Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками

Главная » Освещение » Трансформаторы » Как сделать трансформатор своими руками?

Повышающие или понижающие трансформаторы на сегодняшний день используются для преобразования напряжения. Их устройство представляет собою машину, которая имеет высокое КПД и применяется во многих областях техники. Многие часто задаются вопросом, как сделать трансформатор своими руками. Для того чтобы самостоятельно собрать это устройство могут потребоваться определенные знания. Также следует знать весь технологический процесс.

Назначение и применение

Высоковольтные трансформаторы (ВВ) относятся к группе преобразователей напряжения. Их предназначение – преобразовать высоковольтное напряжение в низковольтное для питания различных приборов. По принципу работы преобразователи напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов. Во вторичной обмотке всегда меньше витков, чем в первичной, если преобразователь понижающий, и наоборот, если прибор повышающий.

ВВ трансформаторы классифицируются по:

• количеству фаз (одно- или трехфазные);
• количеству обмоток (две, три или четыре);
• допускаемым погрешностям;
• способу установки (внутренняя или наружная);
• назначению (общее или специальное).

Преобразователи специального назначения используются в различном электрооборудовании:

• телевизорах и радиоприемниках;
• устройствах связи;
• бытовых приборах (например, боках питания для систем освещения).

Большинство преобразователей этого типа маломощные (не более нескольких киловольт-ампер), частота от 50 Гц, предназначены для внутренней установки. Количество намоток зависит от того, в какое оборудование трансформатор будет установлен. Изоляция заливается эпоксидной смолой.

Изготовление обмоток для повышающего трансформатора

Катушку необходимо надеть на деревянный брусок. Предварительно в нем следует просверлить отверстие для намоточного прутка. Подключение трансформатора тока считается наиболее ответственным шагом. Эту деталь следует вставить в станок и приступить к изготовлению обмотки:

1. На катушку следует намотать два слоя лакоткани.
2. Конец провода нужно закрепить на щечке и начать вращать ручку станка.
3. Витки нужно плотно укладывать.
4. После первичной обмотки провод нужно обрезать и закрепить на щечке рядом с первым.
5. На выводы нужно закрепить изоляционную трубку.

Расчет электрических параметров

Для вычисления мощности используется формула на основе напряжения и тока на выходе:

Мощности плюсуются, если вторичных обмоток две (или больше).

Коэффициент полезного действия преобразователя не может быть выше 80%, поэтому первичная мощность:

Ток из первичной намотки во вторичную передается через сердечник, площадь которого полностью зависит от мощности первичной намотки. Для сердечника, который изготовлен из трансформаторной стали, площадь вычисляется по формуле:

Количество витков первичной обмотки:

При использовании сердечника из другого материала (некоторые используют жесть, обожженную проволоку, кровельное железо), то S необходимо увеличить на треть.

Количество витков вторичных намоток:

Так как часть напряжения теряется из-за сопротивления, расчетное количество желательно увеличить на 5-10%.

Испытание

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

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

Выбор материала магнитопровода

Маломощный преобразователь можно сделать на броневом или стержневом магнитопроводе. В броневом стержни с прямоугольным сечением располагаются горизонтально. Это сравнительно сложная конструкция, поэтому используется редко. В стержневом магнитопроводе стержни располагаются вертикально, обмотки цилиндрические.

Для повышающего трансформатора лучше использовать Ш-образный ферритовый магнитопровод. Важно точно подобрать размеры (на стержне должно поместиться требуемое количество витков). Если сердечник нужно разобрать, чтобы сделать другой из полученных пластин, толщина пакета подбирается, базируясь на мощность. Пластины вставляют в катушку, стягивают при помощи шпилек и гаек.

Изоляция обмоток

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

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

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

Конструкция сердечника

Чтобы сделать понижающий преобразователь с двумя обмотками своими руками, нужно найти круглый ферритовый магнитопровод.

Такие есть в старых телевизорах и блоках питания компьютеров. В случае с компьютером стержнем служит центральный керн силового трансформатора (его нужно вырезать). Длина 2,1 см, диаметр 1,1 см.

Чаше всего эти преобразователи покрыты эпоксидной смолой. Для того, чтобы их разобрать, требуется разогрев строительным феном. Керны вырезаются болгаркой (колоть не стоит). Поверхность обычно неровная, поэтому столбики обматываются скотчем. Если длины недостаточно, можно склеить два супер-клеем.

