Как намотать трансформатор своими руками

Как изготовить и намотать трансформатор своими руками

При постройке приемника, усилителя или другой радиоаппаратуры радиолюбителю приходится сталкиваться с работой по переделке старого или по изготовлению нового трансформатора.

Радиолюбители, впервые приступающие к такой работе, часто не представляют себе достаточно ясно, как произвести намотку, какой подобрать материал и как испытать изготовленный трансформатор.

Сведения по этим вопросам, почерпнутые из журнальных статей и книг, обычно бывают недостаточны, и радиолюбителю приходится большую часть работы делать, полагаясь на свою смекалку, или прибегать к помощи и советам более опытного товарища.

Учитывая это, автором данной брошюры предпринята попытка дать в систематизированном виде необходимые указания по изготовлению маломощных трансформаторов и научить практическим приемам их намотки в домашних условиях или в радиокружке.

Приспособления для намотки

На заводах при массовом серийном или поточном производстве трансформаторы обычно наматываются на специальных, часто автоматизированных станках. Радиолюбителям трудно, конечно, рассчитывать на специальный намоточный станок, и поэтому намотку трансформаторов они производят обычно или непосредственно от руки, или с помощью простых намоточных приспособлений.

Рассмотрим, как можно из подручных материалов и при помощи обычных инструментов изготовить простые приспособления для намотки.

Простейшее такое приспособление показано на фиг. 1. Оно состоит из двух стоек 1 (или металлической скобы), укрепленных на доске 2, и оси 3 из толстого (диаметром 8-10 мм) металлического прутка, продетого сквозь отверстия в стойках и изогнутого на одном конце в виде рукоятки.

Для намотки провода на готовый каркас 4 изготовляют деревянную колодку 5, по размерам немного меньшую, чем окно каркаса. В колодке просверливают отверстие для насадки ее на ось.

Каркас надевают на колодку, которая затем помешается на оси и закрепляется там шпилькой 6. Для того чтобы каркас не болтался и не съезжал с колодки, между ними надо вставить уплотняющий клин 7 из твердого картона или тонкой фанеры.

Чтобы избежать при намотке осевого люфта, что очень важно для ровной укладки витков, на свободные участки оси между колодкой и стойками необходимо надеть отрезки трубок 8, которые можно изготовить из металлических листочков, обернув их вокруг оси 3.

Фиг. 1. Простейшее намоточное приспособление. 1 — стойки; 2 — доска; 3 — ось; 4 — каркас катушки; 5 — колодка; 6 — шпилька 7-клин; 5-трубки.

Фиг. 2. Намоточное приспособление из дрели. 1 — дрель; 2- тиски; 3 — прут; 4 — гайки.

Для снятия намотанного каркаса нужно вынуть шпильку 6 и вытащить ось 3.

Более удобное и надежное намоточное приспособление выполняется из ручной дрели / (фиг. 2), которую надо зажать в тиски 2 или прикрепить к столу так, чтобы ничто не мешало свободному вращению рукоятки дрели. В патрон дрели зажимается металлический прут 3, на который насаживают колодку с каркасом.

Прут диаметром 4-6 мм лучше всего нарезать, и тогда колодку с каркасом можно зажимать между двумя гайками 4. В этом случае можно обойтись без колодки, зажимая каркас двумя щечками из фанеры или текстолита с отверстиями в центре.

В качестве намоточного приспособления удобно также использовать готовый станочек для текстильных шпулей, моталку для перемотки кинопленки, телефонный индуктор и пр.

Особенно удобна моталка для кинопленки (после небольшой переделки), так как она сделана прочно и имеет мягкий безлюфтовый ход. Переделка ее заключается в замене короткого валика с замком для бобин с кинопленкой на длинную ось с резьбой и барашками для закрепления различных каркасов.

Не меньшее значение для намоточных работ, чем сам намоточный станок, имеет размоточное приспособление, на которое надевается катушка с проводом или каркас старого трансформатора, провод которого используется для новой намотки. Чтобы у разматываемого провода не портилась изоляция, а также чтобы не было толчков (что важно при рядовой укладке витков), провод должен идти совершенно равномерно.

Простейшее приспособление для размотки провода изображено на фиг. 3. Это обычный металлический пруток 1, продетый в отверстия деревянных стоек 2, укрепленных на доске 3.

Изготовление деревянной колодки для каркаса разматываемой катушки 4 в этом случае необязательно. Для того чтобы она не била и не прыгала при размотке, можно из толстого картона или бумаги свернуть нужного диаметра трубку 5, пропустить сквозь нее прут и достаточно плотно вставить ее в окно каркаса.

Фиг. 3. Простейшее приспособление для размотки провода, 1 — пруток; 2- стойки; 3- доска; 4 — катушка с проводом; 5 — трубка.

Фиг. 4. Станочек для размотки провода. 1 — скоба; 2 — доска; 3-болтики; 4- шпилька; 5 — гайки (барашки); 6 — щечки.

Лучше, однако, изготовить специальное размоточное приспособление, изображенное на фиг. 4. Из полосы мягкой стали или другого подходящего материала сгибается скоба 1, которая крепится к доске 2 (или столу).

В вертикальных стойках скобы делают отверстия (диаметром 5-6 мм) с нарезкой (резьба М-5 или М-6), в которые ввинчивают заточенные с концов на конус болтики 3. Из металлического прута диаметром 5-6 мм изготовляется нарезанная по всей длине шпилька 4, с торцов которой высверлены неглубокие отверстия (3-4 мм).

Конусы и шпилька комплектуются соответствующими гайками (лучше барашками) 5 и щечками 6 для зажима катушки или каркаса с проводом.

Весьма важным в процессе намотки является возможность точного счета числа витков. Простой, но требующий особого внимания способ — это устный отсчет каждого оборота (пли через один оборот) ручки станка. Если обмотка должна содержать большое число витков, то удобнее, отсчитав сотню витков, делать отметку на бумаге (в виде палочки), суммируя затем все отметки.

Фиг. 5. Сочленение счетчика витков с намоточным приспособлением. а — при помощи гибкого валика; б — с помощью шестерен.

В станочке с шестерепчатой передачей учитывается при этом коэффициент передачи, который следует всегда помнить.

Гораздо лучше применение механического счетчика, в качестве которого можно приспособить велосипедный спидометр или счетный механизм от электросчетчика, водометра и т. д.

Сочленение счетчика со станком можно выполнить при помощи гибкого валика (куска толстостенной резиновой трубки), соединяющего ось счетчика с осью стайка (фиг. 5,а). В этом случае каждый раз при установке нового каркаса приходится разъединять сочленение осей, снимая гибкий валик, и после установки нового каркаса надевать его вновь.

Более удобный, но и более сложный способ сочленения заключается в том, что счетчик связывается со станком посредством пары одинаковых шестерен (фиг. 5,6). При этом способе счетчик сцеплен со станком все время.

Каркас для трансформатора

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

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

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

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

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

Во избежание ошибок размеры пластин сердечника нужно тщательно измерить (если они неизвестны) и начертить на бумаге эскиз с размерами отдельных частей каркаса. Особенно важно согласование отдельных частей каркаса при сборке его «в замок». Соотношения размеров каркаса и пластин сердечника для разного типа пластин даны на фиг. 6.

Фиг. 7. Выкройка и склейка каркаса для трансформатора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Надо обратить внимание на то, чтобы стороны щечек с отверстиями в случае квадратного сечения сердечника не оказались закрытыми пластинами сердечника.

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

Изоляционные прокладки

В ряде случаев между соседними рядами обмоток трансформатора образуется большое напряжение, и тогда прочность изоляции самого провода оказывается недостаточной. В таких случаях между рядами витков необходимо класть изоляционные прокладки из тонкой плотной бумаги, кальки, кабельной, конденсаторной или папиросной бумаги. Бумага должна быть ровной и при рассматривании на просвет в ней не должно быть видимых пор и проколов.

Изоляция между обмотками в трансформаторе должна быть еще лучше, чем между рядами витков, и тем лучше, чем выше напряжение. Лучшая изоляция — лакоткань, но кроме нее, нужна еще и плотная кабельная или оберточная бумага, которые прокладываются также и с целью выравнивания поверхности для удобства намотки сверху следующей обмотки. Один слой лакоткани всегда желателен, однако ее можно заменить двумя-тремя слоями кальки или кабельной бумаги.

Измерив расстояние между щечками готового каркаса, можно приступить к заготовке изоляционных полос бумаги. Для того чтобы крайние витки обмотки не заваливались между краями полос и щечками, бумагу нарезают несколько более широкими полосами, чем расстояние между щёчками каркаса, а края на 1,5-2 мм надрезаются ножницами или просто загибаются.

При намотке надрезанные или загнутые полосы закрывают крайние витки обмотки. Длина полос должна обеспечить перекрытие периметра намотки с нахлестом концов на 2-4 см.

Для изоляции выводов, мест паек и отводов обмоток применяются отрезки кембриковых или хлорвиниловых трубок и кусочков лакоткани.

Для затяжки и закрепления начала и конца толстых обмоток (накальных и выходных), заготавливают куски (10-15 см) киперной ленты или полоски, вырезанные из лакоткани и сложенные для прочности втрое, вчетверо.

Если наружный ряд обмотки близко подходит к сердечнику, то из тонкого листового текстолита или картона вырезают прямоугольные пластинки, которые вставляются между обмоткой и сердечником после сборки трансформатора.

Намоточные и выводные провода

Обмотки трансформаторов, с которыми приходится иметь дело радиолюбителю, чаще всего выполняются проводом с эмалевой изоляцией марки ПЭ или ПЭЛ.

В силовых трансформаторах для сетевых и повышающих обмоток применяется исключительно провод ПЭ, а для обмоток накала ламп — тот же провод или, при большом диаметре (1,5-2,5 мм), провод с двойной бумажной изоляцией марки ПБД.

Выводы концов и отводы от обмоток, выполненных тонким проводом, делаются проводом несколько большего сечения, чем провод обмотки. Для них лучше брать гибкий многожильный провод с эластичной изоляцией (например, хлорвиниловой или резиновой). По возможности желательно брать провода с различной расцветкой, чтобы по ним можно было потом легко узнать любой вывод.

