместится ли обмотка на сердечнике. Провод ПЭ 0,74 может иметь толщину с изоляцией до 0,8 mm. В слое уложится 40 витков, следовательно, получится 12 слоев. Считая, что толщина бумаги 0,1 mm, мы получим общую толщину слоя 0,9 mm. a 12 слоев — 10,8 mm. Если толщина изолирующей гильзы насердечнике будет 2 mm, то из всей ширины окна 16 mm мы займем обмоткой 12,8 mm, следовательно, обмотка поместится.

Трансформатор приемника 6Н-1 имеет бескаркасную обмотку. Без приспособлений и надлежащего навыка такую обмотку сделать трудно, поэтому практичнее изготовить для нее каркас.

Отводы для регулировки напряжения сделаем по следующей схеме (рис. 2). В начале обмотки отводы делаются в конце 1, 2, 3, 4, и 5-го слоев. Затем укладываются 240 витков без отводов. От последнего слоя делаются 5 отводов через каждые 8 витков.

Ha рис. 3 изображены слои катушки в разрезе в показано расположение отводов. Все они находятся у наружных концов рядов намотки, что очень удобно, так как отводы не занимают места внутри катушки и тем самым упрощают ее изготовление. Но такое расположение отводов не всегда удается получить и поэтому не следует смущаться, если при конструировании какого-либо другого автотрансформатора отводы придется выводить изнутри катушки.

Как показано на рис. 2, каждой внутренней секции соответствует напряжение 10 V, а наружной — 2 V. В зависимости от напряжения сети автотрансформатор присоединяется к ней различными точками обмотки. Например, при 60 V — точками 5 и 6, при 84 V — 3 и 8 и т. д. Во всех случаях мы получим между началом и концом обмотки (точками Н и К) 120 V.

При напряжении сети, например, 73 V мы можем подвести его к точкам 4 и 7 или 4 и 8. В обоих случаях мы получим отклонение от расчетных значений по первичному напряжению не больше 1 V.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

Рис. 4. Переключение при помощи
вилок, с соединенными
накоротко ножками

Для быстрого и удобного перехода с одной степени напряжения на другую нужны два переключателя, которые должны давать возможность присоединять провода сети к разным точкам обмотки. Каждый переключатель должен быть однополюсным на 6 направлений. Он может быть сделан, например, из штепсельной вилки и гнезд. Такой переключатель схематически показан на рис. 4. Переключение в нем достигается перестановкой вилок в разные гнезда. Штырьки внутри вилки должны быть соединены накоротко.

Может быть также применен переключатель с ползунком. Очень важно, чтобы при переключении ползунок не замыкал между собой соседние контакты, иначе будет происходить короткое замыкание секции и автотрансформатор может сгореть. Чтобы избежать этого, нужно между каждыми двумя соседними контактами поместить один холостой.

Рассчитанный нами автотрансформатор является не только примерным. Полученных данных достаточно для того, чтобы по ним изготовить простой и удобный автотрансформатор. Он окажется полезным предметом в хозяйстве радиолюбителя.

Вернуться к содержанию журнала «Радио» 3 номер 1946 год

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *