Нагрузочный трансформатор своими руками

Устройство для прогрузки автоматических выключателей

I. Описание конструкции устройства
Как же защитить свой дом, дачу, квартиру, гараж от пожара из-за неисправностей электропроводки? Для защиты электропроводки от перегрузки и коротких замыканий служат автоматические выключатели, автоматические пробки, пробки обыкновенные с плавкими вставками. При правильно подобранных автоматических выключателях при перегрузке, т.е когда включаются в розетки, удлинители, тройники много потребителей, чей суммарный ток потребления превышает допустимый ток в проводах произойдёт (через установленное время заводом изготовителем авт. выключателя, обычно не более 60сек.) отключение тепловым расцепителем авт. выключателя электропроводки, защищаемой данным устройством. При коротком замыканиии в потребителях эл. энергии (если по каким-то причинам не сработала их внутренняя защита-предохранители) и в электропроводке, защищаемой данным авт.выключателем произойдёт (через установленное время заводом изготовителем авт. выключателя, обычно не более 0,1сек.) отключение электромагнитным расцепителем авт. выключателя электропроводки, защищаемой данным устройством. Надёжность электропроводки в доме зависит от качества монтажа, грамотной подборки сечений проводов и кабелей, грамотной подборки аппаратов защиты. Про подборку сечений проводов и кабелей много информации в интернете и я в этой статье не буду на этом останавливаться. Более подробно см. например .

В этой статье я предлагаю для электриков, монтажников и просто умельцев, которые берегут своих родных и близких простое устройство по проверке исправности автоматических выключателей. Чего греха таить, в большинстве квартир, домов, гаражей никто не проводил и не проводит проверку исправности автоматических выключателей (п.28.4 приложения №3 ПТЭЭП – проверку срабатывания защиты при системе питания с заземлённой нейтралью TNC,TNCS,TNS). Неисправные, неправильно подобранные авт. выключатели – это верный путь к пожару в квартире, т.к. при коротком замыкании или перегрузке электропроводка не будет своевременно отключена. Провода нагреются из-за протекания по ним недопустимого тока, изоляция загорится, поджигая дальше всё на свом пути.

Причин по которым не проводят проверку исправности авт. выключателей несколько.
1. Проверку должны проводить специально акредитованные электролаборатории, оснащённые необходимыми приборами, имеющие грамотных специалистов, но это «удовольствие» стоит немалые деньги.
2. Люди не знают, что необходимо проверять исправность авт. выключателей.
3. Люди знают, но как говорится «гори оно синим огнём», авось обойдётся (Но не обходится! См. начало статьи!).
4. Управлящие компании не хотят проводить проверку, а жильцы от них этого не требуют.

Самый верный путь – заключить договор с электролабораторией и специалисты проведут необходимые проверки, выдадут протоколы проверки с указанием недостатков. Если есть на это деньги то флаг Вам в руки.

Я предлагаю Вашему вниманию изготовленное мною устройство МИШИНТОН для проверки исправности автоматических выключателей номинальным током до 25А (это практически всех авт. выключателей квартирных щитков, гаражей, дач, домов). Предвижу критику , что это просто, примитивно и.т.п. К слову будет сказано, что РЕТОМ -21, прибор, при помощи которого проверяют авт. выключатели стоит 860000 руб.(восемьсот шестьдесят тысяч руб.). Те, у кого есть такие деньги, можете дальше не читать. Источником тока для прогрузки могут быть: силовой трансформатор от неисправной микроволновки, силовой трансформатор от старого лампового цветного телевизора, понижающий трансформатор 220/36В 300-400Вт., самодельный сварочный трансформатор.

У меня была неисправная микроволновка – вышел из строя магнетрон. Выбрасывать было жалко и я использовал электронный блок (с кнопками и дисплеем) и силовой трансформатор. В общеизвестной схеме (см. рис. 1) в качестве кюча управления служат контакты реле на плате электронного блока микроволновки, через которые запитывается ЛАТР (лабораторный автотрансформатор) или регулятор мощности (тока), а через него первичная обмотка силового торансформатора. В качестве регулятора тока (вместо ЛАТРа) используется регулятор мощности (за 400руб. купил в радиомагазине) регулятор мощности ВМ246 (1000Вт./220В). Может у кого-то есть регулятор РТ-4 (раньше использовались для регулировки яркости светильников). Вообщем у кого что есть. Более удобно для этих целей использовать ЛАТР на 500Вт. Вместо одного штатного переменного резистора регулятора мощности 470кОм. последовательно с ним припаял на 47кОм. («плавно» и «грубо»). Более точно устанавливать ток прогрузки легко при использовании дополнительно ЛАТРа. Симистор регулятора мощности необходимо установить на охладитель (радиатор), изолировав либо сам радиатор, либо подложить под симистор слюдяную прокладку (см. фото 5). Не забываем, что на неизолированном охладителе симистора относительно земли будет потенциал фазы! Вместо трансформатора тока (ТТ) и амперметра применил (у меня их просто нет) мультиметр М266F CLAMP METER с токовыми клещами (попросил на время у сына).

Вместо электронного блока микроволновки можно использовать обыкновенный выключатель.

У силового трансформатора необходимо спилить ручной ножовкой по металлу высоковольтную обмотку, предварительно вставив между сетевой обмоткой и обмоткой накаливания металлическую пластину, чтобы не повредить сетевую обмотку при отпиливании (см. фото 1).

Фото 6
Cлужит лишь для установления необходимого времени работы трансформатора и не может отключить трансформатор при сработке авт. выключателя (все ненужные провода откусил, оставил: 1. Два синих провода на крайнем левом разъёме спаял вместе. 2. На дальнем от зрителя контакте реле оставил сетевой провод (белый) и перемычку (синий), синий и белый вместе на одном контакте. 3. На ближнем от зрителя контакте реле оставил провод (белый) который идёт на питание регулятора мощности. 4. На правом разъёме остались – синяя перемычка с реле и коричневый провод для питания регулятора мощности, к которому припаян чёрный провод – второй сетевой провод. Момент сработки авт. выключателя (при прохождении через него тока прогрузки) я взглядом отслеживаю либо на дисплее электронного блока микроволновки, либо по часам, либо на каком-то другом таймере. Этой точности на практике вполне хватает, т.к. мы с Вами помним, что тепловой расцепитель должен сработать не позже 1 минуты. Нет никакой разницы сработал он через 20 сек. или через 35 сек. Важно, чтобы он сработал. Если кто хорошо разбирается в электронике и может доработать схему остановки таймера дисплея микроволновки и отключение реле при сработке авт. выключателя, то это вообще будет класс. При проверке электромагнитного расцепителя авт. выключателя на срабатывание от токов короткого замыкания время вообще нас не интересует, т.к. он должен сработать практически мгновенно.

