Намотка тороидального трансформатора своими руками

Намотка тороидального трансформатора своими руками

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

• Подготовка к проведению намотки
• Необходимые материалы
• Как ускорить рабочий процесс

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

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.

Рис. 1. Конструкция тороидального трансформатора

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.

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.

2 Электрический намоточный станок

Ручной намоточный станок не всегда в состоянии значительно облегчить работу по перемотке трансформаторов. Для того, чтобы сделать более совершенное устройство, следует обратиться к следующей информации, которая позволяет с использованием деталей матричного принтера создать более эффективную конструкцию.

Электрический станок для намотки трансформаторов, дросселей, катушек

Используя каркас принтера и многие его узлы и детали можно получить устройство со следующими особенностями:

• намоточный станок имеет небольшие размеры;
• его шпиндель плавно стартует и останавливается;
• наличие счетчика позволит избежать ошибок при подсчете витков;
• провод укладывается автоматически;
• возможность секционной намотки без перенастройки устройства;
• надежное закрепление каркасов, которые не имеют центрального отверстия.

Узлы и детали намоточного станка:

• катушка с проволокой (бобина подачи);
• механизм притормаживания вращения шпинделя;
• шаговый электродвигатель центровки бобины;
• направляющие (шариковая мебельная гарнитура);
• шторка оптических датчиков на механизме центровки бобины;
• ручка для перенаправления позиционера к другой секции (при секционной намотке);
• кнопки для ручного изменения направления укладки;
• светодиоды для контроля направления укладки;
• шаговый электродвигатель позиционера;
• шторки для оптических датчиков контролирующих границу намотки;
• регулировочный винт позиционера;
• катушка для намотки;
• электродвигатель намотки;
• счетчик количества витков;
• кнопки настройки устройства;
• оптический датчик синхронизации;
• регулятор скорости вращения.

Самодельный электрический станок для намотки трансформаторов

2.1 Назначение и принцип работы отдельных частей и узлов

Подающий узел — используется для установки в нем бобины с проводом с обеспечением нужной величины его натяжения при подаче. Состоит из приспособления для крепления бобин и системы притормаживания вращения вала.

Подтормаживание необходимо для обеспечения качественной намотки за счет натяжения подающегося провода.

Центровка подающей бобины необходима из-за небольших габаритов станка и выполняется при помощи центрирующего механизма, который работает следующим образом:

• провод, сматываемый с бобины, проходит через шторку, которая имеет форму вилки;
• шаговый двигатель, через редуктор с зубчатым ремнем, автоматически передвигает бобину по роликовым направляющим.

Позиционер — устройство, при помощи которого выставляются границы укладки провода. Шаговый электродвигатель перемещает укладчик до тех пор, пока шторка не перекроет один из контролирующих датчиков. Как только это происходит — направление укладки изменяется.

Укладчик — позволяет проводить перенастройку при намотке провода различного диаметра — от 0,2 до 0,4 мм.

Приемная катушка, на которую происходит намотка слоев

Приемный узел — вращение катушки, на которую наматывается провод, обеспечивается высокоскоростным электродвигателем, имеющим редуктор. Редуктор состоит из 3-х шестеренок с общим делением 18, что позволяет получить достаточный вращающий момент на небольших оборотах. Регулировка скорости вращения самого электродвигателя осуществляется за счет изменения величины подающегося к нему напряжения.

Конструкция крепления позволяет закреплять каркасы без наличия сквозного отверстия, за счет двух плоских пластин, которые сжимают их с обеих сторон.

Подобная конструкция не является догматической. Все элементы, детали, отдельные узлы, подбираются в соответствии с конкретными задачами и возможностями любителя поработать своими руками. Главная идея заключается в том, что при достаточном желании и некоторых принципиальных знаниях, каждому мастеру вполне под силу самостоятельно собрать намоточный станок для любого типа трансформаторов.
к меню ↑

2.2 Самодельный намоточный станок для трансформаторов (видео)

Размотка проволоки

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

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

Рисунок 5. Станок со шпильками.