Разметка

Разметка — первый этап, который проводится при наличии материалов и инструментов. Важно тщательное исследование, позволяющее определить технические характеристики.

Допустимо делать ее вручную при помощи специальных таблиц (но обратите внимание, что в таком случае придется рассчитывать все самостоятельно, используя формулы).

Можно выбрать и разметку при помощи программ — есть в бесплатном доступе такие в интернет. Но в таком случае начинающий радиолюбитель не сможет понять алгоритм расчета и научиться выполнять рамку самостоятельно, без использования компьютеризированного оборудования.

Как сделать вручную

Проверка прочности и особенностей закрепления проводится опытным путем. Берется катушка, точней ее образец, который будет не жалко выкинуть, на него накладываются 10 витков, которые будут использоваться для основного трансформатора.

Выбирается стержень с диаметром в четыре раза большим для проводов с толщиной от 0,96 миллиметров, в пять раз больше, если берутся провода до 1,56 миллиметров и в шесть раз толще, если толщина провода превышает 2,44 миллиметра. Это необходимо обязательно учитывать, подобранные инструкции есть в специальной технической литературе.

Отдельно следует рассчитывать то, что кроме определенного изгиба, который непременно образуется на первых нескольких слоях сильней, а после начнет закругляться, есть и сильное натяжение, и растяжение. Во время разметки каркаса учитывают, что кратность увеличивается в несколько раз. Например, для провода, который имеет толщину 1 миллиметров, радиус закругления будет около 5 миллиметров. Радиусы для любых по диаметру проводов также размещается в соответствующих таблицах.

Выбор класса

Проведение разметки по образцам позволяет избежать появления неплотных и неровных поверхностей в обмотке. Тонкий гетинакс используется, если требуется увеличить жесткость каркаса. Например, если мощность устройства составляет до 10 Вт, то размеры деталей маленьких будут составлять 0,5, средних — 0,7 до 1,5, а больших — от 1. Мощность до 100 Вт подразумевает использование 0,7 — 1, 2,0 — 4, 1 — 2 миллиметровых деталей соответственно. Для приборов с мощностными показателями от 100 до 500 Вт берутся до 1 до 2 мм для класса а, от 3 до 6 для б, от 1,5 до 3 для класса в.

Для последнего типа, с наибольшими показателями мощности, целесообразно увеличить радиус закругления путем приближения к оптимальным показателям значения округления. Лучше брать специальные вкладыши из материала, который используется для витых магнитных проводов. Применяют их в том случае, если по толщине магнитопровод больше в два раза, чем рабочий стержень устройства.

Дополнительно устанавливают на детали большую часть выступающей части на 3 миллиметра. Это нужно для того, чтоб щеки каркаса крепились прочно у оборудования. Гильза по размеру делается чуть больше рабочего стержня на 0,5 мм, зазоры не должны превышать этого показателя. Обязательно учитывают, получается ли каркас с помощью аппаратного воздействия или же он поставляется в комплекте устройства.

Расчет при помощи программ

В интернете есть несколько десятков программ, при этом большинство из них в бесплатном доступе, которые проводят расчет трансформатора, его каркаса. В частности, популярностью пользуется программа CARCASS, от версии 1.0, 2.0 и далее. Она работает в онлайн-режиме, но при желании можно скачать файл и установить себе на компьютере. В программу вносятся данные о:

• типе сердечника;
• толщине материала и стяжке;
• размерах сердечника А, В, С, Н.

После ввода всей информации нажимается кнопка «Ввод» или «Расчет». Появится расчет и на черте катушки, который можно распечатать и нанести на имеющийся в наличии текстолит. Есть вариант, рассчитываемый на каркас с замком.

Инструкция по намотке

Сердечник нужно обмотать скотчем (5 слоев), вложить в желоб провод с рассчитанным диаметром, намотать по всей длине рассчитанное для первичной намотки количество витков. Оба конца обмотки выводятся на одну сторону и изолируются винилкой.

Последний виток необходимо зафиксировать (подойдут простые нитки), чтобы предотвратить разматывание.