Читайте также:
Модели автомобилей своими руками

Силовые провода оконцевал наконечниками (использовал штыри (папы) от разъёма ШР, а гнёзда (мамы) ШР использую для замыкалки при установлении необходимого тока для прогрузки) (см. фото 7,8,9).

Фото 9. Замыкалка из гнёзд разъёма ШР (мамы)
Для более плавной (и значит более точной) регулировки тока прогрузки лучше выполнить отвод от середины двух витков. Получится: один общий провод, отвод от середины для прогрузки тепловых расцепителей, т.к. при 2 –х витках ток короткого замыкания – 360А, а при одном витке -220А и по этой причине не будет резких скачков тока при настройке, и третий вывод для настройки электромагнитных расцепителей где необходимы большие токи.

Необходимые материалы для изготовления устройства:
– силовой трансформатор от неисправной микроволновки, силовой трансформатор от старого лампового цветного телевизора, понижающий трансформатор 220/36В 300-400Вт., самодельный сварочный трансформатор;
– таймер, часы, электронный блок от микроволновки;
– готовая коробка подходящих размеров или фанера, текстолит, гетинакс и.т.п;
– многопроволочный одножильный провод сечением 25мм.² (2шт. по 2 метра);
– наконечники для провода (медные или латунные трубки), я применил штыри и гнёзда от разъёма ШР, можно выточить специально для этого наконечники;
– держатель предохранителя с плавкой вставкой на 10А – 1шт., на 0,25А – 1шт.;
– регулятор мощности (тока) 1000Вт.;
– если у кого есть ЛАТР 500Вт.;
– пременный резистор номиналом меньше в 10 раз чем штатный в регуляторе мощности (тока);
– гайки, шайбы и прочая мелочь.

На мелких деталях конструкции не буду останавливаться, потому что каждый всё равно будет делать по своему, т.к. предела совершенствованию нет.

II. Процесс проверки автоматических выключателей.
Проверку исправности автоматических выключателей можно проводить до установки их в щитки, а также установленных в щитках освещения.
В случае проверки авт. выключателей в щитках освещения необходимо обесточить щиток, проверить отсутствие напряжения и вывесить на питающем этот щиток коммутационном аппарате плакат «Не включать! Работают люди!», откинуть концы кабеля, питающего щиток освещения, скрутить все концы вместе и заземлить! Эту работу должен выполнять только электрик! Мы с Вами договорились выполнять требования правил по охране труда при эксплуатации электроустановок, т.к. в противном случае вместо того чтобы Вы конструировали устройство Вам сконструируют деревянный ящик!

Может возникнуть вопрос: от чего питать устройство, если нет напряжения в щитке. Можно запитать устройство от соседа, от бензогенератора, от блока бесперебойного питания ПЭВМ. Провода от авт. выключателей не нужно отсоединять, т.к. вы можете потом их перепутать, обломать, сломать сам выключатель.

Для удобства я наклеил на электронный блок таблицу токов прогрузки в зависимости от время-токовой характеристики и номинального тока авт. выключателей (см. рис. 2).

Проверять необходимо вдвоём. Один прижимает концы кабелей к винтам авт. выключателей, а другой включает ток прогрузки и следит за временем отключения авт. выключателя. Надавливать наконечниками кабелей на винты авт. выключателей необходимо с достаточным усилием, но конечно не с таким, чтобы выдавить щиток в соседнюю квартиру. Для удобства предварительной установки тока прогрузки я высверлил заклёпки неисправного выключателя, разъединил половинки корпуса и заблокировал бумажной пробкой рычаг «вкл-выкл» выключателя (см. фото 10), затем собрал всё на место и соединил половинки винтами. Авторучка показывает место, где вставлена пробка для блокировки выключателя.

Из неисправных авт. выключателей необходимо подобрать типовые представители: 2,5А, 6А, 10А, 16А, 25А и заблокировать у них выключатель, чтобы при установке тока не сработали расцепители. Данные «нагрузки» служат для предварительной установки необходимого тока, затем подключаем проверяемый авт. выключатель и, не сбивая настройки включаем прогрузку, сразу корректируя ток.

Более подробно смотрите видео:

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.
Читайте также:
Металлическая мебель своими руками

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.

Читайте также:
Металлический анкер с распорным клином

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.

Originally posted 2018-07-04 07:14:26.

Сверхпроводящий трансформатор почти своими руками

В недалёком 2016 году на одного молодого, но очень впечатлительного четверокурсника факультета энергетики оказала влияние статья, в которой автор весьма популярно показал что такое в день сегодняшний высокотемпературные сверхпроводники (далее ВТСП). Ослеплённый желанием оживить в своей душе довольно однообразную и предельно консервативную электроэнергетику, пробираясь сквозь пелену противоречий и острую нехватку финансов, молодой бакалавр вместе со своими коллегами всё же построил трансформатор с обмотками из высокотемпературного сверхпроводника.

Приятного чтения!

Зачем делать трансформаторы сверхпроводящими?

Нынешние продукты трансформаторостроения воистину достигли в некотором смысле идеала. Крупные силовые трансформаторы, те самые, которые стоят в кирпичных или железных трансформаторных подстанциях (ТП-ушках) у вас во дворе, а также более крупные представители имеют КПД порядка 99%. Огромное количество нормативных документов регулирует работу, диагностику, способ установки и создания таких трансформаторов, а на конференциях и выставках появляются всё новые и новые представители с инновационной гайкой в остове магнитопровода или революционным маслом с пониженной концентрацией растворённых в нём газов.

