Как намотать тороидальный трансформатор своими руками

7

Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор

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

Конструкция и принцип работы

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

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

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

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

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

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

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

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

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

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

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

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

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

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

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

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

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

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

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

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

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

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

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

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

Токовый трансформаторный прибор

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

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

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

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

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

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

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

Самостоятельное изготовление

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

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

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

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

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

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

Намоточный станок своими руками

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

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

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

Намотка тороидального трансформатора для УМЗЧ

Основным элементом блока питания является трансформатор. Иногда его можно приобрести в специализированных магазинах, на радиорынке либо через интернет. Но чаще всего трансформатор с необходимыми параметрами купить не удается. Для изготовления трансформатора самостоятельно вначале нужно определиться с типом железа. Наиболее распространены трансформаторы из Ш-образных пластин. Вместе с тем, трансформаторы на тороидальном железе (бублик из железной ленты) в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин имеют меньший вес и габариты. Также торы отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД. При равномерном распределении обмоток по периметру тороидального сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформатора. Хотя при построении качественного усилителя экраном пренебрегать не стоит.

Кроме этого, даже на самом лучшем железе при индукции 15000 Гс в тороидальном трансформаторе ток намагничивания имеет форму импульсов с пикфактором 5. 50. Это является источником мощных помех с довольно широким спектром. Более-менее синусоидальным ток х.х. становится при индукции менее 6000 Гс для стали 3410 и 8000. 9000 Гс для 3425. Пониженная индукция заметно удорожает и утяжеляет трансформатор, что для серийной аппаратуры крайне нежелательно. Однако, для снижения помех в усилителе мощности звуковой частоты имеет смысл идти на снижение индукции в трансформаторе блока питания.

Для расчета параметров тороидального трансформатора очень удобно пользоваться калькулятором. Он позволяет быстро посчитать параметры трансформатора, имея в наличии готовый тор. Для Hi-End УМЗЧ рекомендуется индукцию в сердечнике из российского (советского) железа не выбирать более 1,0 Тл. Для импортного железа (тор из старого ИБП) допустимо 1,2 Тл. В таком случае будет получена низкая магнитная наводка и минимальный акустический шум от трансформатора.

Перед намоткой тороидального трансформатора необходимо подготовить выбранный сердечник: вначале снять фаску полукруглым напильником со всех острых краев бублика, затем по торцу тора обвести карандашом и вырезать из плотной бумаги (открытки) щечки, приклеить щечки на боковинки тора, обклеить внешнюю и внутреннюю сторону сердечника обычной бумагой. Возможны другие варианты изоляции сердечника. Главное предотвратить возможное замыкание первичной обмотки на сердечник трансформатора в результате возможного продавливания изоляции и повреждения лака обмоточного провода на острых краях тора при намотке.

Для намотки тороидального трансформатора я использую челнок из дерева или текстолита на концах которого делаю вырезы в виде ласточкиного хвоста. Челнок легко изготовить из деревянной ученической линейки длиной 20 – 30 см. А чтобы она не треснула вдоль при намотке на нее моточного провода «ласточкин хвост» укрепляется бумажным скотчем (3 – 4 витка в поперек). При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить широко распространенный моточный провод ПЭВ-2 или ПЭТВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06-0,12 мм или батистовая лента, я же использовал фторопластовую пленку.

После намотки расчетного количества витков первичной обмотки желательно измерить ток холостого хода трансформатора. Для этого подключаем тестер последовательно с первичной обмоткой в режиме амперметра. Для избегания всяких ЧП последовательно с первичкой можно включить лампочку на 220 В и мощностью 40 Вт. Лампочка будет гореть если число витков мало. Если транс намотан правильно, то нить накала должна иметь розовый оттенок. Тороидальный трансформатор имеет большие пусковые токи, в момент запуска перегрузки могут достигать 160 раз. Поэтому запуск трансформатора необходимо делать не через тестер, а при помощи «перемычки», которая потом размыкается и ток начинает течь через тестер.

Для измерения тока холостого хода я использую следующую схему:

Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включаю резистор номиналом 10 Ом, подаю напряжение сети и замеряю на нем падение напряжения. Соответственно ток холостого хода равен I=U/R. В моем случае 0,045 В / 10 Ом = 0,0045 А. или 4,5 мА.