Выводы от обметок, выполняемые толстым проводом, можно делать тем же проводом. На концы или отводы этих обмоток надо надеть кусочки тонкостенных изоляционных трубок. Выводные проводники должны быть такой длины, чтобы их можно было свободно присоединить к элементам схемы или к расшивочной планке (гребенке).

Намотка

Катушка с проводом, предназначенным для очередной намотки, зажимается между съемными щечками нарезной шпильки размоточного устройства. Шпилька с катушкой устанавливается в конусах этого устройства (фиг. 4).

В зависимости от диаметра провода регулируются нажим конусов и степень притормаживания разматываемой катушки. Катушку необходимо зажимать так, чтобы она при размотке не била, так как от этого зависят успешность и легкость укладки провода виток к витку. Размоточное приспособление располагается впереди намоточного станка не ближе 1 м (дальше — лучше).

Подготовленный каркас трансформатора зажимается между двумя свободно насаженными на шпильке щечками.

Фиг. 10. Расположение элементов намотки трансформатора и рук намотчика.

Шпилька затем вставляется в патрон дрели или зажимается на валу намоточного станка. Каркас, так же как и катушку с проводом, надо хорошо отцентровать, чтобы он при намотке равномерно вращался и не бил. Зажимные щетки нужно располагать таким образом, чтобы не закрыть ими отверстий для выводов в каркасе.

Устанавливать катушку с проводом на размоточном приспособлении и намоточный станок на столе надо так, как изображено на фиг. 10. Провод должен итти сверху катушки на верх каркаса трансформатора.

Станок или дрель располагается над столом на такой высоте, чтобы между осью станка и плоскостью стола было расстояние 15-20 см, тогда при намотке левую руку можно свободно положить на стол, не мешая вращению станка с каркасом.

Перед тем как приступить к намотке, надо приготовить изоляционные прокладки, выводные проводники, изоляционную трубку для выводов, лист бумаги и карандаш для отметок при счете витков, если нет счетчика, ножницы для подрезки прокладок, кусочек мелкой наждачной бумаги для зачистки изоляции и разогретый паяльник для припайки выводов. Самому надо свободно сесть против стола (верстака) и поупражняться во взаимодействиях рук.

Правой рукой надо вращать намоточный станок с таким расчетом, чтобы провод ложился на каркас сверху, а левой — придерживать и натягивать провод, направляя его движение так, чтобы он ложился равномерно виток к витку (для этого левую руку надо положить на стол под ось станка или приспособления, вытянув ее как можно дальше вперед). Чем дальше от каркаса направлять провод, тем точнее и легче укладывается провод.

Фиг. 11. Заделка выводных проводов обмотки трансформатора. а-обычная заделка выводного провода; б — намотка при обычной заделке провода; в — заготовка выводного провода с широкой прокладкой; г — намотка при заделке провода с широкой прокладкой; д — заделка последнего вывода обмотки; е — заготовка петлевого выводного провода.

Выверенный и закрепленный на станке или дрели каркас обертывают тонкой бумажной полоской. Чтобы полоска держалась, ее можно слегка приклеить.

Выводной проводник или конец самого наматываемого провода обмотки можно закрепить двумя способами.

Если провод тонкий, то вывод делают другим, гибким проводом. Такой вывод должен быть достаточно длинным, чтобы, пропустив его сквозь отверстие в каркасе, можно было обернуть им (одним оборотом) гильзу каркаса.

К заранее зачищенному и залуженному на 2-3 мм кончику выводного проводника припаивают зачищенный конец наматываемого провода и, изолировав место спайки сложенным вдвое кусочком бумаги или лакоткани, начинают намотку (фиг. 11,а). Изолирующая накладка прижимается при намотке последующими витками (фиг. 11,6).

Продетый в отверстие каркаса вывод надо несколько разобернуть вокруг оси (шпильки) намоточного станка или привязать его к ней, чтобы при дальнейшей намотке он не выдернулся из каркаса. Для большей надежности выводы можно привязывать к гильзе несколькими витками крепкой нитки.

Другой способ заключается в том, что выводной провод после пропуска его сквозь отверстия в щечке каркаса захватывается полоской прокладочной бумаги, край которой загибается под провод (фиг. 11,в). Затем полоска, которая должна иметь ширину каркаса, обертывается вокруг гильзы и прижимает выводной провод.

Под полоску при этом (у конца выводного провода) нужно подложить изолирующую» накладку, которая потом прикроет место спайки выводного и наматываемого проводов.

К выступающему из-под прокладки залуженному концу выводного провода, находящемуся у другой щечки каркаса, припаивают зачищенный кончик наматываемого провода и производят намотку. Изолирующая накладка при этом будет прижата первыми витками обмотки, а выводной конец- витками ее первого ряда (фиг. 11,г).

Намотку нужно производить сначала не спеша, приспосабливая руку так, чтобы провод шел и ложился виток к витку с некоторым натяжением. В процессе намотки данного ряда левую руку следует равномерно передвигать за укладкой витков, стараясь сохранять угол натяжения. Таким образом, последующие витки первого ряда прижимают предыдущие.

Каждый ряд надо на 2-3 мм не доматывать до щечки каркаса, чтобы предотвратить этим проваливание витков вдоль щечки. Особенно это важно при намотке высоковольтных обмоток (например, повышающей в силовом или анодной в выходном трансформаторах).

Перед началом намотки (когда заправлен и припаян первый вывод) счетчик оборотов нужно поставить на нуль или записать его показания. При отсутствии счетчика обороты считают про себя или вслух, причем Каждая сотня оборотов отмечается на бумаге палочкой.

После намотки каждого ряда провод надо оставлять натянутым, чтобы во время наложения бумажной прокладки намотанная часть обмотки не распускалась. Для этого можно прижать провод к щечке каркаса бельевым зажимом. Прокладка должна закрывать весь ряд обмотки. Она склеивается или же временно (до удержания ее витками следующего ряда) прижимается к обмотке резиновым кольцом, которое можно изготовить из тонкой шнуровой резинки.

Последний вывод обмотки можно делать так же, как и первый. Перед намоткой последнего полного или неполного ряда этот выводной проводник вместе с бумажной прокладкой (фиг. 11 ,в) нужно уложить на каркасе и, обернув каркас полосой прокладки, прижать проводник резиновым кольцом.

После намотки последнего ряда наматываемый провод обрезается и после зачистки припаивается к залуженному кончику выводного проводника (фиг. 11,д). Если выводной конец должен выходить из щечки, около которой кончается последний ряд обмотки, то заготовка выводного конца делается в виде петли (фиг. 11,е), которая укладывается на каркасе точно так же, как и обычный выводной проводник.

Отводы от части витков обмотки, наматываемой не слишком тонким проводом (от 0,3 мм и более), можно делать в виде петли тем же проводом (не обрезая его), как это показано на фиг. 12,а. Петля в этом случае пропускается через отверстие сложенной вдвое бумажной полоски, которая затягивается после прижатия ее к обмотке последующими витками (фиг. 12,6).

Можно обойтись и без бумажной полоски, если на петлеобразный отвод надеть изоляционную трубку. Отводы от обмотки, выполняемой тонким проводом (менее 0,3 мм), делаются обычно гибким выводным проводником, который припаивается к проводу, как показано на фиг. 12,в.

Фиг. 12. Отводы от обмотки трансформатора, способы крепления. а — петлевой отвод; б — заделка петлевого отвода; в — отвод из отдельного провода.

Фиг. 13. Крепление концов обмотки трансформаитора из толстого провода. а — крепление первого вывода обмотки; б — крепление последнего вывода обмотки; в — крепление двух выводов двусторонней затяжкой.

Начало и конец обмоток из толстого провода выводятся непосредственно (без отдельных выводных проводов) через отверстия в щечках каркаса. На выходящие из каркаса концы нужно только надеть гибкие изоляционные трубки. Крепление концов обмотки производится с помощью узкой хлопчатобумажной ленты.

Ленту складывают вдвое, образуя петлю, в которую пропускается первый выводной конец провода. Придерживая затем ленту рукой и намотав на нее туго 6-8 витков, петлю затягивают (фиг. 13,а). Так же закрепляется и второй выводной конец обмотки.

Не домотав в этом случае 6-8 последних витков, на каркас кладут сложенную петлей ленту, наматывают последние витки, которые прижимают эту ленту к каркасу, и, пропустив в петлю конец обмотки, затягивают петлю (фиг. 13,6).

Если обмотка из толстого провода содержит небольшое число витков (не более 10), то выводные концы можно закреплять лентой путем двусторонней затяжки, как показано на фиг. 13,в.

В многослойных обмотках из толстого провода после каждого ряда рекомендуется делать бумажные прокладки. Если каркас не особенно прочный, то каждый последующий ряд надо делать на один-два витка меньше, а пустоты между обмоткой и щечками каркаса заполнить потом шпагатом или нитками. Это важно в том случае, когда сверху еще будут другие обмотки.

При обрывах провода во время намотки или когда обмотка выполняется из отдельных кусков провода, концы проводов соединяют следующим образом. У проводов небольшого диаметра (до 0,3 мм) концы на 10-15 мм зачищают наждачной бумагой, аккуратно скручивают их и спаивают. Место соединения проводов затем изолируется кусочком прокладочной бумаги или лакоткани.

Концы более толстых проводов обычно спаиваются без скрутки. Тонкие провода (0,1 мм и меньше) можно сваривать, скрутив концы на 10-15 мм (без зачистки изоляции) и помещая их затем в пламя спиртовки, газа или нескольких спичек. Соединение проводов в этом случае считается надежным, если на конце скрутки образуется небольшой шарик.

Обмотки из тонкого провода с числом витков в несколько тысяч можно наматывать не виток к витку, а «в навал». Однако укладывать витки следует равномерно, чтобы обмотка не имела бугров и провалов. Примерно через каждый миллиметр толщины такой намотки надо делать бумажные прокладки.

Для симметрирования двух обмоток или половин обмоток часто применяют каркасы, перегороженные посредине щечкой. Сначала наматывается одна половина обмотки, а затем каркас перевертывают на 180 градусов и наматывается другая половина.

Так как витки каждой половины обмотки будут при этом намотаны в разные стороны, то при последовательном включении половин нужно соединить их начала или концы. Выводы от обмоток в этом случае удобнее делать с противоположных сторон каркаса.

Обмотки трансформатора или дросселя можно выполнять и без каркаса. Намотка производится в основном так же, как и с каркасом, но прокладки между обмотками (или рядами) делают очень широкими (в три раза шире обмотки) .

