Из чего делают сердечник трансформатора и для чего он нужен

Как устроен

Тороидальный трансформатор имеет идеальную конструкцию, в отличие от других трансформаторов. Фактически, первый трансформатор, разработанный Фарадеем, был трансформатором с тороидальным сердечником.

Тороидальные сердечники изготовлены из трансформаторной стали магнитных катушек с очень низким уровнем потерь и высокой индукцией насыщения. Это достигается путем нагрева тороидального каркаса до высокой температуры и последующего охлаждения по специальной программе.

Это позволяет достичь высоких уровней насыщения до 16000 Гаусс. В тороидальном трансформаторе магнитный поток равномерно распределен в сердечнике и, благодаря отсутствию промежуточных металлических деталей и технологических зазоров.

Точно так же, поскольку все катушки обмотки равномерно распределены по поверхности сердечника, шум, вызванный магнитострикцией, практически исчезает. Кроме того, тороидальный трансформатор обладает лучшими тепловыми характеристиками, что способствует хорошему охлаждению трансформатора. Нет необходимости использовать охлаждающие устройства и вентиляторы.

Как самостоятельно собрать трансформатор из Ш-образных пластин

Принцип сборки и изготовления самодельного трансформатора из набора стальных пластин W-образной формы, полезный предмет для конструктора и радиолюбителя. В 1, 2 описаны силовые трансформаторы на частоту 50 Гц, их конструктивные особенности и методы расчета. Конечно, после расчета трансформатора необходимый сердечник можно, например, взять от ненужного старого трансформатора или сгореть.

Найти необходимый провод для намотки обмоток трансформатора также не составит труда. Но сделать каркас для намотки обмоток, правильно их намотать и правильно сделать выводы этих обмоток — дело непростое.

У любителей при изготовлении трансформаторов используются как W-образные, так и тороидальные сердечники. Трансформаторы с тороидальным сердечником, конечно же, имеют ряд преимуществ перед трансформаторами с W-сердечником.

Однако намотка обмоток на тороидальных сердечниках на практике у любителя довольно сложная: нужен челнок, необходимо рассчитать примерную длину провода для намотки и т.д. Поэтому чаще всего у любителей ветряных трансформаторов W-образной формы ядра.

Сердечник такого трансформатора собирается из отдельных W-образных пластин трансформаторной стали (рис. 1), которые изгибаются в определенном порядке. Необходимая толщина набора определяется расчетом или по готовым данным.

Например, из расчета выясняется, что железо Ш85 с установленной толщиной 36 мм, а это значит, что вам нужно железо из фасонных пластин с шириной стержня не менее 25 мм, а стержень нужно набрать толщиной не менее 25 мм не менее 36 мм. На сердечнике трансформаторной стали необходимо поставить каркас, на который намотаны обмотки. Для силовых трансформаторов стальные пластины трансформатора собираются, как показано на рис. 2, для получения замкнутой магнитной цепи.

Рис. 1. Сердечник трансформатора состоит из W-образных пластин из трансформаторной стали.

Когда необходимое железо подобрано, начинают делать каркас, на который наматываются обмотки трансформатора. Каркас лучше всего делать из гетинакса, фибры, печатной платы. Они начинают с определения размеров сердечника: ширины центральной пластины и толщины набора.

Затем измеряется толщина материала, из которого изготовлен каркас. Берут лист бумаги и, начертив на нем эскизы изготовленных деталей каркаса, записывают на них результаты (рис. 3). Удвоенная толщина материала «p» добавляется к ширине сердечника, и на эскизе получается размер «a». Затем добавьте к заданной толщине сердцевины удвоенную толщину материала, и вы получите размер «b» на эскизе («c» — это толщина материала).

Рис. 2. Сборка трансформатора из W-образных пластин

Рис. 3. Эскизы изготавливаемых деталей каркаса трансформатора.

Затем полученные размеры с эскиза переносятся на материал. Если материал тонкий, детали обрезают ножницами, а если толстый — резаком. Далее в деталях надфилем (напильником) нарезаются пазы. В первой части рис. 3 (щеки) просверливаются отверстия для выводов, затем прорезаются окна.

необходимо сделать шесть частей каркаса. По две щеки и по две стороны (детали 2 и 3, рис. 3). Затем они кладут детали на рабочий стол и собирают каркас (рис. 4).