Норма тока холостого хода для каждого трансформатора индивидуальна и обычно не превышает 50 мА при напряжении 220 В. Здесь основное правило — «Чем ниже ток х.х., тем лучше», тем форма тока холостого хода больше похожа на синус.

Для тороида в блоке питания УМЗЧ ток х.х.:

• 20-30 мА — «удовлетворительно»,
• 10-20 — «хорошо»,
• меньше 10 мА — «отлично».

Для вычисления количества витков первичной обмотки любым подручным проводом (в моем случае мгтф) наматываю вторичную обмотку, подав сетевое напряжение на первичную обмотку замеряю напряжение на вторичной обмотке.

У меня на 4 витках вторички тестер показывает 0,581 В. Соответственно количество витков первичной обмотки будет равно: U сети х N вторички / U вторички. На момент измерений в сети было 230 В. В цифрах получаем: 230 В х 4 витка / 0,581 В = 1583 витка.

Еще пару слов о намотке трансформатора. В целях максимального уменьшения помех, излучаемых тороидальным трансформатором, необходимо равномерно заполнять моточным проводом каждый слой обмоток. Если первую половину обмотки вы укладывали витки вправо, то вторую половину обмотки витки необходимо укладывать влево, не меняя при этом направление укладки самих витков вокруг сердечника. Если необходимо намотать две одинаковые обмотки (характерно для УМЗЧ) на шпулю сматвается двойной провод, а затем со шпули укладываются витки двух вторичек одновременно, как показано на фото.

В моем случае три слоя первички уложены в одну сторону, и еще три слоя в другую. Выводы первички сделаны как можно ближе друг к другу. Две вторички намотаны аналогично, два слоя укладывались в одну сторону и еще 2 слоя в другую. С соблюдением данных правил мною был изготовлен тороидальный трансформатор мощностью 120 Ват для усилителя Василича с N-канальным выходным каскадом Алексея Никитина, обеспечивший минимальные наводки на входные цепи УМЗЧ.

Буду рад если мой опыт изготовления тороидальных трансформатором будет полезен Вам.

Способ намотки тороидального трансформатора

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.

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.

Конструкция и принцип работы

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

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

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

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

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

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

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

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

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

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Намотка тороидального трансформатора

Изготовление тороидального трансформатора может выполнить, даже молодой электрик. Намотка не представляет ничего сложного. Вот инструкция, которая поможет узнать, как правильно мотать тороидальный магнитопровод для полуавтомата:

• Для намотки трансформатора на ферритовом сердечнике, вам необходимо использовать специальный станок. Он позволяет значительно ускорить работу и при этом вы легко сможете уменьшить вероятность соскока железа. Его можно выполнить по типу зажима для накрутки провода.
• Латры, которые нужны для намотки должны иметь одинаковые размеры. При наматывании вам необходимо следить, чтобы между витками не было свободного места. Если силовой трансформатор будет иметь небольшие щели, тогда их можно заполнить железными листами от другого трансформатора.

• После намотки железа необходимо приварить специальные выводы. Чтобы приварить изделие будет достаточно 2 или 3 сварочных точки.
• Теперь вам необходимо промазать торцы магнитопровода с помощью эпоксидного клея. При необходимости кромки можно округлить.
• Поверх усилителя вам следует намотать изоляцию. Чтобы выполнить намотку можно использовать лист картона. Присоединить его можно с помощью малярного скотча. Повторить это действие необходимо по всей площади картона.
• Теперь вы можете намотать изоленту, которая выполнена из текстиля. Поверх слоя также можно использовать малярный скотч.
• К последнему этапу относится намотка провода выбранного сечения. Рассчитать количество витков вы сможете с помощью специальной программы. После накрутки изделие необходимо покрыть лаком NC.

Изоляция для тороидального трансформатора должна быть выполнена из лакоткани или текстильной изоленты. Эта обмотка называется вторичной и ее также следует покрыть лаком. Это действие следует продолжать до появления необходимого уровня витков.

Провод для вторичной обмотки обычно имеет большое сечение. Если сетевой трансформатор нужен для дуговой сварки, тогда в конце следует добавить необходимое количество витков.