По окончании намотки каждой секции выступающие края прокладки разрезают на углах ножницами или лезвием безопасной бритвы и, загибая их, закрывают намотанную секцию (фиг. 14). Торцевые стороны намотанных обмоток нужно залить потом смолкой (от сухих элементов и батарей).

Фиг. 14. Бескаркасная намотка катушки трансформатора.

Снаружи, если верхний ряд витков последней обмотки намотан толстым проводом и выполнен достаточно аккуратно, катушку можно ничем не обертывать. Если же верхняя обмотка сделана из тонкого провода, да еще намотана не виток к витку, то катушку следует обернуть бумагой или дерматином.

Для того чтобы при монтаже трансформатора можно было легко разобраться в выводах и отводах, желательно применять разноцветные выводные проводники. Например, выводы сетевой обмотки трансформатора делать желтыми, начало и конец повышающей обмотки — красными, отвод от середины повышающей обмотки и провод от экрана — черными и т. д.

Можно, конечно, применять и одноцветные выводные проводники, но тогда необходимо на каждый вывод надевать картонную бирку с соответствующим обозначением.

Сборка сердечника и монтаж выводов

Закончив намотку трансформатора, приступают к сборке его сердечника. Если выводы обмоток сделаны с одной стороны щечки каркаса, то он кладется на стол выводами вниз.

Если же выводы сделаны с обеих сторон щечек, то каркас надо расположить так, чтобы внизу оказалось наибольшее число выводов и наиболее толстые из них; верхние же выводы надо сложить в несколько раз и привязать их временно к обмотке, чтобы они не мешали при сборке сердечника (фиг. 15, а). Это особенно важно при форме пластин сердечника с просечкой на среднем керне.

Пластины сердечника силового трансформатора собираются без зазора, в перекрышку (поочередно то слева, то справа), как показано на фиг. 15, б. Сердечники же выходных трансформаторов или дросселей фильтра часто собирают с воздушным зазором, вставляя пластины только с одной стороны (фиг. 15, в).

Чтобы этот зазор оставался неизменным, в стык между пластинами и накладками сердечника вставляют полоску бумаги или картона. В пластинах с просечкой на среднем керне толщина зазора определяется толщиной просечки.

Фиг. 15. Сборка сердечника для трансформатора. а — подготовка каркаса с обмотками для заполнения его пластинами; 6 — сборка пластин сердечника в „перекрышку»; в — сборка пластин сердечника в стык с зазором; г — сборка сердечника из пластин с просечкой среднего керна.

Если каркас не очень прочен, то заполнять его пластинами (особенно в конце сборки) надо очень осторожно, так как иначе можно острым краем среднего керна разрезать гильзу и повредить обмотку. Для предотвращения этого желательно в окно каркаса вставить и загнуть защитную полоску из мягкой стали (фиг. 15, б).

При сборке сердечника из пластин с просечкой среднего керна нужно применять вспомогательную направляющую пластинку (фиг. 15, г), вырезав ее, например, из одной пластины сердечника.

Окно каркаса заполняется возможно большим числом пластин. Если трансформатор был разобран и перематывался, то при его новой сборке надо использовать все вынутые раньше пластины. В процессе сборки сердечник следует несколько раз поджимать, просунув для этого в окно каркаса линейку или пруток.

Последние пластины, если они входят туго, можно забить молотком, легко ударяя им через деревянную подкладку. После этого, поворачивая трансформатор разными сторонами и ставя его на ровную поверхность, надо легкими ударами молотка через деревянную подкладку подравнять сердечник.

Сердечник, после его сборки, должен быть хорошо стянут. Если в пластинах имеются отверстия, то он стягивается болтиками через накладные планки или угольники (фиг. 16, а и б).

Вместе с этим можно установить и щиток с лепестками для подпайки выводных концов обмоток.

Сердечник небольшого размера, собранный из пластин без отверстий, можно стянуть одной общей скобой, вырезанной из нетолстой мягкой стали (фиг. 16,в).

Очень удобно для крепления трансформатора и стягивания его сердечника использовать шасси, на котором трансформатор должен быть установлен. В шасси вырезают окно для прохода нижней части катушки с выводами, устанавливают трансформатор и стягивают сердечник болтиками через общую накладную рамку (фиг. 16, г).

Выводные концы при этом соединяются с соответствующими участками схемы либо непосредственно, либо через установленный на шасси щиток с контактными лепестками.

Фиг. 16. Сборка трансформатора. а и 6 — трансформаторы с контактными щитками, стянутые болтиками с помощью планок и угольников; в — трансформатор, стянутый скобой (обоймой); г — трансформатор, стянутый болтиками между планкой и шасси.

Простейшие испытания

Трансформатор, после его намотки и сборки необходимо испытать. Силовые трансформаторы испытываются путем включения первичной (сетевой) обмотки в электросеть.

Для проверки отсутствия коротких замыканий в обмотках трансформатора можно рекомендовать следующий простой способ. В сеть последовательно с первичной обмоткой / проверяемого трансформатора включается электрическая лампа Л (фиг. 17), рассчитанная на соответствующее напряжение сети.

Для трансформаторов мощностью 50-100 вт берут лампу 15- 25 вт, а для трансформаторов 200-300 вт — лампу 50- 75 вт. При исправном трансформаторе лампа должна гореть примерно «в четверть накала».

Если при этом замкнуть накоротко какую-либо из обмоток трансформатора, то лампа будет гореть почти полным накалом. Таким путем проверяются целость обмоток, правильность выводов и отсутствие короткозамкнутых витков в трансформаторе.

После этого, проследив за тем, чтобы выводы обмоток не были замкнуты, первичную обмотку трансформатора надо включить на один-два часа непосредственно в сеть (замкнув выключателем Вк лампу Л). В это время можно вольтметром измерить напряжение на всех обмотках трансформатора и убедиться в соответствии их величин с расчетными.

Фиг. 17. Схема для испытания обмоток трансформатора.

Кроме того, нужно испытать надежность изоляции между отдельными обмотками трансформатора. Для этого одним из выводных концов повышающей обмотки II надо поочередно коснуться каждого из выводов сетевой обмотки 1.

В этом случае напряжение повышающей обмотки совместно с напряжением сетевой обмотки будет действовать на изоляцию между этими обмотками.

Таким же образом, прикасаясь выводным концом повышающей обмотки II к выводным концам других обмоток, испытывается изоляция и этих обмоток. Отсутствие искры или слабое искрение (за счет емкости между обмотками) при этом показывает достаточность изоляции между обмотками трансформатора.

Испытание трансформатора нужно производить внимательно, соблюдая осторожность, чтобы не попасть под высокое напряжение повышающей обмотки.

Другие виды трансформаторов (выходные и т. п.) с обмотками из достаточно большого числа витков испытываются таким же образом. Измеряя при этом напряжения на обмотках трансформатора, можно определить коэффициент трансформации.

Убедившись в результате испытания в исправности изготовленного трансформатора, последний можно считать готовым к установке и монтажу.

Справочные таблици

Таблица 1. Характеристики медных эмалированных проводов ПЭЛ и ПШО.

Таблица 2. Число витков, приходящихся на сантиметр длины сплошной намотки.

Намотка тороидального трансформатора глазами практика. Отделка и крепёж

Данная статья не претендует на звание бестселлера научно популярной литературы, а скорее руководством для начинающих. В статье рассказывается сам процесс намотки, а не его расчёт.

Рано или поздно в практике каждого радиолюбителя возникает вопрос о том чем питать то или иное устройство. Самые ходовые мощности УНЧ это 2*100 или 2*200. Поэтому оптимальным вариантом есть «бублик» на 150 ватт габаритной мощности, в первом случае такой нужен один для 2 каналов, в другом парочка для двойного моно. Тороидальный трансформатор обладает лучшим соотношением размер-мощность, высокий КПД, а также минимальными помехами. Именно поэтому их так любят аудиофилы. Рассмотрим процесс намотки этого типа трансформаторов более подробно.

Основное, что должен знать и главное понимать человек который мотает трансформатор:

• длина провода (количество витков) это напряжение;
• сечение проводника- это ток которым можно нагружать его;
• если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
• если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного) , это опять таки тепло;
• перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Итак, что нужно для намотки:

1. Трансформаторное железо в форме тора (далее я напишу где взять);
2. Лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод);
3. Скотч малярный (бумажный);
4. Клей ПВА;
5. Тканевая изолента или киперка;
6. Кусочки провода в изоляции;
7. И последнее, но главное — это желание.

ТРАНСФОРМАТОРНОЕ ЖЕЛЕЗО

Рассказывать о том как рассчитать мощность железа я не буду для этого есть уже очень много статей… Расчёт мощности сложен с практической точки зрения, так как не известна марка стали, качество её производства. Поэтому два сердечника с одной габаритной массой имеют разные параметры. Рассмотрим пример намотки сердечника на уже «отработанном» сердечнике. Один из самых легко доставаемых сердечников, качество которого достойно внимания. Является сердечник из советского стабилизатора «Украина-2»(сн-315). В своё время их много погорело, и на рынке можно достать такой аппарат за 20 грн… Нас интересует тор. Намотан этот бублик алюминиевым лакопроводом, мы нещадно его сматываем (или скусываем), нам необходим сердечник (аккуратно чтобы не повредить сердечник). Алюминиевый провод можно использовать для других целей (веники скручивать или провода), или как в моём случае я его переплавляю для других целей (делаю радиаторы). После сматывания получается красивый сердечник с габаритами 96-54-32 мм, соответственно наружный, внутренний диаметр и высота. Ниже приведён пример такого сердечника ( Рис.1 ). Габаритная мощность такого сердечника не менее 120 ватт (проверено на практике).

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально (понимаю что лень но нужно). Минимальный радиус окружности 3мм. На Рис.1 видно что углы уже обработаны, и тор готов к намотке. Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Что-б изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту из шириной около 25мм (Рис.2), тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем (читаем дальше).

После этих операций сердечник готов к намотке и мы переходим к следующему шагу.

ЛАКОПРОВОД

Лакопроводом я называю электрический проводник изоляция которого сделана из лака (по культурному намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В). К примеру провод ПЭВ-2, диаметром 1,6мм имеет толщину изоляции около 0,06-0,07мм, а «чёрный» 0,1-0,11мм.