При необходимости смонтировать (подпилить) замки деталей каркаса. Обе щеки сначала складывают вместе и закрепляют на одной из сторон, а затем, нажимая на блоки, перемещают их на место. Сделанный таким образом каркас достаточно прочен, не прогибается при намотке и не деформируется.

Собрав раму, закруглите ее острые края напильником (напильником), выровняйте блоки и удалите все заусенцы. Для дополнительной прочности и лучшего закругления углы втулки каркаса промазывают клеем.

Рис. 4. Сборка самодельного каркаса трансформатора.

Между обмотками и при необходимости между рядами (витками) обмоток делают изоляционные прокладки. Для изготовления изолирующих прокладок очень подходят тонкое лакированное полотно, калька, тонкая толстая бумага, конденсаторная или сигаретная бумага, а также толстая кабельная или оберточная бумага.

Из этих материалов делают зазор изоляционных прокладок путем вырезания ножницами полос необходимой ширины (по ширине они должны быть немного шире, чем ширина между щеками гильзы каркаса трансформатора). Это необходимо для того, чтобы крайние кривые не попадали в предыдущий слой (рис. 5). При заворачивании лишние края немного срезают ножницами, чтобы уплотнители не пузырились. Полоски делают примерно на 2… 3 см длиннее одного витка, чтобы потом их можно было приклеить.

В работе используются трубы ПВХ, кусочки крашеной ткани, изолента и провода для крепления намотки кабелей. При намотке обмоток лучше использовать специальные намоточные устройства (станки) со счетчиком количества намотанных витков нити. Такие машины много раз публиковались в технической литературе, например в 3.

Если такого станка нет, можно использовать обычную ручную дрель (рис. 6). Сверло закреплено в тисках, закрепленных на рабочей поверхности. Но в этом случае количество намотанных катушек придется подсчитывать самостоятельно, делая пометки на бумаге. В дрели закрепляется длинный штифт с резьбой М4-М6, а рама для намотки обмоток трансформатора фиксируется с помощью гаек.

Для удобства из бруска делается небольшая вставка (исходя из внутренних размеров рамы) с просверленным по осевому центру отверстием, равным диаметру штифта. Такая вставка позволяет центрировать каркас, а значит, наматывать проволоку проще и удобнее.

Затем они берут кусок многожильного кабеля, зачищают его и, припаивая к обмотке, создают изолированный кабель (рис. 7) через изолирующую прокладку. Вывод необходимо намотать на штырь, чтобы он не мешал намотке обмоток трансформатора. Затем наматываются обмотки.

Левой рукой слегка натяните наматывающую нить, стараясь, чтобы ее шпулька лежала на шпульке без зазоров. При необходимости сделайте ответвление из одной части обмотки, зачистите эмалированные провода длиной около 3… 5 мм и припаяйте ответвление, после чего соединение любым способом изолировать и намотка продолжается. Если обмоточный провод имеет диаметр более 0,35 мм, его можно использовать в качестве проводника.

Рис. 5. Усиление каркаса для катушки трансформатора.

Для надежности между рядами через каждые 500 витков ставят изолирующие прокладки.

Рис. 6. Для намотки катушки трансформатора используем ручную дрель.

Рис. 7. Закрепление и изоляция клемм катушек трансформатора.

Рис. 8. Расширение корпуса трансформатора.

Сначала наматывается первичная (сетевая) обмотка, затем все вторичные обмотки. Когда обмотки намотаны, трансформатор собирается (рис. 2). После сборки слегка постучите по сердечнику молотком, чтобы выровнять его. Завершающая операция — изготовление кожуха из металлической пластины.

Когда кожух готов, сжимают им магнитопровод трансформатора и устанавливают на место. Как правило, последняя средняя пластина плохо помещается в упаковке. Во избежание повреждения втулки рамы устанавливаются две пластины с одной стороны по центру основного пакета, а в конце сборки последняя пластина вставляется между ними сзади.

Последнюю изолирующую полосу над обмотками лучше всего сделать из белой бумаги и написать на ней, какие обмотки находятся в трансформаторе и их данные (количество витков в каждой обмотке и диаметр обмоточного провода, используемого для этих обмоток).

Конструктивные особенности

Типы магнитопроводов делятся на стержневые и броневые.