Типичный представитель силовых трансформаторов

И, казалось бы, куда нам невеждам лезть в эту отполированную до мелочей область инженерной мысли. Неужели лишние полпроцента КПД, которые могут дать сверхпроводящие обмотки трансформатора, стоят затрат и организации специального криогенного хозяйства, переобучения инженеров и переоборудования производства? Зачем изобретать велосипед? Первичный анализ показывает, что незачем. Однако позвольте мне привести один аргумент, который и стал причиной по которой впоследствии и стала возможна эта статья: «Что если велосипед будет противоаварийный?».

Преимущества трансформатора с ВТСП обмотками перед обычным:

— Практически полное отсутствие потерь энергии в обмотках (провода ведь сверхпроводящие, они не греются);
— Взрыво- и пожаробезопасность (жидкий азот, в отличие от трансформаторного масла, не выделяет взрывоопасных газов);
— Меньшая масса и габариты (плотность тока в сверхпроводящем проводе может в 10 раз превышать аналогичную в медном, при равном напряжении);
Возможность ограничивать токи короткого замыкания.

Несмотря на сильную составляющую первых трёх преимуществ, все они блекнут перед гнётом огромной цены, которую приходится платить за сверхпроводимость. Поэтому, боюсь коммерческий успех ВТСП трансформаторов может состояться, разве что в особо требовательных видах военной и космической техники или на особых по уровню пожаробезопасности объектах. Однако четвёртое свойство может резко изменить картину и лично мне уже оно одно кажется достаточным, чтобы не только обратить внимание на ВТСП парадигму, но и провести какие-нибудь исследования. Собственно что и сделали многие мои коллеги по всему миру, взять хотя бы работы [1-3].
В чём же тут фокус?

О физике токоограничения

В настоящий момент, говоря о ВТСП проводах в контексте электроэнергетики, мы почти всегда говорим о композитных ВТСП лентах на основе керамических соединений. Как видно из изображения ниже, сверхпроводник (слой YBCO) нанесённый на металлическую подложку, покрывается со всех сторон некоторым защитным слоем. Этим защитным слоем могут выступать некоторые металлы и их сплавы, например медь. Естественно эти материалы не обладают сверхпроводящими свойствами при температуре жидкого азота, а значит в случае, если сверхпроводимость по каким-то причинам у YBCO-керамики пропадает, то весь ток распараллеливается между этими слоями, сообразно их резистивному сопротивлению.

Всякий ток пропорционален напряжению, приложенному к данному сопротивлению, а значит, если вдруг откуда ни возьмись в цепи появилось сопротивление там где его раньше не было (сверхпроводимость разрушилась), то ток (при неизменном напряжении) уменьшится. Притом степень этого уменьшения зависит от сопротивления материалов окружающих, ВТСП-слой. Но как разрушить сверхпроводимость? Есть на самом деле 2 фундаментальных способа: поднять температуру свыше критической, при которой сверхпроводимость не может существовать или подействовать на ВТСП магнитным полем выше критического. Притом, если по сверхпроводнику протекает ток, то он также создаёт магнитное поле, которое старается проникнуть в этот сверхпроводник, и если ток создаёт слишком большое поле, то сверхпроводимость начинает постепенно разрушаться. Ток, при котором сверхпроводимость начала разрушаться, принято называть критическим.

Читайте также:
Маслобойня своими руками

Строим трансформатор!

Ну всё! Теперь, уверен, вы понимаете достаточно для того чтобы приступить к постройке трансформатора, и, поверьте, для меня это было действительно увлекательным путешествием, поскольку если намотка провода для обычного трансформатора (привет тем, кто мотал) представляет собой весьма скрупулёзное и довольно нудное дело, то у ВТСП трансформатора сложность вырастает в разы. Особенно, когда подобное устройство собирается из подручных материалов. Разбираемся почему!

Каркасы обмоток

Одним из серьёзных недостатков ВТСП трансформатора есть то, что сердечник не является и не может являться сверхпроводящим. Поэтому у нас есть два варианта как поступить, тепло- и гидроизолировать сердечник от обмоток, увеличивая расстояние между им и обмотками и уменьшая КПД, или засунуть сердечник в азот вместе с обмотками, создавая большой кипятильник для азота, поскольку потери на холостой ход трансформатора никуда не деть. Мы решили пойти по первому пути, сделав криостат в виде полого цилиндра. Для чего в качестве каркаса для вторичной обмотки (которая ближе к сердечнику) выбрали это:


Труба из полипропилена и бумага обёрточная подле неё

Труба внутренним диаметром 100 мм. из полипропилена является идеальным гидроизолятором, но не очень хорошим теплоизолятором. Более того некоторые виды пластика имеют свойство усаживаться при низких температурах, из-за чего обмотка намотанная непосредственно на такую трубу может быть деформированна вместе с трубой. Поэтому было принято решение дополнительно армировать данную трубу обмотав её поверх бумагой, пропитанной эпоксидной смолой. С бумагой проблем не возникло, такую в достатке можно раздобыть у выхода из различных (крупных) строительных магазинов (аля Леруа), там она бесплатная. С компаундом потяжелее. У нас не было опыта работы с самодельными текстолитами на основе бумаги, и мы не знали, как поведёт себя бумажно-пропитанный каркас при -196 градусов Цельсия. Посоветовались и решили взять первую попавшуюся эпоксидную смолу марки ЭД-20. При покупке смолы нас предупредили, что отвердитель (второй компонент, с которым смешивается смола, после чего затвердевает в ходе хим. реакции) срабатывает за 20 минут. Отчего сразу стало понятно, что медлить будет нельзя и пропитывать бумагу нужно будет быстро. Для этого верные соратники предстали в образе человеческого конвейера.


Импровизированный конвейер по пропитке бумаги эпоксидной смолой

Запах был, прямо скажем, не очень. А ещё берегите руки при работе с компаундами!


Процесс пропитки бумаги

Второй каркас (для наружной обмотки) делался уже по образу и подобию первого и прямо поверх него. Чтобы каркасы не слиплись, подложили немного случайного материала, который впоследствии можно было бы отодрать. В итоге получилось:


Готовые каркасы для обмоток

Резюмируя эту часть скажу, что более дешёвого способа сотворить два немагнитных, неметаллических, криостойких и достаточно прочных каркаса, наверное просто нету. Самый дорогой элемент в создании каркаса оказался конечно же компаунд

500 р./кг., за ней следует ПП труба, ну а далее кисточки, перчатки — это опционально.