Расчёт сечения провода очень интересный процесс. На эту тему в интернете есть много литературы, и писать о всяких расчётах и тонкостях я не буду (Google в помощь). В зависимости от выбранной вами плотности тока будет разное сечение провода. Главное, что требуется это правильно соотношение мощностей. Необходимо чтоб мощность вторичной обмотки не привышала больше возможности первичной. Как известно КПД трансформаторов в виде тора очень высок и равняется около 97%, поэтому при намотке тора мощностью в 200 ватт, 6 ватт потерь это мелочь которой можно пренебречь. Считаем, что мощность первичной обмотки больше или равна мощности сумме всех вторичных обмоток.

Пример расчёта. Нужно намотать трансформатор. Первичная обмотка рассчитана на 220В. Вторичных обмоток две по 28В. Диаметр провода первичной обмотки 0,6мм в лаке. Толщина лака около 0,06мм и того «чистый» диаметр провода первичной обмотки около 0,54мм. Подставляем в формулу площади круга и получаем сечение 0,228 мм 2 (если вы не знаете как я это рассчитал то купите усилитель и не заморачивайтесь). И так за пропорциею получаем 220В/28В*2=3,92 это значит что вторичная обмотка должна иметь сечение в 3,92 раза толще за первичную обмотку. Как вы видите я не использовал мощность и соответственно плотность тока. Каждый берет плотность тока какую считает правильной (для себя я принимаю 4А/мм 2 , и мои мысли подтверждают реальный тест транса который я дальше опишу).

Для сердечника который описан выше лучше использовать провод по первичке не менее 0,6мм в диаметре. Провод такого сечения и необходимой длины можно найти в старых ламповых телевизорах, ввиде петель размагничеваний. На рынке всегда есть люди которые занимаются покупкой старых телевизоров («барахольщики»), у них можно найти необходимый провод. У нас на рынке есть два вида петель: маленькие и большие, меньшие по 20 грн, большие по 50.

Маленькие по диаметру, таких в телевизорах используется по 2 штуки. Диаметр такой половинчатой петли размагничивания около 40-50см, сечения проводника где-то около 0,6мм. При качественной укладке этой петли хватает на намотку первичной обмотки одного тора с запасом в пару метров.

Если же использовать большую петлю, то длина провода такой буквально в полтора раза больше маленькой по этому выгоднее покупать маленькие петли. Бывает попадается петля от лампового, цветного телевизора, длина провода в такой петле аналогична но сечение провода может достигать 0,7мм. Если вам такая попалась значит повезло.

И так вы нашли петлю размагничивания как правило она обмотана киперной тканью (тряпочная полоска), а сверху прозрачной лентой или изолентой. Возле выводов проводов находится стык, где можно зацепится и аккуратно размотать петлю. Не нужно срезать, спиливать, срывать изоляцию вы можете повредить провод, кроме того эта изоляция нам ещё понадобится. После сматывания у нас остаётся красивый провод который можно использовать. Некоторые перематывают провод на «челнок», лично я так не делаю, зачем провод лишний раз изгибать, если он и так нужной формы, кроме того если наматывать маленькие торы, то челнок займёт больше места и может не пролезть в окно, а также повредить лак. Перед тем как начать его наматывать необходимо сделать скрутки чтоб провод не разъезжался. Для того чтоб делать скрутки необходимо взять кусочки одножильного провода (желательно в ПВХ-изоляции) длиной по 5-7см. Обматываем петлю по кругу из несильно плотным шагом, потом в ходе намотки чтоб добавить (отмотать провода) нужно будет просто прокрутить эту пружинку и провод отделится (смотрим фото Рис.3).

Теперь наша петля имеет один конец с наружной части, а другой где-то внутри, нам нужен именно наружный. Далее вернёмся к железу которое у нас уже обработано и обмотано изолентой или киперкой. Помните мы не заклеивали край вот зачем (смотри на Рис.4). С той стороны где будет верх транса(выводы вверх выходят) на углу тора делаем надрез по центру изоленты и продеваем туда лакопровод уже в изоляции это будет отвод начала обмотки. Некоторые рекомендуют припаивать кусочек гибкого многожильного провода в изоляции и делать такой отвод. Меня такой вариант не устраивает потому что таким образом я не знаю какой провод находится в первичке, а так даже через десяток лет микрометром померил и знаешь что можно жать с него, а с отводом кто знает что там за сечение. Хотя дело ваше.

Изготовим выводы для провода. Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения. Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень не нужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался. Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов). Рекомендую за раз «натягать» изоляции и пользоваться. ( Рис.2 ).

Отечественные обмоточные провода

Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105. 200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.

Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002. 2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.

Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку — эмалевое покрытие по цвету близко к черному.

Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02. 2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4. 20 мм2) имеют лакированную изоляцию на поливинил-формалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).

ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 — эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05. 1,6 мм), они имеют изоляцию на основе полиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.

Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.

ПРОЦЕСС НАМОТКИ

Для намотки транса вам потребуется 4-5 вечеров и по 2 часа времени, почему не менее 4 дней поймёте дальше.

Один конец провода мы уже запустили и прижали. Далее начинается самое муторное намотка. Мотать рекомендую так. Берём транс (пока что железо), одеваем перчатку или берём в руку какую либо ветошь из натуральной ткани. Усаживаемся на диван или кровать включаем фильм который уже видел или музыку (чтоб не сильно отвлекаться), и начинаем мотать. Каждый виток продеваем в кольцо железа. Мотать нужно виток к витку из внутренней стороны (некоторые умудряются с наружной, каким образом не представляю).

Рекомендации по ходу намотки

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно (пунктир красная линия) к касательной (чисто красная), а слегка наклонено в сторону намотки(желтый), как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной (Рис.5). Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам. Если у вас провод погнутый он идеально не уложится поэтому он должен быть максимально прямым, для этого во время намотки его нужно сильно натягивать тем самым его выпрямляя. Вот зачем нужны перчатки или ветошь, если не применять перчатки то пальцы и ладонь очень быстро устают и болят. Если наматывать провод сечением больше 1,5мм (очень тяжело) то рекомендую провод для простоты выпрямления слегка перегибать под натяжкой.

(Отец моего друга мотает сварочники 50 герц, вторичка шинка медь 35 квадратов укладывает руками идеально ровно, так он изгибает 5 копеек украины в пельмень- пальцами).

Во время намотки провод осматривается на наличие изъянов, особенно в местах изгиба, если лак нарушен то замазываем его аккуратно изолирующем цапон лаком или краской (на крайний случай обычным лаком для ногтей).

Когда намотали слой до конца. Между слоями необходимо делать межслойную изоляцию. Мне повезло и у меня есть некоторые заначки лакоткани, причем ткань такая что тянется и пропитана чем то липким. Такая если прилипает друг до друга(сложилась) то её очень сложно разделить. От неё слипаются пальцы. Такая лакоткань идеальный изолятор, кроме того обмотка не дребезжит даже при перегрузке. Но такое есть у очень малого числа людей. Теже функции изолятора очень хорошо реализовать при помощи малярного скотча.

После того как намотали слой берём и изолируем его при помощи малярного скотча. Делаем полосочки шириной где-то по 15мм. И этими полосками обматываем транс изначально что-б про изолировать внутреннюю часть намотки провода (изнутри бублика). Затем изолируем пробелы с наружной части бублика. В результате изоляции скотчем получится, что изнутри изоляция накладыванием слоев, станет в два раза толще, с наружи одинарная. После того как обмотали необходимо обильно смазать тор клеем ПВА, это делается для того что-б скотч не разматывался, а также он станет крепче и как будто цельный. Помимо всего клей будет удерживать обмотки что-б те не «гудели». Клея жалеть не нужно, смазываем пальцем и слегка втираем. После чего тору необходимо высохнуть. Я обычно мотаю тор вечером, намотав слой пропитываю клеем, а сам тор для хорошей циркуляции воздуха, ложу на игольчатый радиатор. За ночь тор высыхает и его можно мотать дальше. Вот почему минимум 4 вечера потребуется на намотку (4 вечера- 4 слоя). При необходимости можно ускорить процесс высыхания феном. Мотаем следующий слой… сам процесс намотки аналогичен и ни чем не отличается. По окончанию намотки конец намотки помещаем в такую же изоляцию как в начале обмотки. Затем конец обмотки закрепляем малярным скотчем, изолируем обмотку при помощи скотча малярного и пропитываем клеем.

Есть ещё один хороший вариант изоляции между слоями. Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин:воск. Паровая баня берем в кастрюлю набираем воды и ставим кипятится(нам нужен пар). Сверху устанавливаем емкость в которой помещен трансформатор и воск-парафин. Трансформатор зарание подвязываем на проволоку, конец оставляем(когда смесь потечёт за эту нить нужно в мокать трансформатор как пакетик чая в чашке). Когда будете окунать трансформатор нужно осторожно дабы капли воска не попали на пламя, очень сильно горючь. Ранее именно таким «расстовором» пропитывались выходные трансформаторы для ламповых УНЧ, Хотя и другие качественные трансы тоже. Когда смесь разогрета она имеет очень высокую текучесть почти как у воды, в результате чего бумага стает буквально пропитана парафином и воском. Однако этот вариант будет изначально не эффективен если транс будет греться (теплый) при температуре в 50 градусов, воск уже достаточно мягкий и не будет сдерживать провод от вибрации 50Гц, хотя и будет выполнять функции диэлектрика. (Правда именно из-за вибрации и тре ния провода перетираются и получается замкнутый виток, который приводит к повреждениям уже в ходе эксплуатации ).

Для импульсных трансформаторов рекомендую в качестве пропитки использовать не скотч, а бумагу+ клей БФ-2. Этот клей прежде всего применяется в изготовлении катушек для динамиков. Но в импульсном трансформаторе тоже очень хорошо себя проявил. При неоднократной перегрузке не малейшего писка на частоте преобразования в 15КГц. Разматывая обмотки из каркаса, они снимались шлейфом ш ириной у 8 жил.