• Тип аукциона. В этой конструкции вертикальная планка имеет ступенчатую секцию, которая вписывается в круг. На этих вертикальных цилиндрических элементах размещены обмотки магнитопровода. Части всей этой конструкции, которые не имеют обмоток и предназначены для образования замкнутой цепи, называются ярмами.
• Бронированный тип. В этой конструкции поперечные стержни имеют прямоугольную форму. Они расположены горизонтально. Поэтому обмотки трансформатора тоже имеют прямоугольную форму. Этот вид оборудования имеет сложную технологию изготовления, поэтому применяется нечасто, только для небольших типов специальных трансформаторов.

Основные преимущества и недостатки

При использовании тороидальных трансформаторов, поставляемых со свободно скрученными кабелями, можно достичь экономии до 64% ​​по сравнению с обычными трансформаторами с пластинчатым сердечником (часто проще подключить оборудование с помощью кабелей трансформатора, а не клеммных колодок).

Тороидальный сердечник (кольцо) имеет идеальную форму, позволяющую изготавливать трансформатор с использованием минимального количества материала. Все обмотки симметрично распределены по всей окружности сердечника, что значительно сокращает длину обмотки.

Основные плюсы и минусы тороидальных трансформаторов.

Это приводит к уменьшению сопротивления обмотки и увеличению КПД. Повышенная магнитная индукция возможна, поскольку магнитный ток течет в том же направлении, что и сердечник кремнистой стали во время прокатки. Также можно отметить достоинства:

• низкие показатели диспергирования;
• меньше нагрева;
• уменьшенный вес и габариты;
• компактный, простой в установке в электрооборудование.

можно использовать более высокую плотность тока в проводах, поскольку вся поверхность тороидального сердечника обеспечивает эффективное охлаждение медных проводов. Потери в стали очень низкие, с типичным значением 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Это обеспечивает очень низкий ток намагничивания, что способствует необычайной тепловой нагрузке тороидального трансформатора.

Тороидальный трансформатор

Почему это самый популярный вид трансформаторов

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника идеальна для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материала при изготовлении, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, растекаясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользуемых мест, в-третьих, поскольку обмотки короче, эффективность тороидальных трансформаторов выше из-за меньшего сопротивления проводов обмоток.

Экономия электроэнергии — еще одно преимущество тороидального трансформатора. По сравнению с другими видами ламинированных сердечников, сохраняется примерно на 30% больше энергии при полной нагрузке и примерно на 80% в режиме ожидания. Коэффициент дисперсии тороидальных трансформаторов в 5 раз ниже, чем у бронированных и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительной электронной аппаратурой.

Обмотка тороидального трансформатора.

Еще один важный фактор — охлаждение обмоток. Обмотки эффективно охлаждаются за счет тороидальной формы, поэтому плотность тока может быть выше. В этом случае потери в стали минимальны, а ток намагничивания намного меньше. Следовательно, тепловая нагрузка тороидального трансформатора очень высока.

Обладая мощностью тороидального трансформатора до одного киловатта, он настолько легкий и компактный, что для установки потребуется всего лишь металлическая стопорная шайба и болт. Потребителю нужно только выбрать трансформатор, подходящий для тока нагрузки и для первичного и вторичного напряжений. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывается площадь центральной секции, площадь окна, диаметры обмоточных проводов и подбираются оптимальные размеры магнитопровода с учетом допустимая индукция в нем.

Характеристики катушек индуктивностей и трансформаторов

Глава вторая. Чертежи радиоприемника

• «Спидола», «ВЭФ-Спидола», «ВЭФ-Спидола-10» (строительство)

«ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202» «Океан», «Океан-203», «Океан-205», «Спидола-207» («ВЭФ-207»), «Спидола-230» (глава 2) «Меридиан-202» («Украина-202») (глава 2) Глава третья. Настройка и регулировка ресиверов

• Основные положения

Проверка установки. Регулировка тока покоя и режимов работы транзисторов Регулировка и регулировка усилителя НЧ Регулировка и регулировка тракта ПЧ AM Регулировка и регулировка гетеродина, входных цепей контура УВЧ и АМ. Контроль основных параметров

• Общие (глава 4)

Проверка диапазона принимаемых частот и точности калибровки. Проверка истинной чувствительности и собственного шума. Проверка тока покоя и дополнительные измерения Глава пятая. Неисправности, методы их поиска и устранения

• Общие (глава 5)

Ремонт печатных плат

Катушки входных цепей (антенные катушки) диапазонов GB и LW во всех рассмотренных приемниках расположены на ферритовом стержне магнитной антенны и намотаны на подвижные рамки, которые изготовлены из картона (склеены из нескольких слоев специальной бумаги.) или поливинилхлорид (нейлон) методом литья. Катушки связи обычно размещаются рядом с соответствующими кольцевыми катушками на одной и той же раме или поверх них.