Пожалуй, центральным и самым дорогим элементом этой истории являются сами ВТСП обмотки. Причина, по которой в заголовке статьи присутствует слово «почти», это цена. 40 метров ВТСП ленты шириной 4 мм и толщиной 0,1 мм, с критическим током 80 А. было приобретено нами по цене 2500 р./метр. Понятно физ. лицо едва ли станет платить за подобное. Посмотрим же на их ослепительно дорогое величие.


Ослепительно дорогая часть описываемого проекта

Помимо дороговизны ВТСП лента ещё и очень прихотливый материал. Она не любит сильных перегревов (свыше 500 градусов), у неё большой предельный радиус изгиба (около 20 мм, при превышении начнётся деформация сверхпроводника), её также нельзя скручивать, мять, бить. Всё это превращает работу с ВТСП проводами в подобие ювелирного искусства. Как будем наматывать?

Честно говоря, способ намотки ленты на каркас выбран наверное самый примитивный. Лента покрывается повдоль с одной стороны каптоновым скотчем, а выступающие за пределы ленты края скотча приклеиваются вместе с лентой к каркасу. В результате в процессе намотки мы получаем два фактора, удерживающие обмотку на каркасе: адгезия скотча и поверхности текстолита и сила трения ленты о ту же поверхность. В итоге, на удивление, получилось довольно надёжно.

Каптоновый скотч выделен не случайно. Дело в том, что не каждый материал может быть надёжной изоляцией при низких температурах. Например, обычный скотч становится едва не стеклянным и усаживается. Изолента тоже усаживается. Электроизоляционные лаки трескаются (правда не все), ПВХ изоляция также усаживается. Каптоновый (или полиимидный) скотч ведёт себя крайне спокойно при низких температурах (равно как и при высоких), его традиционно и выбирают для ВТСП проводов, когда нужно сделать что-то «по-быстрому», хотя надо сказать он недешёвый по сравнению с обычным скотчем. Когда же нужно сделать что-то основательное, используют покрытие всё также на основе полиимида.


Процесс намотки наружной (первичной) обмотки

Мотали, собственно, трансформатор с числом витков 50:25, на практике получилось немного меньше, но не суть. Первичная обмотка (наружная) была однозаходная (одна спиралька по всей высоте), вторичная обмотка (внутренняя) была двухзаходная (две спиральки идут, чередуясь). Что собственно даёт критический ток первичной = 80 А и для вторичной 160А. Если учесть что сетевое напряжение (под которое делался трансформатор) = 220 В. То получается около 10 кВт передаваемой мощности практически без потерь, в довольно небольшом объёме. Итоги намотки:


Первичная (слева) и вторичная (справа) обмотки ВТСП трансформатора

Мы добрались до самого нервного процесса в изготовлении трансформатора. Как было сказано выше, сверхпроводник не любитель высоких температур. Когда мы говорим о медном проводе, способном длительно нести 60-80 Ампер не особо перегреваясь, то мы имеем ввиду сечения 16 или 25 мм^2. Это довольно массивные и непослушные провода, которым тяжело придать нужную изящную форму для удобного спаивания с 4 миллиметровой ВТСП лентой. Если брать достаточно мощный паяльник и незатейливый припой, то можно перегреть ленту. Поэтому лучше взять Индий-Оловянный припой с температурой плавления

Читайте также:
Лужение алюминия оловом

103 град. С. А ещё лучше растопить его в паяльной ванне, покрыть ленту и провод паяльной кислотой и получить сказочный отблеск самообожания от хорошо проделанной работы в отражении горячего металла.

Нюанс. Токовые контакты лучше припаивать, не жалея площади ленты, для лучшего токоввода. Мы брали 3 см. ленты по поверхность касания с токовым контактом, но можно и больше. Контакты напряжения мы удалили от токовых на несколько сантиметров, чтобы не мерить падение напряжения на точке контакта, а непосредственно на обмотке. К сожалению, сохранилось только фото финала этого действа.


Обмотки с контактами

Финальная и самая кустарная часть нашего производства. Криостат выполнялся из пенопласта и акрилового герметика. И всё. К сожалению, не каждая марка пенопласта подойдёт. Пенопласт с крупными гранулами при попадании на него азота немедленно самоуничтожится с треском и грохотом.


Неправильный пенопласт (слева) и правильный пенопласт (справа)

Что же до герметика, то, кроме шуток, взяли самый дешёвый из тех, что был. Не знаю, в чём тут фокус. Главное, чтобы герметик был именно акрилловый, а не силиконовый, ибо последний (как нас заверили в магазине) может разъесть пенопласт.

Криостат был сборным, вырезались квадраты с круглыми отверстиями, такими, чтобы вся конструкция в итоге уместилась внутри, при этом снаружи криостата торчала труба, в которую в будущем предполагается поместить магнитопровод. Иначе говоря:


Сборный криостат

Как видно на фото, стыки всей этой конструкции жирно промазывались и пропитывались герметиком. На руку нам то, что герметик застывая при азоте, на ощупь напоминает сильно густой сыр, и выполняет свои функции крайне здорово. На последнем этапе, под трубу-каркас вырезается специальное дно, на которое он устанавливается и, наконец, вся эта конструкция собирается в единый ВТСП трансформатор.


ВТСП трансформатор

В итоге мы получили:

ВТСПТ-10000, 220/110 В, 50/100 А, ОХЛ

Эксперименты

Думаю, каждый экспериментатор хотя бы раз испытывал эту смесь трепета и безжалостности с которой он подвергал мучениям своего «новоиспеченного зверя». Конечно ВТСП трансформатор был создан для того, чтобы быть испепелённым. Однако испепелять мы его будем осторожно — по научному.

Здесь же я покажу главный опыт, ради которого и делался трансформатор. Замкнём накоротко вторичную обмотку и с помощью выключателя подадим на первичную обмотку напряжение от сети (220 В). Поскольку сопротивления первичной обмотки и магнитно связанной с ней (через воздух) вторичной обмотки малы, то в цепях будут протекать достаточно большие токи. Эти токи будут превышать критический уровень в 80 А и, следовательно, разрушать сверхпроводимость, из-за чего ВТСП обмотка начнёт постепенно обретать конечное электрическое сопротивление, что в свою очередь вызовет ограничение тока. Что мы зафиксируем в виде искажённой синусоиды тока. И появления на осциллограмме напряжения некоторых конечных значений (вместо нулевых в нормальном режиме). Измерения будут проходить с помощью неожиданного для данного опыта устройства: анализатора качества электроэнергии. Неожиданный он потому, что частота дискретизации данного устройства в режиме осциллографа оставляет желать лучшего. Но что поделать. Тем не менее давайте взглянем на качественную картину происходящего.