В ходе намотки периодически измеряем ток холостого хода, для этого необходимо подключать тестер последовательно с первичной обмоткой в режиме амперметра(читаем инструкцию на тестер). Измерять ток х.х. необходимо очень осторожно ведь работа от сети! Для избегания всяких ЧП рекомендую последовательно с первичкой включить лампочку на 220В, мощности порядка 40Вт. Лампочка будет гореть если число витков сильно мало, если транс намотан правильно то она должна быть лишь с розовым оттенком, что говорит о низком токе который через неё протекает. Трансформатор имеет большие пусковые токи, в момент запуска трансформатора перегрузки могут достигать 160 раз. Поэтому запуск трансформатора необходимо делать не непосредственно через тестер, а при помощи «перемычки» которую потом размыкаешь и ток начинает течь через тестер. Перемычку можно реализовать простым замыканием щупов тестера, которые потом разомкнуть. Каким должен быть ток холостого хода я напишу ниже.

Для трансформаторов у которых низкий ток потребления рекомендуется использовать резистор 10 или 100 Ом(2-5Вт) который включается последовательно с первичной обмоткой. Измерив падение напряжения на резисторе, при помощи закона ома перещетать ток. Такой метод является более предпочтительный нежели первый, но в тоже время более опасным при высоком токе потребления- резистор превращается в уголь за доли секунд.

О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяет для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.

Намотаный мною трансформатор по моей методике имеет ток х.х. равным 11мА (при 4 слоях первички).

Если последовательно всё делать, то получится нечто похожее:

ПРОЦЕСС ТЕСТИРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяется для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.

Очень полезно будет посмотреть форму тока холостого хода, в первичной обмотке при помощи осциллографа. НО!! это нужно делать в очень специальных условиях! Для этого необходим развязывающий трансформатор (220/220В), при том что индукция должна быть очень низкой что-б не вызывать дополнительных искажений формы «синуса». А также латр. Этот пункт теста рекомендую делать только очень опытным специалистам, последствия чреваты выгоранием осциллографа.

При использовании моих параметров намотки я «снимал» с такого транса 150 ватт на протяжении нескольких часов (дольше не было времени).

Изолируем первичную обмотку от вторичной.

После намотки необходимо числа слоев первичной обмотки мы подходим к моменту намотки вторички. Изолировать первичную обмотку от вторичной нужно очень тщательно.

В случае если вдруг сгорит вторичная обмотка то найхутшие последствия это выход из строя УНЧ. Но если в этот момент каким то образом вторичная обмотка «закоротит» на первичную то это уже опасность для жизнь! Ибо вторичная обмотка трансформатора в средней точке подключена к корпусу уся, представьте что когда вы крутите ручку регулировку громкости вас бьет током?! Неприятно поэтому заземление в розетке это не желаемая норма это необходимость, если вам дорого свое здоровье рекомендую уделить этому особое внимание… (Это было небольшое отступление).

Исходя из того что в розетках ОЧЕНЬ редко бывает НАСТОЯЩИЕ заземление, нужно максимально изолировать первичную обмотку от вторичной. Для этой операции можно применить уже накатанный метод и использовать скотч малярный. НО толщину слоя нужно как минимум удвоить, а лучше втрое. Притом пропитка клеем обязательно, клей придаст эластичности и дополнительный слой. Более лучшим вариантом будет применение специальных электротехнических лаков типа ЦАПОН (цвет не важен). В этом случае мы буквально вымачиваем тор в лаке, можно вплоть до того что замочить его! Лак будет более текучий если его подогреть, цапон при нагрев стает похожий на воду, и тем самым хорошо пропитывает обмотки изолируя и закрепляя их. Относительно первичной обмотки это одни из лучших мер, как на меня даже лучше парафина. Если вы собираетесь использовать пропитки то логично что использовать всякие «жёлтые-трансформаторные» скотчи противопоказанно, слой скотча просто не даст протечь глубже, в отличии от бумаги или лакоткани. Касательно «фиксации» и изолирования вторичной обмотки при помощи лаков категорически против (вдруг нужно перемотать вторичную, это будет сделать не возможно, кроме того смотанный провод только на металлолом.)

Если нет лака, а малярный-скотч не впечатляет. Очень даже неплохо будет изолировать обмотки фторопластом, этот материал супер изолятор! С виду он похож на плёнку белого слегка прозрачного цвета (фото ниже).

Основная особенность он термоустойчив к нагреванию (от минус -268 до +260 градусов). Когда мне нужно увеличить температуру жала паяльника, я просто обматываю его фторопластом не давая охлаждаться «телу» паяльника). Такие изюминки можно найти только в спец магазинах, хотя там рядом будет и лакоткань J, что тоже очень хорошо. Доступ к таким ассортиментам есть далеко не у всех, а если хочется… В таком случае рекомендую порыться в закромах. Фторопласт нужной нам формы можно достать в конденсаторах типа ФТ. Если аккуратно демонтировать алюминиевый корпус конденсатора то мы получим сердечник(сам конденсатор) из плотно намотанного так нам нужного фторопласта. Из конденсатора 0,022мкф можно смотать два куска по одному метру. Для изоляции первички нам потребуется около 5-6 метров. То бишь ищем мин 3 конденсатора. Фторопластовые конденсаторы очень хорошие на звук поэтому сначала подумайте, прежде чем их портить.

Учитывайте то что фторопласт не даст пропитаться обмотке транса подобно скотчу, поэтому если хотите пропитать парафином делайте это до изоляции обмоток фторопластом.

Об экранировании первичной обмотки от вторичной опишу немного позже, это уже скорее в раздел о высоких материях.

Финальная отделка транса и его крепёж.

Момент по намотке вторички я пропускаю, потому как он абсолютно аналогичный процессу намотки первички. Что касается финальной отделки то тут нужно понимать некоторые моменты.

Тороидальный трансформатор это замкнутый магнитопровод, лента сердечника намотана плотным рулоном после отожжённая в печи при вакууме. Намотка его осложнена необходимостью продевания провода в окно. Преимуществом его является то что сам сердечник находится внутри не испуская лишних помех, потому как их в момент подхватывают вторички транса. Таким образом сердечник транса- грубая железка находится внутри, а мягкий медный провод вскрытый хрупким лаком его (кусок железки) храбро защищает. Корпус тороида очень сильно подвержен повреждениям из вне. Падение тора из приличной высоты может его «убить» при помощи КЗ обмоток. Тогда как трансы типа ПЛ или Ш-образном железе наоборот защищают вторичную обмотку. Таким образом закрепить ТС-ник намного проще потому что его можно и нужно очень сильно сжимать металическими стяжками дабы уменьшить зазор- щель в сердечнике, и тем самым минимизировать потери и гул- вибрации пластин. Тороид закрепить намного сложнее, а точнее вариантов минимум. Прежде чем делать финальную отделку транса нужно четко представлять, как будет крепиться транс к корпусу.

И всё же, какие варианты изоляции-отделки:

Как вариант можно применить прозрачную ленту в которую была упакована петля размагничивания (кстати некоторые петли обматывались фторопластом, проверьте может вам повезло). В результате получаются очень красивые бублики (видно намотку, и красивый провод). Но повышенная температура трансформатора будет смягчать изоляции тем самым понижая уровень её прочности. Но это не главное! Когда вы изолируете трансформатор «пленкой» уровень теплоотдачи сильно падает, а тор может греться сильнее. Думаю все стараются покупать вещи из натуральных материалов, стараясь избегать синтетику, потому как в ней тело «не дышит» и человек потеет… так почему тор должен терпеть. Для этих вещей более лучше подходит применение киперной ленты (простынь нарезанная в полосы J). Для того что-б она была ещё прочнее я перед намоткой вымачиваю её в том клее- ПВА. Затем обматываю тор, во время намотки лишнее выдавливает. После засыхания образуется хороший жестковатый тряпочный каркас… Если вдруг нужно размотать достаточно просто ненадолго замочить. Также допускаются варианты обработки (по уже обмотанному трансформатору) краской как алкидной так и водоэмульсионной, или спец лаками.

Какие варианты крепежа:

Одним из явных способов крепления тора есть крепёж при помощи болта продетого через центр тора. При креплении таким образом учитывайте то что через болт, а потом днище корпуса, после по стенках корпуса, верхней крышке может образоваться виток сечение которого просто бешенное (в зависимости от диаметра крепёжного болта). Не в коем случае не крепите тор к днищу и верхней крышке, образуете замкнутый виток и спалите тор!

Кроме того в щели между крепежом и верхней крышкой будут наводиться помехи так как болт железный (магнетик). Чем меньше зазор тем выше уровень. Не редко говорят без крышки УНЧ играет всё отлично нет фона накрываю крышкой и появляется сумасшедший фон. Наводятся помехи, для избежание таких наводок необходимо применять крепёжный болт из материалов диамагнетиков, например хорошо себя показала латунь. (но не забываем об возможности образования витка через корпус).

Теперь нужно как то упереться в обмотку тора, при том площадь касания должна быть максимальна, для минимизации давления на провод. Я для этих целей использую заднюю шайбу и керно от магнитной системы динамиков, всё что нужно — это просверлить отверстие в керне и нарезать резьбу после получается очень хороший крепеж (фото ниже).

Также можно вырезать кусок текстолита или гитинакса толщиной от 3 мм, придать форму для максимального контакта «шайбы» с поверхностью тора. Нужно использовать прокладку между «шайбой» и телом тора для этого используйте резину, толщина которой должна быть минимум в два раза толще диаметра вторичной обмотки (почему догадайтесь сами), ложем и снизу и сверху. Изготавливая эту шайбу можно предусмотреть установку медных заклёпок для того чтобы зафиксировать выводы на «клеммной колодке». Если кому то непонятно по ссылке есть фото такой конструкции.

Диаметр шпильки или болта продетого через центр тора вряд ли будет соответствует диаметру окна. Для того чтоб бублик не летал на этом болту как обруч на балерине необходимо его либо обмотать изолентой (до нужного диаметра) или можно применить толстую резину конусной формы. Такого рода резинку без проблем найдут автомобилисты например резинка из ВАЗ2107 реактивного стабилизатора или амортизатора, имеет нужно форму и стоит копейки.

Не редко в заводских версиях окно заполняют компаундом вставив туда втулку, за которую и крепят тор. В практике радиолюбители такое не применяется (обычно) потому что опять же разобрать тор не повредив провод не возможно. В домашних условиях такую заглушку можно реализовать при помощи эпоксидки.

Ещё один вариант крепежа «паук». По сути делается такая же крышка шайба только больших размеров. Форма её обычно квадратная крышка из железа или текстолита, края выступают за границы наружной части трансформатора. В этих углах просверлены отверстия и при помощи болтов притягивается к корпусу, таким образом вы не продеваете через центр болт и не создаете не доделанный виток через корпус УНЧ.