Входная и гетеродинная (и УВЧ) катушки диапазонов VHF, KB, а иногда и гетеродинные катушки диапазонов CB и LW (например, в приемниках типа Ocean) намотаны на гладкие открытые полистирольные рамы. Катушки гетеродина диапазонов CB и LW, FSS, IF и корректирующие фильтры в каналах AM и FM имеют секционированную обмотку, которая расположена в одной или нескольких секциях полистиролового каркаса. Рама установлена ​​в армированном сердечнике чашки и закрыта экраном. В приемниках «Океан-203», «Океан-205», «Спидола-207» и «Меридиан-202» для катушек тракта FM бронированные сердечники не используются.

На рис. П-7 показывает условную рамку с принятыми обозначениями диаметров, которые используются в соответствующей графе (тип, материал и размеры рамки) в таблице. П-2, где указаны основные характеристики всех катушек и катушек. В этой таблице для приемников одного типа указаны только характеристики катушек, которые отличаются от тех, что использовались в предыдущей модели, по возможности также сохраняется нумерация катушек.

В приемниках «Спидоль», «ВЭФ-Спидол» и «ВЭФ-Спидол-10» направление наматывания катушек (кроме L11, L12, L13 и L14) — по часовой стрелке. Катушки FSS и FPC заключены в алюминиевые экраны размером 26 x 14 x 14 мм для приемников Speedola и 30,6 x 14,8 x 14,8 мм для приемников VEF-Speedola и VEF-Speedo-la-10. Диаметр армированных чашечных сердечников катушек FSS и FPC (L29 — L40) — 11 мм, высота каждой чашки — 5 мм; диаметр обрезных стержней 2,86 мм, длина 14 мм.

Рис. П-7. Условный каркас катушек с обозначениями диаметров

В приемниках ВЭФ-12, ВЭФ-201 и ВЭФ-202 все катушки намотаны по часовой стрелке. Катушки FSS и FPF (L30 — L40) заключены в алюминиевые экраны размером 30,5 × 14,8 × 14,8 мм. Размеры броневой чашки и подстроечных сердечников катушек L30 — L40 аналогичны указанным выше.

В приемниках Ocean все катушки намотаны по часовой стрелке. Катушки L2 на полосах диапазонов П6 и П7 блока КСДВ и L3, L16 в блоке ВЧ-ПЧ намотаны двумя проводами. Диаметр армированных чашечных сердечников катушек L3, L4 блока УКВ; L1, L2 планок P6 и P7 блока KSD V и L1-L18 блока HF-IF — 8,6 мм, высота каждой чашки — 4 мм; диаметр обрезных стержней 2,86 мм, длина 12 мм. Катушки L1, L2 полос П6, П7 блока КСДВ и L1 — L18 блока ВЧ-ПЧ заключены в экраны из луженой меди размером 15,5х10х10 мм. Резонансная емкость катушек блока УКВ составляет 35 пФ для катушки L1 и 26 пФ для L2. При измерении индуктивности и добротности катушек антенны они включаются последовательно.

В приемнике Ocean-203 катушка L2 УКВ-блока имеет 5,5 витков, а индуктивность DR — 18 витков. В блоке КСДВ катушки L1, L2 полос П6, П7 намотаны в четырехсекционные рамки и имеют следующие характеристики: диапазон ДВ — L1: 180 × 4 витка с ответвлением от 610-го, провод ПЭЛШО, 0, 1; — L2; 13 × 4 витка (в два провода), провод ПЭЛШО, 0,1; СВ — диапазон L1: 48 × 4 витка с ответвлением 152, провод ПЭВ-2, 0,1; — L2: 3х4 витка (в два провода), провод ПЭВ-1, 0,1. В блоке ВЧ-ПЧ катушка согласующей цепи КСДВ L3 имеет 7 × 3 витков и намотана проводом ПЭЛШО 0,1, а катушкой L4 — 30 × 3 и ПЭВ-2 0,1 соответственно. Коллекторная катушка L11 заключена в четырехсекционный каркас и имеет 44 × 4 витка. В остальном характеристики катушек аналогичны установленным в приемнике «Океан».

Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II -2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II -2 Таблица II-2 Таблица II-2 Таблица II-2 Рис. P-8. Разводка выводов катушек радиоприемников типа «Спидола», «ВЭФ-12», «ВЭФ-201» и «ВЭФ-202»

В приемнике Окея-205 ускоритель СДВ (Др), установленный на планках П6 и П7 блока КСДВ, имеет 54 (18 × 3 витка). Характеристики остальных катушек, не указанные в таблице. Р-2 аналогичны по характеристикам приемным катушкам Ocean-203. Однако коллекторные катушки серий СВ и ДВ на планках 176 и П7 блока КСДВ устанавливаются без экранов.

В приемниках «Спидола-207» и «Спидола-230» все катушки намотаны по часовой стрелке. В таблице П-2 приведены характеристики катушек приемника «Спидола-207», но для приемника «Спидола-230» данные соответствующих катушек аналогичны (нумерация катушек должна быть указана согласно принципиальной схеме).). Вместо чашеобразного броневого сердечника в катушках L3, L6, L7, L10-N2, L19, L20 применялся бронированный цилиндр высотой 12 мм и диаметром 10 мм. Сердечник, настроенный на те же катушки, имеет длину 12 мм и диаметр 2,86 мм.

Рис. П-9. Разводка выводов катушек радиоприемников «Океан» и «Окоан-203»

Добротность катушек измеряется при установленном армированном сердечнике. Катушки тракта АМ ПЧ размещены в алюминиевых экранах размером 19,5 х 10,5 х 10,5 мм, а тракт ПЧ FM — 19,5 х 11,5 х 11,5 мм. Катушки в УКВ-блоке аналогичны катушкам в приемнике Океан-205».

Рис. П-10. Разводка кабелей катушки L1 радиоприемника УКВ «Океан-203»

В приемнике «Меридиан-202» все катушки (кроме входа АМ и гетеродинных трактов) намотаны против часовой стрелки.

Обмотки катушек L3 и L5 блока УКВ расположены между витками катушек L4 и L6 соответственно, а обмотка катушек L1 ‡ в блоке ПЧ-ФМ — между витками L11. Катушки Л1 — Л1З блока ПЧ-ЧМ намотаны на ребристые рамы (с фиксированным шагом намотки) 5,2 X 6,2 мм. Высокочастотные трансформаторы тракта ФМ (установка ПЧ-ФМ) имеют оригинальную конструкцию: конденсаторы связи и катушки контура размещены непосредственно на каркасе катушки и вместе с ними закрыты общим алюминиевым экраном размером 26,5 Х 16,4 Х 16,4 мм. Алюминиевый экран катушек Л21 — Л24 блока ВЧ-ПЧ-АМ имеет размеры 21,5 X 11,2 X 11,2 мм. Цилиндрический бронированный сердечник для тех же катушек имеет высоту 12 мм и диаметр 10 мм, а регулируемый сердечник — 12 мм и 2,86 мм соответственно.

Рис. П-11. Проводка кабеля катушки приемника Ocean-205 УКВ-радиостанции Рис. P-12. Схема подключения выводов катушек радиоприемников «Спидола-207» и «Спидола-230» Рис. П-13. Разводка выводов катушек радиоприемника «Меридиан-202»

Унифицированный тип Д1 — 0,1 — 2 ± 5%, имеющий следующие параметры: индуктивность — 2 мкГн ± b%; добротность — не менее 30; Сопротивление постоянному току 1,1 Ом; вес — 1 г. Форма дросселя — цилиндрическая; длина — А мм; диаметр 3,25 мм.

Распиновка всех катушек рассматриваемых приемников представлена ​​на рис. П-8 — П-13.

Характеристики согласующего и выходного трансформаторов приведены в таблице. С-3. Вторичные обмотки всех выходных трансформаторов намотаны двумя проводами. Магнитопровод трансформаторов: Ø8 Х 8 мм, материал — сталь марки Э47, лист 0,35 мм. Катушечная обмотка — обыкновенная многослойная.

Таблица P-3 Таблица P-3

Ток холостого хода измеряется при напряжении 50 В и частоте 500 Гц. Коэффициент трансформации измеряется при напряжении 10 В с частотой 500 Гц для согласующих трансформаторов и, соответственно, 20 В, 500 Гц для выходных трансформаторов.

Для приемников «Спидола-207» и «Спидола-230» согласующий трансформатор (ТП-207) по своим характеристикам и конструкции аналогичен согласующему трансформатору ВЭФ-201».