Один виток способен переносить 0,84 Вольт. Схема намотки тороидального трансформатора выполняется следующим образом:

Так вы сможете легко самостоятельно сделать тороидальный трансформатор 220 на 24 вольта. Эту схему вы легко сможете подключить, как для дуговой, так и для полуавтоматической сварки. Все параметры необходимо рассчитывать исходя из сечения провода. Характеристики устройства также позволяют производить ступенчатую регулировку. Среди его достоинств можно встретить достаточно высокую производительность и доступность.

Трансформаторная сталь

Достать такой аксессуар, как может показаться, очень сложно. Но в любом доме, сарае, даже на пунктах приема металла сегодня можно найти негодные стабилизаторы напряжения. В советские годы они были весьма популярны, использовались совместно в черно-белых телевизорах, дабы не посадить кинескопы

Вам не важно, работает этот стабилизатор либо же он сгоревший. Самое главное – это тороидальные трансформаторы, которые в нем используются

Именно они и будут основой вашей конструкции. Но перед этим нужно избавиться от старой обмотки, которая изготовлена из алюминиевого провода. А дальше – подготовка сердечника

Обратите внимание на то, что у него прямые углы. Вам это не нужно, так как можно повредить лаковую изоляцию при намотке

Постарайтесь максимально скруглить углы, обработав их напильником. Затем поверх трансформаторной стали укладываете изоленту на основе ткани. Всего необходим только один слой.

Как устроен трансформатор?

Основа прибора – замкнутый магнитопровод. На него наматываются обмотки – от двух и более. При появлении на первичной обмотке переменного напряжения, в основе возбуждается магнитный поток. Он наводит на остальных обмотках переменное напряжение с аналогичной частотой. Разница в количестве витков между обмотками определяет коэффициент изменения величины напряжения. Проще говоря, если вторичная обмотка имеет вдвое меньше витков, на ней возникнет напряжение, в два раза меньшее, чем в первичной. Мощность остается прежней, что позволяет работать с большими токами при меньшем напряжении.

Конструктивное исполнение различается по форме магнитопровода.

Броневой

Образует два витка магнитного поля, рассчитан на большие нагрузки. Магнитопровод разъемный, удобен в сборке – на центральный стержень надевается готовая обмотка. Недостаток – тяжелый, габаритный. Крайние и поперечные стержни магнитопровода эффективно не используются.

Стержневой

Конструкция аналогична броневому, магнитное поле одновитковое, соответственно мощность меньше. Также имеет разборную конструкцию. Эффективность использования поверхности магнитопровода не выше 40%.

Тороидальный трансформатор

Имеет самый высокий КПД. Это достигается за счет 100% использования площади магнитопровода. Поэтому, при одинаковой мощности, такие трансформаторы имеют меньшие размеры. Еще одно преимущество – за счет распределения обмоток по всей площади основы, охлаждение витков более эффективное. Это позволяет еще больше нагрузить преобразователь без превышения критической температуры. Недостаток один – такие трансформаторы сложно собирать, поскольку основа неразъемная.

Материалы для магнитопровода:

Железные основы набираются из пластин, наматываются ленточным способом, или отливаются монолитно. Наиболее эффективный материал – феррит. Чаще всего применяется именно в торах, увеличивая их КПД.

Какие бывают трансформаторы по конструкции, мы рассмотрели. При покупке готового прибора, вас мало волнует, насколько сложно его сделать.

Тороидальная конструкция удобна в монтаже (занимает мало места, крепится одним винтом). Однако стоит такой прибор выше, чем стержневые или броневые преобразователи напряжения. Часто его цена перекрывает экономию от самостоятельного изготовления всей электроустановки.

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.

Конструкция

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

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

Для соединения обмоток используется магнитопровод.

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

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

Достоинства тороидального трансформатора:

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

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

Видео: назначение тороидальных трансформаторов

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.

Возможные схематические решения

Обычно используются трансформаторы вида с немагнитным зазором. Проблема использования заключается в зависимости сердечника от внешнего поля, показателей индуктивности первички.

Однотактный

Если растет показатель тока на первичной обмотке, то проницаемость будет уменьшаться, а намагниченность увеличиваться. Индуктивность внутреннего слоя понизиться. Это способствует тому, что оборудование начинает работать в режиме насыщения.

Однотактные ламповые усилители дают возможность через тс протекать току, который вызывает намагничивание. Крепеж более мягкого материала невозможен, кроме того, не поможет решить проблему и увеличение витков первички — насыщение сердечника продолжится. Нужные показатели индуктивности достигаются путем смены количества витков и увеличения ширины зазора.