ОЧЕНЬ хорошо будет сделать железный «горшок с крышкой» из толстой стали (мин 2мм) для тороида, в который поместить тор и залить компаундом например парафином или воском (или той же эпоксидной смолой), хотя после эпоксидки его будет не разобрать. Таким образом решается не только проблема крепежа но также и экранирования от помех. (Фото подобной конструкции завалялось на компе, автора не помню но думаю он не обидится).

Немного об экранировании.

Между первичной и вторичной обмоткой очень хорошо будет разместить экранирующую обмотку. В идеале эта обмотка должна практически перекрывать все видимые части тороида, перекрывая магнитные потоки на пути от сердечника (первичной обмотки) ко вторичке. Один конец экранирующей обмотки должен быть «ввоздухе», а другой подключен на мекку(корпус) усилителя (иногда через резистор до 10 ом). Первый конец можно хорошо заизолировать и оставить внутри тора. Второй, тот который на землю корпуса, вывести при помощи многожильного гибкого провода.

В идеальном случае намотку нужно производить медной лентой шириной около 15-20мм, которая изолирована с обеих сторон лакотканью, изолентой или фторопластом, можно и скотчем малярным но очень аккуратно дабы не порвать и не сделать микро трещин (как в ленте так и в изоляторе), которые пробьет напряжением. Экранирование таким образом занимает очень много места и делает много пустот, которые ухудшают теплоотдачу, добавляя гул и «зря» отдаляют вторичку от сердечника. «Более» экономно будет если намотать экран проводом диаметром около 0,6мм. Но если будет просматриваться сердечник, то будьте уверены помехи пройдут через эти «окошки», то есть или мотаем как нужно очень плотно в несколько слоев, или не делаем пустую работу! Если есть возможность то можно сделать такой экран, однозначно хуже будет!

Гораздо лучше экранировать трансформатор по итогу намотки, то есть когда намотан полностью трансформатор (Хотя честно говоря нужно делить помехи по классам и виду, и отдельно рассматривать методы борьбы с ними). Идеально в таком случае будет использовать не медную ленту, а пермаллой. Хотя если на Вас смотрят кирпичными глазами при слове фторопласт, то о пермаллое можете мечтать ;). Очень даже хорошо обвернуть трансформатор в несколько слоев трансформаторного железа, для этих целей подойдёт железо из любого трансформатора. (Я применяю сталь от старого сердечника из 2-х амперного латра).

Вот тор экранирован при помощи трансформаторной ленты, помещен в металлическую крышку и проварен в парафине, ток х.х. 1,5 мА, первички более 2500 витков, межслойная фторопласт, с последовательной проваркой в парафине. Делал в кружке + трансформаторная сталь, получилось очень даже хорошо (смотрите выше)! Этот тор использовал для работы в предварительном усилителе.

Делать горшок из алюминия не стоит, он не от чего не защитит. Делать нужно из толстой стали (не менее 2мм), и ещё очень хорошо изнутри дополнительно про экранировать медью (листовой толщиной около 1мм). Хотя сам таких вещей не делал (из медью), но авторитетные люди советовали.

В заключении о помехах из торов скажу, что тороиды очень редко генерируют помехи на оборудование, при том замечена особенность что фонят торы те которые не домотаны, имеют высокий ток х.х. ил завышенную индукцию… Поэтому если не пожадничать и намотать тороид из заниженной магнитной индукцией(увеличить число витков на вольт) то вы вряд ли столкнётесь с проблемой помех от трансформатора.

Планируется дополнить статью такими «изюминками». пока что очень бегло.

Все трансформаторы и источники энергии (блоки питания) имеют такой абстрактный параметр как внутреннее сопротивление. Как это понимать?! В случае с трансформатором это сопротивление будет равняться активному сопротивлению обмоток. Когда вы подключаете к трансу нагрузку, то протекающий ток и сопротивление обмоток создают просадку напряжения. Чтобы просадка по напряжению была минимальной необходимо увеличивать сечение проводника (снизив его сопротивление). Но в тоже время необходимо учитывать этот факт при эксплуатации, что габаритная мощность обмоток будет выше габаритной мощности сердечника, внимательно чтобы не перегрузить первичку.

Правильная намотка трансформатора своими руками

Перемотка трансформаторов относится к сложным и трудоёмким видам технологических операций при ремонте этого типа электрооборудования. Все виды трансформаторов, выпускаемых промышленностью, обладают высокой надёжностью. Эти статические электромагнитные устройства не имеют подвижных частей, рассчитаны на длительный период эксплуатации. Наиболее частыми причинами отказов могут быть, в частности:

• заводские дефекты (комплектующие, сборка)
• критическое отклонение режимов работы
• нарушение предписанных правил эксплуатации
• ошибки при монтаже
• естественное старение изоляционных материалов.

Как правило, в таких случаях происходит обрыв в обмотке трансформатора с его полным отказом. Другое проявление отказа замыкание межвитковое, на корпус, при котором падает мощность, происходит значительный нагрев обмоток. В перечисленных случаях трансформатору необходим капитальный ремонт с полной (частичной) разборкой активной части.

При выходе трансформатора из строя в большинстве случаев проводится его капитальный ремонт, а не замена. Это обусловлено экономическими причинами. Так, восстановление работоспособности при помощи перемотки катушки трансформатора обходится примерно на 30% дешевле, чем приобретение нового устройства. С технической стороны у ремонта силового трансформатора есть положительный аспект существует возможность модернизации трансформатора с изменением (улучшением) его потребительских свойств, технических параметров. Восстановленный трансформатор способен ещё прослужить в течение длительного периода.

Как собрать трансформатор: проверенные технологии

Работа состоит из двух отдельных этапов:

1. монтажа сердечника;
2. намотки катушки.

Их последовательность меняется в зависимости от конструкции магнитопровода.

Как мотать обмотки проводом: 2 способа

Смонтировать обмотку с проводом вокруг сердечника можно двумя способами:

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

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

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

Для промышленных целей созданы специальные намоточные станки.

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

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

Каждый слой обмотки покрывают слоем изоляции.

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

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

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

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

Показываю два самодельных варианта его исполнения фотографиями ниже.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как монтировать пластины магнитопровода: на что обращать особое внимание

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

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

Особенности разборки сердечника

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

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

Особенности сборки сердечника

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

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

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

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

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

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

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

Изоляция слоев обмотки

В некоторых случаях между проводами требуется вставить прокладки для изоляции. Чаще всего для этого используют конденсаторную или кабельную бумагу. Середину соседних трансформаторных обмоток следует изолировать сильнее. Для изоляции и выравнивания поверхности под следующий слой обмотки потребуется специальная лакоткань, которую нужно обернуть с обеих сторон бумагой. Если лакоткани не найдется, то решить проблему можно с помощью все той же бумаги, сложенной в несколько слоев.
Бумажные полосы для изоляции должны быть шире обмотки на 2-4 мм.

Для проверки неисправности трансформатора, прежде всего надо определить выводы всех его обмоток. Полезные советы о том, как проверить трансформатор мультиметром на работоспособность, читайте в следующей статье. В этой публикации мы отвечаем на вопросы: для чего нужен блок питания 12в для светодиодной ленты.

Напряжение в наших электросетях оставляет желать лучшего. Как выбрать стабилизатор для дома 220в, узнайте из этого материала.

Подготовка к намотке

Схема намотки сварочного трансформатора.

Первым делом необходимо произвести правильный расчет трансформатора. Следует вычислить нагрузку на трансформатор. Она вычисляется суммированием всех подключенных устройств (двигателей, передатчиков и т.д.), которые будут запитаны от трансформатора. Например, на радиостанции имеется 3 канала с мощностью 15, 10 и 15 Ватт. Суммарная мощность будет равна 15+10+15 = 40 Ватт. Далее берут поправку на КПД схемы. Так большинство передатчиков имеют КПД около 70% (точнее будет в описании конкретной схемы), поэтому такой объект следует запитать не 40 Вт, а 40/0,7 = 57,15 Вт. Стоит отметить, что и трансформатор имеет свой КПД. Обычно КПД трансформатора составляет 95-97 %, однако следует взять поправку на самоделку и принять КПД равном 85-90% (выбирается самостоятельно). Таким образом, требуемая мощность увеличивается: 57,15/0,9 = 63,5 Вт. Стандартно трансформаторы такой мощности весят около 1,2-1,5 кг.

Далее определяются с входными и выходными напряжениями. Для примера возьмем понижающий трансформатор с напряжениями 220 В входное и 12 В выходное, частота стандартная (50 Гц). Определяют количество витков. Так, на одной обмотке их количество равно 220*0,73 = 161 виток (округляется в большую сторону до целого числа), а на нижней 12*0,73 = 9 витков.

После определения количества витков приступают к определению диаметра провода. Для этого необходимо знать протекающий ток и плотность тока. Для установок до 1 кВт плотность тока выбирают в пределах 1,5 – 3 А/мм2, сам ток примерно рассчитывают, исходя из мощности. Так, максимальный ток для выбранного примера будет составлять около 0,5-1,5 А. Поскольку трансформатор будет работать максимум со 100Вт нагрузки с естественным воздушным охлаждением, то плотность тока принимаем равной около 2 А/мм2. Исходя из этих данных, определяем сечение провода 1/2 = 0,5 мм2. В принципе сечения достаточно для выбора проводника, однако иногда требуется и диаметр. Поскольку сечение находится по формуле pd2/2, то диаметр равен корню из 2*0,5/3,14 = 0,56 мм.

Таким же образом находят сечение и диаметр второй обмотки (или, если их больше, то всех остальных).

Испытание

После того, как с намоткой будет закончено, необходимо испытать трансформатор в действии, для этого следует подключить к сети его первичную обмотку.

Чтобы проверить прибор на возникновение коротких замыканий, следует последовательно подключить к источнику питания первичную обмотку и лампу.

Степень надежности изоляции проверяется посредством поочередного касания выведенным концом провода каждого выведенного конца сетевой обмотки.

Проводить испытание трансформатора следует очень внимательно и осторожно, дабы не попасть под напряжение повышающей обмотки.

Если неукоснительно следовать предложенной инструкции и не пренебрегать ни одним из пунктов, то намотка трансформатора вручную не будет представлять никаких сложностей, и справиться с ней сможет даже новичок.