Осциллограммы токов (точки на графиках соответствуют реальным снятым данным)

На осциллограммах слева (для сравнения) приведён режим короткого замыкания в случае, если не заливать трансформатор жидким азотом: мы видим слегка искажённую, но спокойную синусоиду тока короткого замыкания, который спустя период (на рисунке приведено полпериода) отключается автоматическим выключателем. Справа приведён режим короткого замыкания если криостат предварительно заполнен жидким азотом: мы видим сильный начальный рост тока, который постепенно (уже начиная со 150 А) загибается под действием прирастающего сопротивления. Однако из-за большего значения тока короткого замыкания автоматический выключатель срабатывает уже на первом полупериоде.

Увы пока довольствуемся лишь этими качественными результатами, но в скором времени обязательно сделаем много других.

Конечно, ВТСП трансформатор оставляет после себя уйму противоречий. Эти противоречия проявляются даже в кустарном способе изготовления такого непростого устройства. Чего говорить о реальных действующих образцах, с которыми вы можете ознакомиться по [1,3]. Реальная ВТСП электроэнергетика далеко ускакала вперёд с разработками кабелей и токоограничителей, претерпевая трудности даже в этих более развитых её подразделениях. С ними довольно популярно можно ознакомиться не покидая этот сайт, например здесь.

Тем не менее, сколь противоречива бы ни была эта область инженерного знания, прав в конечном итоге останется тот, кто свою правоту сможет обосновать, так что будем стараться.

И в любом случае, это жутко интересно!

Благодарю за внимание!
Искренне Ваш DOK.

Также выражаю благодарности:

Высоцкому Виталию Сергеевичу и команде ВНИИКП за помощь и консультирование в этом нелёгком пути.
Павлюченко Дмитрию Анатольевичу за гигантскую поддержку и желание развивать это направление с нуля!

Трансформатор своими руками – расчет и создание устройства. Подробное описание и инструкция по сборке

Намотка трансформатора собственноручно является не сложным, но продолжительным процессом, который требует максимального сосредоточивания внимания. Приступающим к данной работе впервые, сложно понять, какому материалу отдать предпочтение лучше всего и каким образом проверить работу устройства. Ориентируясь на инструкцию, предложенную в этой статье, вы узнаете, как сделать трансформатор правильно.

Краткое содержимое статьи:

Выбор инструментов

Чтобы сделать намотку для трансформатора максимально правильно, следует приобрести нужные для работы приспособления:

Из нескольких стоек, соединённых доской, и прута, размещённых между ними, который представлен в виде рукоятки, создать вертел. Толщина прута должна составлять 1 сантиметр.

Часто для подобных целей применяют колодку из натурального массива, в которой делают отверстие для необходимой оси, а также подгоняют под требуемые каркасные размеры. Легче сделать всё это посредством дрели.

Её следует укрепить таким образом, чтобы размещение было параллельно настольной поверхности, в патрон вставляется непосредственно прут, на который заблаговременно нужно надеть колодку с трансформаторным каркасом. Желательно выбрать прут, который имеет резьбу. В данном варианте колодка просто фиксируется посредством гаек.

Вместо механизма для намотки можно использовать телефонный индуктор, устройство для перемотки, станок для шпулей. Главное, в данном вопросе – плавность процесса без каких-либо срывов.

Также к элементу, без которого невозможно составить схему для собственноручного создания трансформатора, считается приспособление для размотки. Как правило, подобного типа устройства функционируют, как и приспособления для размотки, разница состоит в том, что в этом варианте можно не использовать ручку вращения.

Читайте также:
Мировые запасы меди по странам

Чтобы определиться с количеством требуемых витков, потребуется специальный прибор, к примеру, водяной счётчик. Для бесперебойной работы прибора необходимо соединить его со станком наматывающего типа посредством гибкого валика. При отсутствии данного приспособления можно подсчитать витки в уме.

На фото представлены разновидности обмоток самодельного трансформатора.

Изоляция обмоток

В определённых случаях при самостоятельном изготовлении повышающего или понижающего трансформатора между проводами следует вставить изоляционные прокладки. В этих целях применяют кабельную, либо конденсаторную бумагу.

В середине обмотки изолируются максимально плотно. В качестве изоляции, а также для выравнивания обустраиваемой поверхности необходима лакоткань, обёрнутую бумагой с двух сторон. При отсутствии лакоткани можно решить вопрос посредством сложенной бумаги.

Чтобы проверить рабочее состояние прибора, необходимо определиться с выводами обмоток.

Принцип функционирования

Провод, а также катушку необходимо закрепить в приборе намотке, при этом основу прибора – в приспособлении намотки. Следует проводить спокойные без срывов движения. Опустить провод на каркасную часть.

Между поверхностью, а также проводом должно оставаться 20 сантиметров, чтобы разместить руку на столе для удержания провода. Помимо этого на настольной поверхности должны располагаться дополнительные материалы, без которых невозможно создать собственными руками повышающий трансформатор.

Правой рукой нужно умеренно вращать устройство для намотки, а другой – держать провод. Важно ровная укладка провода. Далее нужно провести изоляцию каркаса, при этом имеющийся на проводе конец следует продеть через отверстие, чтобы быть зафиксированным в области оси прибора намотки.

Начало намотки следует проводить не спеша, максимально аккуратно: важно уметь навыки, чтобы обороты ложились максимально ровно.

Важно, чтобы угол обустраиваемого провода, а также натяжение были всегда постоянными. Не стоит мотать слои до полного упора, поскольку не исключено соскальзывание проводов, и соответственно проскальзывание в щёчки, имеющиеся на каркасе.

Установить счётный прибор на ноль. Склеить изолирующий элемент, либо плотно прижать резиновым кольцом. Все обороты важно делать на пару витков уже в сравнении с предыдущими.