Двухтактный

Проблема создания двухтактного трансформатора идентичная — получить необходимые показатели индуктивности обмотки, но не допустить входа в режим пресыщения.

Намоточный станок своими руками

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

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

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

Подбор и изготовление тороидального сердечника

Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.

Характеристики сварочных трансформаторов.

При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.

Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.

Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.

После набора нужного сечения S магнитопровод готов. Для увеличения S можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора. После наложения их на тороид, сердечник обматывается поверх картонных прокладок киперной или тканой изоляционной лентой. Магнитопровод готов, и можно начинать наматывать обмотки.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

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

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

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

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

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

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

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

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

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

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

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

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

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

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

Токовый трансформаторный прибор

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

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

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

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

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

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

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

Способ намотки тороидальных трансформаторов .

Технология намотки и способ изоляции на самом деле очень прост и не предполагает ни в коем случае ни какой обмотки, ни лакотканью, ни чем-либо другим. Дело в том, что при любой обмотки лакотканью или другими изоляторами внутреннее окно ТОРА мгновенно заполняются, так как, на внешней стороне получается один слой, а на внутренней 5-10 слоев, да еще неровных. Я давно собирался написать статью о способе качественной намотки торов. Это довольно долго объяснять и лучше показать на фото. Причем после намотки обмотки не превращаются в колесо, а сам трансформатор не становиться, яйцеобразным и расход провода минимален. Ввиду всего этого и КПД трансформатора максимален. А что из этого получается, Вы можете посмотреть в моем усилителе.

Сразу оговорюсь, речь идет о мощных тороидальных трансформаторах. Габаритная мощность, которых более 500Вт. Которые мотаются проводами от 1 до 3мм. естественно виток к витку. И, как правила, сетевая обмотка которых лежит в приделах от 100 до 400 витков, всего, то есть 0,5-2 витка на вольт. Мотать таким способом менее мощные трансформаторы хлопотно, но при желании можно.

Что нужно для намотки.

1) Необходимо сделать подставку для намотки тороида, делается это очень просто. Берем квадратный кусок ДСП или фанеры толщиной 10-15мм. Размерами 200Х200мм еще нам нужны два деревянных бруска длинной 200мм и с квадратом 20Х20мм. Эти два бруска нам нужно либо приклеить по центру нашей площадки, параллельно друг другу, на расстоянии между ними 100мм. А еще лучше привернуть к площадке эти бруски с помощью шурупов, но с потайными головками и головки утопить в фанеру иначе они будут царапать стол. Теперь если на эту подставку поставить тороид, он будет прочно и устойчиво стоять.
2) Нужен челнок, челнок я выпиливаю из оргстекла толщиной 5-6мм. Ширина обычно 30-40мм. длинна 300-400мм. Торцевые пропилы я делаю не углом, а полукругом и обрабатываю их напильником, что бы не портилась изоляция провода и даже проклеиваю одним двумя полосками изоленты опять же для защиты провода.
На челнок мы наматываем провод, не страшно, если провода не хватит, можно аккуратно спаять провод и мотать дальше. Но лучше все-таки рассчитать, так что бы провода хватило.
3) Теперь нам нужен материал для изоляции между слоями, это очень просто нужно найти
тонкий картон (упаковочный), я например, применяю коробки от динамиков для автомобилей. Главное что бы это был не толстый, но и не тонкий материал толщина картона, где-то 0,5мм. Если он будет с одной стороны глянцевый, то это тоже хорошо.
4) Еще нам потребуется нитки толстые 10-20 номер. Но на худой конец можно и 40 номер.
Сама намотка ведется от себя в правую сторону.