Как намотать трансформатор своими руками

Изготавливаем качественный трансформатор

Автор: Evgenij
Опубликовано 25.08.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2014»

Дорогой Кот! Хочу поздравить тебя с твоим 9 Днем рождения.

Желаю всего-всего самого хорошего, а также много настоящего Вискаса и колбаски высшего сорта.

Несмотря на огромное количество разработок в области радиоэлектроники, остаются темы, которые всегда останутся актуальными для радиолюбителей. Одна из них – питание для своих конструкций. В данной статье пойдет речь об изготовлении качественного трансформатора в домашних условиях из подручных материалов.

В 21 веке происходит интенсивное развитие техники. Разрабатываются новые радиоэлементы, конструируются приборы различного назначения, бытовая и измерительная техника. ЭВМ совершают гигантский рывок в производительности. Но как известно энергия, которой все они питаются, поступает в наши дома в виде высокого переменного напряжения сети 230 В [1], которое в исходном виде непригодно для питания большинства радиоэлектронной аппаратуры. Чтобы бытовую сеть можно было использовать требуется преобразовать данное напряжение, в большинстве случаев, в более низкое. Делать это можно различными способами, но классический способ, который уже известен почти 140 лет, это использование трансформаторов.

Изобретение трансформатора – событие революционного характера. Но ему содействовали ряд других открытий. Поскольку трансформатор работает на основе взаимопревращения электрического тока в магнитное поле и наоборот, то все открытия, произошедшие в этой области, можно характеризовать как шаги к изобретению трансформатора.

Первым свидетельством возникновения магнитного поля (МП) при протекании электрического тока был опыт датского профессора Ганса Христиана Эрстеда. В 1820 году он демонстрировал студентам тепловое действие тока. Однако случайно недалеко стояла магнитная стрелка. При замыкании цепи стрелка становилась перпендикулярно проводнику, по которому течет ток. При изменении направления тока, стрелка разворачивалась на 180 0 .

Рисунок 1. Опыт Эрстеда, а — разомкнутая цепь, б — замкнутая цепь [2].

Следует отметить, что в то время единственными источниками тока являлись различные химические источники тока (в быту «батарейки»). Поэтому задача получения электричества стояла весьма актуально. Опыт Эрстеда показал, что вокруг проводника возникает МП. Но логично предположить, что возможен и обратный процесс. Именно ему посвятил большую часть жизни английский ученый Майкл Фарадей.

Фарадей искал способ превратить энергию МП в электрический ток. Он помещал постоянный магнит в соленойд (катушку). При этом ток не регистрировался. В 1831 году было обнаружено, что если перемещать постоянный магнит по соленойду (катушке), то возникает ток. Фарадей ввел понятие магнитный поток и пришел к заключению, что именно изменение магнитного потока приводит к возникновению тока в катушке.

Рисунок 2. Опыт Фарадея по взамопревращению МП в электрический ток [3].

Следует отметить, что Фарадей использовал не только постоянные магниты в качестве источника МП, но и катушки с протекающим током. Т.е. Фарадей сделал прообраз трансформатора, однако он не был предназначен для преобразования напряжения.

Первый прообраз трансформатора был изготовлен Генрихом Даниэлем Румкорфом в 1851 году. Это были 2 обмотки – низковольтная и высоковольтная, намотанные на железном стержне. Принцип действия прост: с помощью размыкателя включается и выключается ток через первичную обмотку. За счет изменения магнитного потока происходит наведение ЭДС в высоковольтной обмотке.

Официальной датой рождения трансформатора является 30 ноября 1876 года. Именно в этот день был получен первый патент на изобретение трансформатора Павлом Николаевичем Яблочковым. Через 10 лет появились первые промышленные образцы в Англии, и, в связи с мировой электрификацией, трансформаторы подвергались модернизации и начали массово производиться.

Сегодня трансформаторы применяются почти во всей РЭА со стационарным питанием. Существует много классификаций, но главный критерий, в нашем случае, – это классификация по частоте работы. Дело в том, что, как было уже сказано выше, трансформатор может работать только при изменении магнитного потока. Это достигается использованием переменного тока. Однако скорость изменения направления тока может быть весьма различной. Следует выделить 2 основных типа трансформаторов:

1)Низкочастотные (частота работы обычно 50, 60 и 400 Гц)

2)Высокочастотные (частота работы обычно от 10000 до 100000 Гц)

Их отличие в материале используемого сердечника. В высокочастотных используется различные виды ферритов или пермаллой, в низкочастотых – железо или трансформаторная сталь.

В современном мире идет тендеция на замену низкочастотных трансформаторов на высокочастотные. Однако все же доля первых остается достаточно велика. Основные преимущества НЧ трансформаторов – надежность и простота изготовления. В них не используются радиодетали, не нужно изготавливать печатную плату и настраивать. Тут, если хорошо изолировать обмотки, то все заработает сразу, а надежность позволить работать изделию сутками. Данная статья будет ориентирована на изготовление НЧ трансформатора питания и целью ее будет показать, что в домашних условия можно изготовить маломощный трансформатор заводского качества и даже лучше.

Вся история началась с того, что, будучи админом локальной компьютерной сети и постоянно сражаясь с зависаниями коммутаторов, я обнаружил, что их внешние блоки питания иногда достаточно сильно нагреваются. Один раз даже попался блок со «сгоревшей первичной обмоткой транса». В кавычках потому, что оказалось, что виноват термопредохранитель, установленный по первичной обмотке трансформатора.

Рисунок 4. Разобранный отремонтированный блок питания.

Вместо него была установлена перемычка. После этого он пролежал у меня без дела года полтора. Вспомнив про этот блок и прочитав достаточно много информации, я пришел к выводу, что причина повышенного нагрева и выхода транса из строя стало заниженное число витков в первичной обмотке. Собственно, с тех пор стало любопытно, насколько сильно будет нагреваться трансформатор, и каков будет его КПД, если его изготовить самостоятельно, с использованием рекомендуемых параметров.

Для того, чтобы не перегружать статью расчетами и формулами, мною был создан файл, в котором имеется методичка, взятая с [5]. Сделано это для того, чтобы в случае недоступности сайта методичка всегда была под рукой. Кроме того, в файле приведены расчеты моего будущего трансформатора.

Поскольку трансформатор изготавливался на имеющемся сердечнике, то следует измерять его габаритные параметры и определить максимальную мощность, которую можно с него снять. Для этого следует извлечь трансформатор из блока, измерять толщину пакета и выбить одну пластину. Следует отметить, что трансформаторная сталь чувствительна к ударам, поэтому не рекомендуется использовать для выбивания металлические предметы типа отвертки. Я для этих целей использовал вырезанный по размерам кусочек стеклотекстолита.

Рисунок 5. Общий вид трансформатора (А) и его разборка (Б).

После того, как пластина извлечена, приступают к измерению остальных параметров.

Таблица 1. Габаритные параметры сердечника.

Когда параметры известны, можно определить произведение сечений центрального керна и окна сердечника:

Теперь смотрим пример расчета нового трансформатора в файле. Сначала следует определить, подойдет ли данный сердечник по габаритам. Для этого вычисляем габаритную мощность, которую хотим получить в пунктах 1-3, в пункте 4 находим требуемую габаритную мощность сердечника, используя в качестве неизвестных рекомендуемые величины из таблицы 2. Чуть выше примера приведена сама формула с пояснением всех величин. Теперь, если габаритная мощность нашего сердечника больше необходимой, то он подойдет.

Затем выполняем расчет числа витков, диаметры проводов и коэффициента заполнения окна. Если он меньше 0,3, то все обмотки должны поместиться. Если расчетного диаметра провода нет в наличии, то можно взять более толстый или взять более тонкий, но несколько штук. Полученные расчетные данные:

Таблица 2. Намоточные данные

Число витков первичной обмотки

Число витков вторичной обмотки

Диаметр первичной обмотки по меди

Диаметр вторичной обмотки по меди

Теперь приступим к собственно изготовлению трансформатора. Прежде всего, следует изготовить каркас. В качестве материалов используют разные материалы, но лучше всего использовать стеклотекстолит. В этом случае получается сборный каркас, который, если рассчитан и изготовлен точно, не нужно клеить. Для расчета параметров каркаса воспользуемся программой Power Trans. Программа позволяет рассчитать трансформатор и также каркас для заданного сердечника. Расчетом витков самой программы лучше не пользоваться, т.к. она дает завышенное число витков. Не забываем также, что размеры сердечника в миллиметрах, а обозначения не совпадают.

Рисунок 6. Скриншот программы PowerTrans.

Нажимаем на «Каркас катушки» и получаем разметку каркаса.

Тут следует сделать следующие замечания:

1)При печати формат 1 к 1 не получиться, т.е. разметку на материале продеться делать вручную.

2)Особое внимание к деталям замка, в частности, на третью часть каркаса нижнего ряда. Там есть горизонтальные выступы по центру и сверху, которые программа выдала одинаковые. Это ошибка! Верхние выступы должны быть на 1 — 2 мм больше по краям, иначе каркас придется клеить, что я и делал… Тоже самое и для первой части нижнего ряда.

3)Перед тем как детали изготавливать, полезно их начертить на бумаге и сделать бумажный макет каркаса.

Убедившись в правильности разметки, ее переносят на стеклотекстолит и вырезают. Поскольку у меня нет инструментов наподобие бормашины, то я поступал следующим образом. Я брал кусок размеченного текстолита и просто процарапывал много раз канцелярским ножом с двух сторон, а потом обламывал по линии царапины. Затем полученные куски дорабатываются. В случае щечек в центре по периметру прямоугольника высверливаются много отверстий мелким сверлом, и центр выкусывается кусачиками. При этом следует ставить сверло таким образом, чтобы на линии разметки был его край, а не центр, в противном случае размеры будут уже другими. Оставшиеся неровности стачиваются напильником. Детали керна изготавливаются путем стачивания прямоугольных заготовок до совпадения с чертежом.

После изготовления всех деталей они собираются в каркас.

Рисунок 8. Схема сборки деталей в каркас [6].

Если при изготовлении деталей забыли оставить выступы замка более длинными, то ничего страшного. В этом случае можно каркас собрать, оцентрировать, выровнять и склеить, например, суперклеем. Тут следует проклеивать каркас с внешней стороны, иначе избыток клея будет выступать снизу и мешать намотке.