Испытание

Как только работа с намоткой подойдёт к концу, следует испытать созданный прибор. В этих целях к сети подключается обмотка первичная. Для грамотной проверки трансформатора на выявление возможных замыканий важно подключить к току лампу, а также обмотку последовательно.

Уровень изоляционной надёжности проверяется через касания поочерёдно выведенным проводным концом имеющегося конца обмотки сети. Если следовать предложенной схеме неуклонно, то трансформаторная намотка собственноручно не представит особых трудностей, а соответственно справиться с подобной задачей будет под силу даже неопытному мастеру.

Собираем повышающий трансформатор собственными руками

Повышающий трансформатор является силовым прибором для изменения входного напряжения в большую сторону. На первичную обмотку поступает более низкое напряжение. На выходе оно поступает через вторичную обмотку в нужных величинах. Монтируют его как в бытовых, так и в производственных сетях.

Потребность в такой конструкции обусловлена нестабильностью напряжения, подаваемого через электросеть. Если бы не было повышающих трансформаторов, трудно было бы избежать таких неприятных последствий нестабильности, как порча включенных приборов и даже возгорание электропроводки.

В статье мы рассмотрим технические особенности масляных трансформаторов и принцип их действия. В качестве бонуса читатель найдет в статье интересный видеоматериал и обучающее пособие Л.С. Герасимова, А.И. Майорец “Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов”.

Функционирование и принцип устройства

Чтобы понять, что такое трансформаторы, повышающие напряжение, нужно вникнуть в принцип работы. Оборудование изготавливается для электростанций, схемы конструкции которых относятся к проходной категории.

Повышающий трансформатор на электростанциях используется для обеспечения населенных пунктов, прочих объектов током с определенными техническими показателями. Без преобразователя высокое напряжение по пути своего следования постепенно снижается.

Конечный потребитель получал бы недостаточное количество электроэнергии. На конечной в цепи электростанции благодаря этой установке, принимают электричество соответствующего значения. Потребитель получает напряжение в сети до 220 В. Промышленные сети обеспечиваются до 380 В.

От подстанции электричество поступает в высоковольтную линию. Далее энергия попадает на понижающую подстанцию. Здесь она снижается до 12кВ. Трансформаторами с обратным принципом действия ток направляется в низковольтную линию передач. В конце устанавливается еще один понижающий агрегат. От него электричество с показателем 220 В поступает в дома, квартиры.

Рассматривая, как работает трансформатор, повышающий напряжение, нужно вникнуть в основные принципы действия конструкции. Основой работы трансформатора является механизм электромагнитной индукции.

Металлический сердечник находится в изоляционной среде. В схему включено две катушки. Количество обмоток неодинаковое. Повысить показатель способны катушки, в первом контуре которых больше витков, чем во втором.

Напряжение переменного типа поступает на первый контур. Например, это ток в сети 110 (100) В. Появляется магнитное поле. Его сила увеличивается при правильном соотношении обмоток в сердечнике. Когда электричество проходит по второй обмотке в повышающем трансформаторе появляется ток с определенным показателем. Например, обеспечивается показатель характеристики сети 220 В.

При этом частота остается прежней. Для поступления постоянного тока в линию электроснабжения в цепь монтируется преобразователь. Этот прибор может быть в оборудовании повышающего типа. Прибор способен работать не только для изменения напряжения, но и частоты. Определенное оборудование питается постоянным током.

Собираем своими руками

Решением некоторых задач может стать преобразователь, собранный своими руками. Например, если для гаражных работ нужно подключить оборудование с питанием 220 В, а сеть имеет напряжение лишь 36 В, то собранный самостоятельно повышающий трансформатор позволит решить эту проблему.

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

Инверторы — устройства, позволяющие преобразовывать постоянные токовые величины, включая 12 B, в переменный ток c изменением уровня напряжения или без. Выпускаемые в настоящее время преобразователи напряжения постоянных токовых величин могут быть представлены:

  • регуляторами напряжения;
  • преобразователями уровня напряжения;
  • линейными стабилизаторами.
Читайте также:
Литье алюминия под давлением в домашних условиях

Как правило, такие приборы являются генераторами периодического напряжения, приближенного к форме синусоиды.

Как сделать своими руками

Для преобразования напряжения из низкого уровня в высокий, и наоборот, применяются повышающие или понижающие трансформаторы. Они представляют собой электрические машины с высоким коэффициентом полезного действия и применяются во многих областях техники.

Можно сделать трансформатор своими руками в домашних условиях. Чтобы правильно собрать повышающий трансформатор, надо точно выполнить весь технологический процесс и рекомендации по сборке этого типа электрических машин, которые будут приведены ниже.

Что потребуется для самостоятельной сборки

Первым делом определяем мощность первичной обмотки будущего преобразователя. Для этого нужно узнать мощность прибора, который мы будем подключать. Обычно эти данные указывают в паспорте устройства. Например, возьмем среднее значение 100 Вт. Следует учитывать, что потребуется некоторый запас, т.к. коэффициент полезного действия будет равен примерно 0,8 -0,9. Нам подойдет мощность 150 Вт. Для самостоятельной намотки трансформатора нужны ответы на такие вопросы:

  1. Для чего нужен трансформатор: повышать или понижать напряжение?
  2. Какие напряжения должны быть на входе и выходе аппарата?
  3. Работает аппарат от сети переменного тока 50 Гц или его надо рассчитывать на другую частоту?
  4. Какова будет мощность самодельного трансформатора?

После получения ответов можно приступать к покупке нужных материалов. Для этого покупают ленточную изоляцию (лакоткань) для будущего трансформатора, сердечник для него (если есть подходящий по мощности от старого, сгоревшего телевизора, то можно использовать и его), нужное количество провода в эмалевой изоляции. Используемые материалы и инструменты:

  • сердечник из трансформаторного железа;
  • изоляция (лакоткань);
  • провод;
  • тонкий картон;
  • доски и деревянные бруски;
  • стальной пруток;
  • клей;
  • пила;
  • ножницы;
  • вольтметр.

Нужно подобать магнитопровод. Если не прибегать к услугам специализированных магазинов, то можно взять сердечник по форме буквы «О» из, например, старого телевизора. Но придется рассчитать сечение по формуле: A1= C*C/1,44, где A1 – мощность будущего преобразователя (Вт), а C – поперечное сечение (кв. см). У нас С должно быть равно 10,2 кв. см.