А теперь самое главное, это изготовление самих изоляционных прокладок между слоями.
Нам потребуется штангель-циркуль, с острыми концами .
Измеряем, внешний диаметр нашего тора , прибавляем 20мм. (для нахлеста) и делим пополам. Например, внешний диаметр тора 150мм.+ 20мм.= 170мм. 170мм./2 = 85мм.
Выставляем штангель на 85мм. и фиксируем винтом. Сам штангель мы будем использовать как циркуль для черчения кругов на картоне. Почему именно штангелем, а не обычным циркулем, которым и проще и удобнее? А все очень просто, когда мы будем острым и прочным концом штангеля чертить по картону, то на картоне останется продавленная борозда и именно она поможет нам. Эта борозда очень полезна для удобства сгибания внутренней рассеченной окружности наших прокладок. В общем, сами поймете, что штангелем лучше, чем удобным циркулем.
И так чертим, внешний круг на картоне и вырезаем его ножницами, в принципе внешний круг можно нарисовать и обычным циркулем.
Далее замеряем внутренний диаметр тора ничего не прибавляем, не убавляем, а просто делим пополам. Например, диаметр 60мм./2 = 30мм.
Выставляем, именно штангель-циркуль, на 30мм. фиксируем винтом и чертим внутренний диаметр на картоне.
Далее мы берем карандаш и линейку и работаем над внутренним кругом, сначала рисуем крест, то есть, делим круг на 4 части, потом на 8 частей, если внутренний диаметр ТОРА больше 60мм. то еще и на 16 частей.
>Далее мы рисуем обычным циркулем еще один круг, который меньше внутреннего в два раза, то есть, раздвигаем циркуль на 15мм.

А теперь нам потребуется ровный кусок, фанеры или ДСП на который, мы положим нашу картонную заготовку для прорезания концом острого скальпеля или ножа, нанесенных карандашом наших частей. Прорезать нужно по кругу от внешнего края окружности к центральной точке, не далее иначе картон будет задираться. Прорезать нужно насквозь картона. Далее ножницами вырезаем внутренний круг нарисованный нами обычным циркулем. Полученные дольки отгибаем перпендикулярно заготовки.
Понятно, что таких заготовок нужно на каждый слой по две штуки, каждый раз замеры диаметров делаются вновь, так как от слоя к слою их значение меняется.
Далее меряем высоту тора и вырезаем две полоски картона такой же ширины.
Одну полоску вставляем внутрь тора, так что бы нахлест был не более 10мм.
Вторую полоску накручиваем одним слоем на внешнюю сторону тора с таким же нахлестом.
Надеваем обе круглые заготовки на торцы тора, крепим ниткой в трех-четырех местах по кругу.
И далее начинаем мотать.

Самые опасные места для пробоя это углы окружностей ТОРА внешний и особенно внутренний. Поэтому если во время намотки мы увидим, что провод может соприкасаться с проводом внутреннего слоя, особенно по внутреннему углу окружности ТОРА. То необходимо подложить под провод полоски такого же картона шириной 10мм. и длинной по 20-30мм., там, где это необходимо. На внешней стороне, как правила этого делать не приходится, так как внешняя сторона заготовки наслаивается на край и хорошо предохраняет провод от замыкания.

Вся разметка и прорезка картонных заготовок делается с матовой стороны картона, применять картон с двух сторон глянцевый не желательно.
Перед тем как начать мотать тор, на пальцы рук нужно намотать два слоя изоленты на оба сгиба мизинца и на сгиб указательного пальца, иначе будут огромные водяные мозоли.

Многих интересует, как рассчитать ТОР.

Дело в том что количество витков будет зависеть от качества железа но приблизительный расчет делается просто, как и у обычного трансформатора только коэффициент берем 20-30.
Ну, например измеряем высоту, она = 10см.
Измеряем толщину стенки, она = 5 см.
10х5=50см.
25/50=0,5 витков на 1вольт.
220х0,5=110 витков сетевой обмотки.
Теперь начинаем мотать сетевую обмотку, намотав приблизительно 90 витков пробуем включить в сеть, меряя при этом ток холостого хода.
Совсем несложно подключить кончик провода прямо на челноке.
Постепенно доматывая провод, доводим ток холостого хода до 50-100ма. и на этом прекращаем мотать, полученное количество витков и будет реально. Теперь это реальное количество делим на 220 и получаем реальное значение количества витков на 1вольт.
И в соответствии с этой цифрой рассчитываем все выходные обмотки.

Имейте ввиду, что при включении трансформатора в сеть первичный мгновенный бросок тока очень большой. И для того, что бы не спалить тестер нужно делать так. Сетевой провод подключаем через замкнутый тумблер параллельно тумблеру включаем тестер, включаем вилку в розетку и только потом размыкаем тумблер, что бы посмотреть ток холостого хода.

Кстати именно из за мощного первичного броска тока трансформаторы мощностью более 1 КВт., обязательно нужно включать с помощью схемы мягкого включения. Тем более схема эта очень проста.