Далее наматывается 4-5 слоев скотча, конструкция помещается в корпус одноразового шприца длиной 3 см. На шприц наматывается 2 ряда скотча и рассчитанное для вторички количество витков, ширина обмотки примерно 1,5 см. Каждый слой нужно заизолировать скотчем или двумя слоями фторопластовой ленты. Концы второй обмотки выводятся на обе стороны. В результате с одного конца получается три вывода, со второго – один.

Готовая конструкция изолируется скотчем (5 слоев), припаиваются гибкие провода (выводы), наматываются еще 5 слоев скотча.

Если в процессе намотки порвался провод, концы необходимо зачистить, скрутить, спаять и заизолировать. Электрическую прочность увеличивает пропитка каждого слоя намотки лаком на основе акрила или эпоксидной смолы.

Для того, чтобы сделать трансформатор своими руками, не обязательно покупать новый провод. Подходит и старый, если отрезки соединены правильно (свиты и спаяны). При намотке витки должны плотно прижиматься друг к другу. Нежелательно укладывать их перпендикулярно к сердечнику (нужен небольшой наклон). Не допускаются перегибы и сгибы, поэтому требуется определенная натяжка. Скотч для изоляции следует нарезать на полоски шириной 1,5 см, чтобы было легче покрыть провод.

Процесс изготовления каркаса катушек

Каркас делают из картона. Его внутренняя часть должна быть немного больше чем стержень сердечника. Если вы используете О – образный сердечник, тогда необходимо будет две катушки. Если сердечник будет Ш – образным тогда нужна одна катушка.

Если вы используете круглый сердечник, тогда его предварительно необходимо обмотать изоляцией. После этого можно приступать к намотке провода. После того как первичная обмотка будет завершена ее необходимо закрыть 3 слоями изоляции. Потом вам необходимо начать накручивать вторичный ее слой. Концы обмоток следует вывести наружу. При использовании магнитопровода каркас необходимо делать так:

1. Необходимо выкроить гильзы с отворотами.
2. Вырезать щечки из картона.
3. Тело катушки необходимо свернуть в небольшую коробку.
4. Вам следует надеть на гильзы щечки.

Вырезание

Вырезание происходит после нанесения на материал чертежа катушки. Делается это при помощи обычного строительного карандаша или даже маркера.

Инструменты, которые понадобятся для вырезания, различные в зависимости от толщины текстолита. Для листов до 1,5 миллиметров, чья резка проводится в холодном состоянии, используют гильотинные ножницы. А если листы толще, то используется циркулярная пила. Текстолит с толщиной от 3 миллиметра пилят при температуре от 80 градусов по Цельсию пилой.

Как сократить потери в магнитопроводе трансформатора?

В работающем трансформаторе на сердечник воздействует переменное магнитное поле. В результате вокруг сердечника возникают вихревые токи. Из-за них магнитопровод нагревается – то есть часть полезной энергии уходит впустую.

На потери из-за перемагничивания влияет:

• характер материала сердечника. Чем проще намагничивается металл, тем проще его перемагнитить и тем меньше потери в трансформаторе;
• частота перемагничивания;
• максимальное значение магнитной индукции.

Чтобы снизить потери, для производства сердечников используют сталь с выраженными магнитными свойствами. Такой материал требует меньше энергии на перемагничивание.

В монолитных проводниках вихревые токи приобретают максимальные значения из-за небольшого сопротивления. Следовательно, чтобы уменьшить потери в трансформаторе, нужно увеличить сопротивление материала сердечника. Производители силовых трансформаторов нашли выход: они набирают магнитопровод из металлических листов. Стальные пластины для сердечника берутся не более 0,5 мм толщиной.

Чтобы действительно снизить сопротивление вихревым токам в сердечнике, металлические пластины нужно изолировать. Для этого производители трансформаторов используют лак и окалину. Прослойка не дает влиять вихревым токам на магнитный поток в сердечнике. Поэтому потери снижаются.

Производители собирают пластины двумя способами:

• встык – при этом собирается сам сердечник, потом на него насаживаются обмотки и только после этого все скрепляется ярмом в единую конструкцию;
• впереплет (шихтованные сердечники) – когда каждый следующий ряд пластин перекрывает стыки на предыдущем.

Встык магнитопровод проще монтировать, но уровень потерь в них выше, чем у шихтованных сердечников. Поэтому большим спросом пользуются шихтованные трансформаторы.