Вырезаем два каркаса для магнитопровода. Берем половину первичной обмотки, плотно укладываем на каркасы. После укладки изолируем стеклотканью. Берем половину вторичной обмотки, также укладываем, изолируем.

Собираем магнитопровод, стягиваем его отдельные части хомутом. Части устройства рекомендуем проклеить специальным клеем с содержанием ферропорошка, тогда оборудование не будет издавать лишних звуков во время эксплуатации.

Для намотки обмоток можно сделать простейший намоточный станок. Для этого берут доску длиной 40 см и шириной 100 мм. На нее шурупами присоединяют два бруска 50 х 50 миллиметров так, чтобы расстояние между ними было 30 см. Они должны быть просверлены на одинаковой высоте сверлом диаметром 8 мм. В эти отверстия заводят пруток, на который предварительно надевается катушка будущего трансформатора.

С одной стороны, на штыре должна быть нарезана резьба на длину 3 см и на нее с помощью двух гаек закреплена ручка, которой вращают пруток с катушкой при намотке трансформатора.

Размеры вышеописанного намоточного станка не критичны — все зависит от размеров сердечника. Если он сделан из ферросплавов и имеет форму кольца, то придется обмотку выполнять вручную. Наглядно процесс сборки повышающего трансформатора приведен в видеоролике.

Расчет количества витков

Определяем число витков на 1 В. Рассчитываем по формуле: К=50/C, у нас это 50/10,2, т.е. 4,9 витков на 1 В. После мы легко рассчитаем количество оборотов первичной и вторичной обмоток. В первом случае умножаем имеющиеся напряжение питания сети на 4,9, получаем 176 витков. Во втором умножаем требуемое напряжение (220 В) на 4,9, получаем 1078.

Предварительный расчет количества витков можно сделать исходя из требуемой мощности аппарата. Например, если нужен повышающий трансформатор с 12 до 220 В, то требуемая мощность такого аппарата будет в пределах 90-150 Вт. Выбираем О-образный тип магнитопровода от старого телевизора или покупаем подобный в магазине. Сечение его должно быть выбрано по формуле из электротехнического справочника. В этом примере оно приблизительно равно 10-11 см².

Следующий этап — определение количества витков на 1 В, которое в данном случае равно 50 Гц, деленное на 10-11, что-то около 4,7- 5 единиц на вольт. Теперь можно посчитать количество витков первичной и вторичной обмотки: W1= 12 Х 5 = 60 и W2= 220 Х 5=1100.

Затем надо определить токи в них: I1 = 150_12=12,5 А и I2=150:220=0,7 А. Найдем сечения и диаметры проводов обмоток по формулам из справочника. Повышающий трансформатор предварительно рассчитан, можно приступать к его намотке.

Следующий шаг – расчет тока каждой обвивки. За исходные показатели берем мощность равную 150 Вт. Тогда для первичной обвивки нужен ток в 4,2 А, вторичной – 0,7 А. Рабочий показатель равен мощности, деленной на напряжение.

Для правильной работы устройства важно не только количество оборотов, но и диаметр обмоток. Рассчитываем этот параметр по формуле: рабочий ток обмотки, умноженный на коэффициент 0,8.

Рабочий процесс изготовления каркасов катушек

При применении круглого сердечника его предварительно обматывают ленточной изоляцией и затем прямо начинают мотать на него провод, распределяя нужное количество витков по всему кольцу.

После того как закончена намотка первичной обмотки, ее закрывают 3-4 слоями лакоткани и затем сверху начинают накручивать витки вторичной ее части. При использовании обычных магнитопроводов каркас катушек делают так:

  • делается выкройка гильзы с отворотами на сторонах торцов;
  • из картона вырезают щечки;
  • свертывают тело катушки по намеченным линиям в небольшую коробочку и заклеивают;
  • надевают на гильзу верхние части (щечки) и, отогнув отвороты, приклеивают.

После этого ленточной изоляцией закрывают провод, предварительно выведя наружу концы обмоток.

Изготовление обмоток

Катушку надевают на деревянный брусок с размерами стержня магнитопровода. В нем предварительно сверлится отверстие для прутка намоточного. Эта деталь вставляется в станок, и начинается процесс изготовления обмотки:

  • на катушку наматывают 2 слоя лакоткани;
  • один конец провода закрепляют на щечке и начинают медленно вращать ручку станка;
  • витки надо укладывать плотно, изолируя каждый намотанный слой от соседнего лакотканью;
  • после того как намотана катушка первичной обмотки, провод обрезают и второй его конец закрепляют на щечке рядом с первым.
Читайте также:
Медь красного цвета формула

Расчеты параметров

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см2. Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника. Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

  • Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
  • Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
  • Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды.

Количество витков первичной обмотки

Берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности. Рассчитаем высоту каркаса с обмотками.

Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм. Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм. Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные функции повышающих трансформаторов и способ самостоятельной сборки. Больше информации о трансформаторах можно узнать в учебном пособии Дымкова А.М. “Расчет и конструирование трансформаторов”.

Как сделать трансформатор своими руками?

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

  • Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
  • Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
  • Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
  • Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
  • Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

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

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

Читайте также:
Мини сварочный аппарат своими руками

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм 2 Ток, А Сечение жил. мм 2 Ток, А
0,5 11
0,75 15
1 17
1.5 19 2,5 22
2.5 27 4 28
4 38 6 36
6 46 10 50
10 70 16 60
16 80 25 85
25 115 35 100
35 135 50 135
50 175 70 165
70 215 95 200
95 265 120 230
120 300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

  • Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

  • Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы. Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
  • Уложите первый слой изоляции под первичку. Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
  • Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Рис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

  • Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
  • После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

  • Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой
  • Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
  • Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

  1. Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
  2. Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
  3. Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
  4. Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
  5. Зафиксируйте выводы обеих катушек.
  6. Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Как сделать дома трансформатор своими руками?

Для преобразования напряжения из низкого уровня в высокий, и наоборот, применяются повышающие или понижающие трансформаторы. Они представляют собой электрические машины с высоким коэффициентом полезного действия и применяются во многих областях техники.

Читайте также:
Крупорушка для гречки своими руками

Основные части конструкции трансформатора.