Отдельно следует сказать о выводах для обмоток. Для этого на концах щечек следует сделать отверстия и приклеить туда кусочки проволоки, например, клеем ЭДП (изначально я хотел просто запрессовать проволоку в отверстия, но идея оказалась не очень хорошей – при испытаниях трансформатора вывод вырвался, едва не порвав обмотку у основания). В этом случае выводы держаться очень прочно. Под выводами следует проложить полоску бумажного скотча для изоляции. Помимо этого нужно сделать ряд отверстий для вывода обмоток наружу таким образом, как приведено на рисунке 8. После сборки каркаса, нужно проверить, подходит ли он. Для этого берут вибитую пластинку и вставляют в каркас. Если пластинка свободно по нему перемещается, то все нормально, однако больших щелей быть недолжно.

Следующей операцией является заготовка изолирующих прокладок. Они необходимы для изоляции слоев друг от друга, а также для изоляции обмоток друг от друга. Дело в том, что эмальпровод, имеет относительно невысокое напряжение пробоя, поэтому из-за отсутствия изоляции трансформатор может прийти в негодность.

В качестве материала можно использовать лакоткань, различную бумагу, фторопласт, майлар. В нашем случае будем использовать бумагу, как отличный изоляционный и доступный материал. Но видов бумаги тоже много, остановим выбор на бумаге для выпечки.

Ее достоинства – дешевизна и малая толщина. Продается она в виде рулонов. Для изготовления изолирующих прокладок следует нарезать бумагу полосками, ширина их определяется шириной каркаса + небольшой запас по краям. Он необходим для того, чтобы крайние витки не проваливались в предыдущие слои. В моем случае ширина каркаса составила 18 мм, а полоски я нарезал шириной 19 мм, т.е. по 0,5 мм запаса с каждой стороны. Для отрезки я пользовался линейкой и канцелярским ножом. В этом случае они получаются ровными. Следует отметить, что недопустимо размечать полоски карандашом, так как графит, содержащийся в нем, проводит ток. Длина полосок не имеет значение, главное, чтобы ее хватало на один виток при изоляции. При этом следует не забывать, что с ростом толщины намотки длина изолирующих прокладок увеличивается, то есть изначально ее нужно брать с большим запасом.

Рисунок 10. Изготовление полосок из бумаги.

После того, как каркас готов, подогнан и проверен, заготовлена бумага можно приступать к намотке. Мотать можно можно вручную и на станке. В данном случае мотать вручную 2732 витка тонкой проволокой неудобно, поэтому был собран несложный станок со счетчиком витков.

Конструктивно станок состоит из трех стоек и основания, шагового двигателя, блока питания и управления для шагового двигателя, магнитного датчика и счетчика витков, ось для крепления каркаса и зажимов.

Рисунок 11. Станок для намотки катушек. Вид сверху.

Для изготовления основания, сначала вырезаются 4 доски и скручиваются саморезами. Затем высверливаются отверстия для двигателя и оси.

Рисунок 12. Детали каркаса станка.

В качестве магнитного датчика используется геркон в паре с постоянным магнитом, который приклеен к деревянному кругу и насажен на ось двигателя. Сам геркон запаян на печатной плате, которая с помощью алюминиевого уголка крепится к одной из стоек.

Рисунок 13. Конструкция магнитного датчика.

В качестве счетчика используется дешевый калькулятор, его вскрывают и припаивают к кнопке «=» контакты геркона. Также в этом станке калькулятор вместо батареек питается через делитель напряжения от блока питания.

Блок питания и управления шаговым двигателем выполнен по следующей схеме [7].

Рисунок 15. Схема принципиальная электрическая блока питания и драйвера для шагового двигателя.

Конструктивно он помещен в деревянную коробочку. Наружу выведены тумблеры реверса, регулятора скорости и тумблера отключения шагового двигателя.

Рисунок 16. Плата драйвера и готовый блок в сборе.

Ось представляет собой обычную железную шпильку диаметром 5 мм. Для сочленения ее с осью двигателя используется кусок резинового шланга, который плотно держит ось двигателя и ось с резьбой.

Зажимы представляют собой квадраты из фанеры, размеры которых подобраны таким образом, чтобы каркас был центрирован на оси. Зажимаются квадраты гайками.

Следует отметить, что в данном эксперименте шаговый двигатель был отключен, так как намотка получалось некачественной. Каркас приводился в движение с помощью рук.

Теперь можно приступить к намотке. Для этого каркас зажимают на оси и центрируют. Напротив него ставят катушку с проводом на какой-либо оси. В моем случае – это лабораторный штатив, поставленный горизонтально. Затем кладется первый слой бумаги, причем желательно более толстой. Делается это для того, чтобы сгладить неровности каркаса и не допустить переламывания эмали провода под прямым углом. После того как она уложена, эмальпровод выводиться через отверстие, на него одевается трубочка, например, оболочка МГТФ, по длине от вывода до нижнего края щечки. С другой стороны щечки провод заклеивается полоской бумажного скотча, чтобы не произошло межвиткового замыкания.

Затем начинают вращать каркас, следя, чтобы намотка проходила виток к витку. В данном случае бумажная изоляция клалась через 2 слоя. Это оптимальный вариант, так как при при большем числе слоем было очень сложно наматывать виток к витку. При 2-х слоях намотка проходила достаточно легко. Мотаем 2732 витка виток к витку (24 слоя), не допуская провалов намотки на предыдущие слои…

Через 17 часов первичная обмотка готова, выводим к выводу, одеваем трубочку, припаиваем и прозваниваем ее мультиметром. Если нет обрыва и есть некоторое сопротивление, то продолжаем. Теперь кладем 2-3 слоя бумаги для межслойной изоляции и наматываем вторичнyю обмотку. На вторичке можно межслойную изоляции не класть, так как получается всего 2,5 слоя и провод достаточно толстый.

Рисунок 20. Намотка вторичной обмотки.

Намотав 75 витков, паяем к выводам, проверяем тестером, докладываем пустоту бумагой до выравнивания с проводом и кладем 2-3 слоя бумаги для изоляции провода от сердечника, причем конец полоски желательно оставить со стороны сердечника. Так конец будет закрыт. Получиться красиво и не оторвется. Все, теперь катушка готова.

Следует сделать некоторые замечания при намотке:

1)Если провод оборвался, не страшно. В этом случае его зачищают с обоих концов, скручивают и спаивают. Спайку заворачивают в бумагу и продолжают намотку. В случае толстого провода не скручивают, а просто спаивают.

2)Пропитка. В моем случае я пропитывал каждый слой при намотке, а также изоляцию. Это делается для того, чтобы увеличить электрическую прочность обмотки, а также для фиксации витков, поскольку при протекании тока витки могут вибрировать, что приводит к истиранию эмали и понижению срока службы трансформатора. В целом, если вести намотку виток к витку как я, то это делать вовсе необязательно, поскольку намотка получается плотной и витки не вибрируют. В случае намотке внавал, а она занимает много места и понижает качество намотки за счет перегибов эмальпровода, то пропитка обязательна. В мощных трансформаторах данная процедура обязательна, поскольку силы, действующие при протекании ток по обмотке достаточно велики.

Следует отметить также недостаток, связанный с увеличением паразитных емкостей, связанный с большим значением диэлектрической постоянной у лака по сравнению с воздухом. Поэтому в случае трансформаторов, чувствительных к данным емкостям, пропитка нежелательна (звуковые и им подобные).

Также нужно обратить внимание на то, что пропитка после намотки не имеет смысла – лак внутрь обмоток не попадет. При пропитке лаком после изготовления катушки следует подождать, пока лак высохнет или заполимеризуется. Теперь несколько слов относительно самого лака. Лучше всего использовать электроизоляционный лак, например, МЛ-92. Нитролак, суперклей и им подобные лучше не использовать, поскольку они могу испортить целостность изоляции. Эпоксидный клеи тоже лучше не применять, поскольку при нагреве медь и эпоксидка расширяются по-разному. Следствием может стать нарушение изоляции. В моем случае я нашел специальный пропиточный акриловый лак. Он продается в радиомагазинах в небольших пластиковых бутылочках.

Итак, ура! Самое трудное сделано! На столе мы имеем готовую катушку довольно красиво выглядящую и очень крепкую. Теперь следует до конца разобрать сердечник трансформатора – донора, поскольку была вибита лишь одна пластина. Для разборки аккуратно проходимся вдоль пластин канцелярским ножом и аккуратно вынимаем по одной пластине. Уходит на разбор обычно минут 30. Сердечник в таком же порядке складываем на столе, чтобы при сборке нового трансформатора собрать его также. Цель этого – собрать сердечник наиболее плотно.

Рисунок 23. Разборка трансформатора.

После разборки собираем новый трансформатор в той же последовательности. Последние пластинки входят очень туго, поэтому следует аккуратно постукивать маленьким молотком, желательно деревянным, чтобы не нарушить структуру трансформаторной стали.

И вот, после недели стараний получаем крепкое, тяжелое и красивое изделие, которое не боится ничего и, при отсутствии явных ошибок, способное проработать весьма длительный срок.

Рисунок 25. Внешний вид готового трансформатора.

Далее его следует испытать. Для этого трансформатор включают в сеть через последовательно включенную лампочку накаливания от холодильника. При этом она должна вспыхнуть и погаснуть. Если замкнуть вторичную обмотку, то лампочка загорится почти полным накалом. Если так и есть, то исключаем лампочку и выжидаем примерно 30 минут. При этом температура изделия должна быть комнатной или немного выше. Далее следуют испытания под номинальной нагрузкой в течение нескольких часов. Если трансформатор нагревается до 50-60 0 С, то можно считать его полностью рабочим и использовать по назначению. Вероятность, что он подведет, будет весьма низка.

Рисунок 26. Испытание трансформатора.

В завершение статьи мной были сняты данные донорного и изготовленного с учетом рекомендуемых параметров трансформаторов, чтобы можно было сравнить, какой из них лучше. Полное сравнение не получится, поскольку товарищи из Китая смогли уместить мощность в донорном трансформаторе в 1,5 раза большую, чем в изготовленном. Но, тем не менее, для общего развития это будет полезно.

Рисунок 27. Испытания трансформаторов.

Данные получены после 1,5 часов работы в номинальных режимах и сведены в таблицу.