О компании

Наша организация имеет штат высококвалифицированных работников, многие из которых имеют стаж работы в области энергетики более 10 лет. Кроме того мы являемся официальными представителем ПАО «МЭТЗ им. В.И. Козлова» в РФ.

Каркас представляет собой необходимое устройство внутри трансформатора, к изготовлению которого применяются особые требования. Это устройство служит для крепления обмоток, при том в зависимости от вида тс изменяются особенности, применяемые материалы, разметка и тому подобное. Каркас для трансформатора иногда делают своими руками, на самом деле это затруднительная процедура.

Как сделать

Изготовление тороидального трансформатора под силу даже молодым электрикам. Намотка и расчет не представляют собой ничего сложного. Предлагаем рассмотреть, как правильно мотать тороидальный магнитопровод для полуавтомата:

1. Для намотки трансформатора на ферритовом сердечнике может использоваться специальный станок. Он поможет значительно ускорить работу и уменьшить вероятность соскока железа. Его можно произвести по типу зажима для накрутки проводов;
2. Нужно отметить, что латры, которые нужны для намотки, должны быть одинаковых размеров. При наматывании следите за тем, чтобы между листами не было щелей. Если же Ваш силовой трансформатор имеет небольшие щели в магнитопроводе, то их можно заполнить железными листами от любого другого трансформатора, обрезанными до определенного размера;

   
   Фото – расчет

3. После окончания наматывания железа, его выводы прихватываются при помощи сварки. Это помешает обмотке размотаться. Достаточно буквально двух – трех сварных точек;
4. После этого торцы магнитопровода промазываются эпоксидным клеем. Предварительно кромки немного закругляются;
5. Поверх боковой стороны усилителя наматывается изоляция – это может быть даже лист картона. Его можно присоединить при помощи малярного скотча. Действие повторяем по всем поверхностям магнитопровода;
6. Теперь нужно вокруг картонной изоляции намотать изоленту из текстиля. Она продается в специальных электротехнических магазинах. Поверх этого слоя изоляции можно намотать дополнительный из малярного скотча;
7. Теперь на кольцо накручивается провод выбранного сечения, рассчитать размеры проводов и потребные характеристики поможет специальная программа. После окончания накрутки все покрывается лаком NC, один вывод обмотки должен остаться свободным;

   
   Фото – намотка обмотки

8. После нужно изготовить изоляцию из лакоткани или текстильной изоленты, поверх которой наматывается вторая обмотка. Она также покрывается лаком. Остается только накрутить последнюю изоляцию и защитить. Действия продолжать до получения нужного количества обмоток;

   
   Фото – обмотка лентой

9. Вторичная обмотка наматывается уже из большего по сечению провода. Если сетевой трансформатор нужен для дуговой сварки, то необходимо добавлять в конце еще определенное количество витков, помимо расчетных обмоточных.

Учитывая, что 1 виток переносит 0,84 Вольт, схема намотки тороидального трансформатора выполняется по такому принципу:

Так можно с легкостью самостоятельно сделать тороидальный трансформатор 220 на 24 вольта. Описанную схему можно подключить как к дуговой сварке, так и к полуавтоматической. Параметры рассчитываются исходя из сечения провода, количества витков, размера кольца. Характеристики этого устройства позволяют производить ступенчатую регулировку. Среди достоинств принципа сборки: простота и доступность. Среди недостатков: большой вес.

Трансформатор тока

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

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

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

Читать также: Стоит ли ремонтировать микроволновку

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

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

Классификация разновидностей

Все виды воздушных трансформаторов сводятся к двум группам:

• Импедансные, используемые для согласования значений падения напряжения у источника и потребителя нагрузки с целью обеспечения наиболее эффективной передачи энергии;
• Изолирующие, которые применяются по соображениям безопасности для изоляции части оборудования от источника энергии.

В воздушных трансформаторах все токи считаются возбуждающими. Они индуцируют вторичное напряжение, значение которого сравнимо с общей индуктивностью электрической системы. Поэтому материал основы сердечника отличается наивысшими показателями магнитной проницаемости. К таким материалам относят также стекло, фарфор, слюда, некоторые виды пластмассы.

Однако только электроизоляционный картон ГОСТ 2824-86 отличается благоприятным сочетанием показателей прочности (электрической и механической), плотности и стойкости к перепадам влажности окружающей среды.

Намоточный станок своими руками

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

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

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