Рис. П-14. Разводка выводов переходного (а) и выходного (б) трансформаторов радиоприемников типа «Спидола», «ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202», «Спидола-207» и «Спидола- 230»

Распиновка кабелей трансформатора показана на рис. П-14.

В приемнике Океан-205 применен силовой трансформатор типа ТС-4-1 для обеспечения возможности питания от сети временного электроснабжения. Первичная обмотка этого трансформатора имеет 4000 витков (ответвление 2310 витков), намотанных проводом ПЭВ-2, 0,11; вторичная обмотка: 300 витков, провод ПЭВ-1, 0,29. Тип намотки: обыкновенная, плотная. Сопротивление обмотки постоянному току: первичная — 727 Ом, вторичная — 55 Ом. Магнитопровод трансформатора: упаковка 25,5 Х 16 мм; сталь марки E310 — EZZO, толщина полосы 0,35 мм.

Типы магнитопроводов трансформатора

Различают кальциевую структуру и ламинированный вариант магнитопровода сердечника. Они различаются типом соединения основного элемента с коромыслом.

Стыковая конструкция

В этом проекте сборка хомутов и тяг выполняется отдельно. Сначала на штанге монтируется обмотка, после чего фиксируется верхняя коромысла. Для изоляции пластин между ответными элементами кладут электрокартон. После установки коромысла конструкция прижимается и стягивается вертикальными шпильками. Этот тип сборки используется для шунтирующих реакторов и ограничителей тока. В основном это зависит от размера растения. При небольших размерах конечного изделия такая сборка очень удобна, так как для крепления обмоток достаточно снять верхнее ярмо.

Когда дело доходит до использования такой конструкции в силовых трансформаторах, необходимы громоздкие устройства, чтобы связать изделие. Поверхности соединяемых стержней и ярм должны быть обработаны. Это снижает сопротивление, но требует больших временных и материальных затрат. Поэтому для силовых трансформаторов применяется другой тип сборки — смешивающий.

Шихтованная конструкция

В этой конструкции хомуты и стержни являются насадками. Они разделены на слои определенной толщины. Каждый из этих пакетов состоит из двух или трех листов стали. Каждый слой содержит пластины, некоторые из которых должны входить в коромысло. Необходимо следить за тем, чтобы плиты предыдущего слоя перекрывали стыки плит соседнего элемента.

Преимуществами такого типа сборки являются:

• небольшой вес конструкции;
• небольшие пространства в местах стыков;
• низкий ток холостого хода;
• большая механическая стойкость.

Из недостатков можно выделить фактор более сложной сборки трансформатора.

Сначала необходимо раздеть верхнюю кокетку отдельными слоями. Затем на стержни надевают обмотки и повторяют дозировку. Это делает установку более трудоемкой. Его должен выполнять квалифицированный специалист, так как некачественная сборка может ухудшить технические параметры трансформатора.

Что представляют собой обмотки трансформаторов?

Трансформатор — это статический электромагнитный преобразователь с двумя или более обмотками, предназначенный (чаще всего) для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко используются при передаче электроэнергии на большие расстояния, при распределении между приемниками, а также в различных выпрямителях, усилителях, устройствах сигнализации и др.

Обмотки трансформатора обычно изготавливают из алюминия или меди.

Обмотки трансформатора изготавливаются из меди или алюминия. Для трансформаторов малой мощности, т. Е. Малых токов (до 25 А для воздушных и до 45 А для маслонаполненных трансформаторов) обмотки выполняются изолированным проводом круглого сечения. Параллельное соединение витков позволяет использовать провод круглого сечения при относительно больших токах в обмотках и облегчает процесс изготовления последних. При больших мощностях и токах обмотки выполняются проводниками прямоугольного сечения.

Рисунок 1 и 2. Схема обмоток трансформатора.

Для изоляции обмоток и других токоведущих частей трансформатора используются изоляционные материалы, которые должны обеспечивать надежную работу трансформатора в условиях его эксплуатации при значительных колебаниях температуры нагрева.

Конструкция обмоток должна обеспечивать хорошее охлаждение, чтобы температура нагрева обмоток не превышала пределов, установленных для соответствующих классов изоляции. Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений продолжительное воздействие на нее переменного электрического поля, присутствующего в трансформаторе при нормальной работе, и кратковременные перенапряжения, возникающие в рабочих условиях трансформаторов. Обмотки трансформаторов должны выдерживать механические нагрузки, которым они подвергаются во время сборки трансформатора и в условиях эксплуатации при коротком замыкании.