Можно ли сделать трансформатор своими руками в домашних условиях? Какие материалы и приспособления нужно использовать при производстве такой работы? Чтобы правильно собрать повышающий трансформатор, надо точно выполнить весь технологический процесс и рекомендации по сборке этого типа электрических машин, которые будут приведены ниже.

Что нужно знать и иметь для самостоятельной намотки трансформатора?

Если есть необходимость в этом аппарате, то надо иметь ответы на такие вопросы:

  1. Для чего нужен трансформатор: повышать или понижать напряжение?
  2. Какие напряжения должны быть на входе и выходе аппарата?
  3. Работает аппарат от сети переменного тока 50 Гц или его надо рассчитывать на другую частоту?
  4. Какова будет мощность самодельного трансформатора?

После получения ответов можно приступать к покупке нужных материалов. Для этого покупают ленточную изоляцию (лакоткань) для будущего трансформатора, сердечник для него (если есть подходящий по мощности от старого, сгоревшего телевизора, то можно использовать и его), нужное количество провода в эмалевой изоляции.

Схема самодельного приспособления для обмотки трансформаторов.

Для намотки обмоток можно сделать простейший намоточный станок. Для этого берут доску длиной 40 см и шириной 100 мм. На нее шурупами присоединяют два бруска 50 х 50 миллиметров так, чтобы расстояние между ними было 30 см. Они должны быть просверлены на одинаковой высоте сверлом диаметром 8 мм. В эти отверстия заводят пруток, на который предварительно надевается катушка будущего трансформатора.

С одной стороны на штыре должна быть нарезана резьба на длину 3 см и на нее с помощью двух гаек закреплена ручка, которой вращают пруток с катушкой при намотке трансформатора.

Размеры вышеописанного намоточного станка не критичны – все зависит от размеров сердечника. Если он сделан из ферросплавов и имеет форму кольца, то придется обмотку выполнять вручную.

Предварительный расчет количества витков можно сделать исходя из требуемой мощности аппарата. Например, если нужен повышающий трансформатор с 12 до 220 В, то требуемая мощность такого аппарата будет в пределах 90-150 Вт. Выбираем О-образный тип магнитопровода от старого телевизора или покупаем подобный в магазине. Сечение его должно быть выбрано по формуле из электротехнического справочника. В этом примере оно приблизительно равно 10-11 см².

Следующий этап – определение количества витков на 1 В, которое в данном случае равно 50 Гц, деленное на 10-11, что-то около 4,7- 5 единиц на вольт. Теперь можно посчитать количество витков первичной и вторичной обмотки: W1= 12 Х 5 = 60 и W2= 220 Х 5=1100.

Затем надо определить токи в них: I1 = 150_12=12,5 А и I2=150:220=0,7 А.

Найдем сечения и диаметры проводов обмоток по формулам из справочника.

Повышающий трансформатор предварительно рассчитан, можно приступать к его намотке.

Рабочий процесс изготовления каркасов катушек

Схема намотки сварочного трансформатора.

Изготовляют их из картона. Внутренняя часть должна иметь размеры чуть больше, чем стержень сердечника, а щечки должны свободно входить в окно трансформатора. При использовании О-образного сердечника надо сделать две катушки, а при применении Ш-образных пластин – одну.

При применении круглого сердечника от ЛАТРА его предварительно обматывают ленточной изоляцией и затем прямо начинают мотать на него провод, распределяя нужное количество витков по всему кольцу. После того как закончена намотка первичной обмотки, ее закрывают 3-4 слоями лакоткани и затем сверху начинают накручивать витки вторичной ее части. После этого ленточной изоляцией закрывают провод, предварительно выведя наружу концы обмоток. При использовании обычных магнитопроводов каркас катушек делают так:

  • делается выкройка гильзы с отворотами на сторонах торцов;
  • из картона вырезают щечки;
  • свертывают тело катушки по намеченным линиям в небольшую коробочку и заклеивают;
  • надевают на гильзу верхние части (щечки) и, отогнув отвороты, приклеивают.

Изготовление обмоток повышающего трансформатора

Размещение изолирующих кругов из электрокартона.

Катушку надевают на деревянный брусок с размерами стержня магнитопровода. В нем предварительно сверлится отверстие для прутка намоточного. Эта деталь вставляется в станок, и начинается процесс изготовления обмотки:

  • на катушку наматывают 2 слоя лакоткани;
  • один конец провода закрепляют на щечке и начинают медленно вращать ручку станка;
  • витки надо укладывать плотно, изолируя каждый намотанный слой от соседнего лакотканью;
  • после того как намотана катушка первичной обмотки, провод обрезают и второй его конец закрепляют на щечке рядом с первым;
  • На оба вывода надевают изоляционные трубки, а снаружи обмотку закрывают изоляцией;
  • В такой же последовательности производится намотка катушки вторичной обмотки.

Сборка повышающего трансформатора

Разбирают сердечник. Так как использован О-образный его тип из трансформаторного железа от телевизора, то это легко сделать, так как он состоит из двух половин. Надевают на «рога» обе катушки и соединяют обе части аппарата, зажимают крепежные детали.

Схема устройства однофазного трансформатора.

При использовании отдельных пластин для сборки вначале по мощности трансформатора определяют толщину его пакета и, соответственно, нужное число Ш-образных или О-образных листов (по справочнику). Затем их поочередно вставляют в отверстие на гильзе катушки и стягивают шпильками и гайками (в пластинах есть для этого специальные отверстия).

Если при включении трансформатора слышен шум или дребезг, то надо поплотнее закрутить крепеж. Это делают до тех пор, пока «жужжание» не прекратится. Производят испытание: включают трансформатор в сеть вторичной обмоткой – на первичной стороне должно появиться напряжение 12 В.

Оставляют его на полчаса включенным, при этом аппарат не должен нагреваться.

Если это условие выполнено, то трансформатор собран правильно.

Применяемые инструменты и материалы

  • сердечник из трансформаторного железа;
  • изоляция (лакоткань);
  • провод;
  • тонкий картон;
  • доски и деревянные бруски;
  • стальной пруток;
  • клей;
  • пила;
  • ножницы;
  • вольтметр.

Сделать самому повышающий трансформатор несложно, важно только не отступать от вышеприведенной технологии намотки и сборки. Такое изделие при соблюдении всех рекомендаций будет работать много лет.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

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