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

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

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:

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.

Принцип работы

Самый просто тороидальный трансформатор состоит из двух обмоток на кольце и сердечнике из стали. Первичная обмотка подключается к источнику электрического тока, а вторичная – к потребителю электроэнергии. За счет магнитопровода осуществляется соединение отдельных обмоток между собой и усиления их индуктивной связи. При включении питания в первичной обмотке создается переменный магнитный поток. Сцепляясь с отдельными обмотками, этот поток создает в них электромагнитную силу, которая зависит от количества витков намотки. Если изменять число обмоток, то можно сделать трансформатор для преобразования любого напряжения.

Фото – Принцип действия

Также преобразователи такого типа бывают понижающими и повышающими. Тороидальный понижающий трансформатор имеет высокое напряжение на выводах вторичной обмотки и низкое на первичной. Повышающий наоборот. Помимо этого, обмотки могут быть высшего напряжения или низшего, в зависимости от характеристик сети.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

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

Расчет сердечника

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

«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.»

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.

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.

Инструменты для намотки трансформатора

Прежде всего следует подумать о том, чтобы облегчить себе работу с помощью различных приспособлений. При заводском производстве трансформаторов они изготавливаются, разумеется, при помощи особых станков, а не вручную.

Едва ли любителю имеет смысл думать о станке, но простые устройства для облегчения работы наверняка себя оправдают.

Простейший вариант – две стойки, прикрепленные к деревянной доске, и металлический прут между ними, с одной стороны изогнутый в форме рукоятки. Внешне что-то вроде вертела. Прут продет сквозь отверстия в стойках, толщиной обычно не более 1 см. Ось «вертела» должна быть продета сквозь каркас будущего трансформатора (на его изготовлении мы не останавливаемся, так как его тип и особенности зависят от предполагаемой функции прибора). Обычно для этого используют деревянную колодку с отверстием для оси и по размерам подходящей к каркасу.

Схема станка для намотки трансформаторов.

При наличии ручной дрели задача упрощается. Дрель надежно крепится параллельно столу (можно просто зажать в тиски) таким образом, чтобы рукоять ее могла крутиться свободно. В патрон дрели вставляется металлический прут с насаженной на него колодкой, на которой закреплен каркас трансформатора. В идеале прут должен быть с резьбой, тогда колодку можно легко зафиксировать, просто зажав ее с двух сторон гайками. В некоторых случаях удается вовсе обойтись без колодки, зажимая каркас либо самими гайками, либо деревянными дощечками или текстолитовыми пластинками.

Можно использовать в качестве механизма для намотки телефонный индуктор, станок для текстильных шпулей, устройство для перемотки кинопленки и другие подобные механизмы. Ключевой момент – «мягкий», без рывков, ход процесса.

Кроме того, вам понадобится и приспособление для размотки (особенно в том случае, если вы используете в качестве источника провода старый трансформатор). Ход его тоже должен быть равномерным, чтобы не усложнять процесс наматывания нового трансформатора, а также не повреждать изоляцию провода. Обычно разматывающее устройство изготавливается по аналогии с наматывающим, но ручка для вращения необязательна.

Полезным может оказаться и дополнительное устройство для счета числа витков. Можно обойтись устным счетом, когда считается каждый виток (или пара витков), а каждая сотня отмечается на бумаге. Если используется станок с шестеренчатой передачей, не следует забывать о коэффициенте передачи.

Однако можно применить и какой-нибудь прибор. Подойдут водяной счетчик, электросчетчик, спидометр для велосипеда. Счетчик соединяют со станком для намотки с помощью гибкого валика (резиновая трубка с достаточно толстыми стенками) или шестеренок.

Обзор цен

Купить тороидальный трансформатор HBL-200 можно практически в любом городе. На фото ниже вы сможете увидеть стоимость преобразователя:

Надеемся, что наша информация будет полезной и вы сможете правильно выполнить намотку тороидального трансформатора. Как видите, намотка тороидального трансформатора не занимает много времени.