По способу размещения на магнитной цепи обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися с диском. Концентрические обмотки выполнены в виде цилиндров, расположенных концентрично на магнитопроводе. Внутри (ближе к сердечнику) обычно размещается обмотка НН, требующая меньшей изоляции, чем магнитопровод, снаружи — обмотка ВН (рис. 1а).

В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления обмоток, то есть для уменьшения магнитной дисперсии, используются двойные концентрические обмотки (рис. 1б),

в котором обмотка НН разделена на две части с одинаковым числом витков. Обмотка ВН размещается между половинами обмотки НН. Точно так же можно сделать тройную концентрическую обмотку, в которой обмотка НН состоит из трех частей, а обмотка ВН — из двух.

В обмотках переменного диска катушки НН и ВН, выполненные в виде отдельных дисков, размещены на магнитопроводе в чередующемся порядке (рис. 2). Вся обмотка разделена на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек высокого напряжения и двух или более катушек низкого напряжения, размещенных по обе стороны от них. На практике переменные обмотки используются только для специальных трансформаторов. При высоких напряжениях эти обмотки не используются из-за сложности изоляции и большого количества зазоров между катушками низкого и высокого напряжения.

Конструктивно концентрические обмотки бывают цилиндрическими, спиральными, сплошными, винтовой и т.д.

Варианты цилиндрической упаковки.

Цилиндрические обмотки: одно- и двухслойные цилиндрические обмотки намотаны проводом прямоугольного сечения в один или несколько параллельных проводов. В трехслойных обмотках (и с большим количеством слоев) между слоями оставляют вертикальный канал. Оберточный слой состоит из витков, намотанных вплотную друг к другу. Начало и конец двухслойной обмотки снимают с ее верхней части и кладут на верхнее ярмо. Эти обмотки используются в качестве обмоток для трансформаторов низкого напряжения до 630 кВА.

Многослойные цилиндрические обмотки наматываются круглыми проводами, размещенными по всему стержню в несколько слоев, между которыми прокладывается бумажная изоляция кабеля. Обычно такая обмотка состоит из двух катушек, между которыми оставляют вертикальный канал охлаждения. Многослойные цилиндрические обмотки используются в качестве обмоток ВН для трансформаторов мощностью до 630 кВА при напряжении до 35 кВ. Цилиндрические обмотки просты в изготовлении, но их механическая прочность по отношению к осевым силам невысока (при намотке плоского провода), поскольку радиальные размеры обмоток относительно малы.

Обмотка от многослойной к катушке — отличается от многослойной цилиндрической тем, что разделена по высоте на отдельные витки и поэтому более сложна в изготовлении.

Кабельная бумага используется для прокладки между слоями катушки.

Кабель или телефонная бумага прокладывается между слоями катушки, а электрические картонные шайбы помещаются между отдельными катушками. Каналы охлаждения выполнены между отдельными змеевиками (обычно двумя). Обмотки многослойных катушек используются в качестве обмоток ВН трансформаторов мощностью до 100 кВА и напряжением до 35 кВ.

Непрерывная намотка — наматывается по спирали проволокой прямоугольного сечения. Он состоит из нескольких десятков дисковых катушек, соединенных между собой без пайки. При изготовлении обмоток проволока в каждой катушке растягивается, сплющивается по спирали и наматывается на изолирующий цилиндр или стальной шаблон. Между изолирующим цилиндром и катушками обмотки, а также между отдельными катушками имеются каналы охлаждения.

Каждая катушка состоит из нескольких витков, и каждый виток состоит из одного или нескольких параллельных проводов. При наличии нескольких параллельных нитей накручиваются с переносом (транспозицией). Непрерывные обмотки, несмотря на сложность их изготовления, в настоящее время широко используются в конструкции трансформаторов из-за их высокой механической прочности. Такие обмотки используются в качестве обмоток высокого и низкого напряжения для трансформаторов мощностью более 1000 кВА.

Винтовые обмотки: они намотаны несколькими параллельными прямоугольными проводниками. Параллельные провода размещаются друг на друге (перпендикулярно оси намотки), в отличие от цилиндрических обмоток, где параллельные провода укладываются друг на друга по линии, параллельной оси намотки. Катушки намотки укладываются по винтовой линии с одним или несколькими ходами. В винтовых обмотках необходимо перемещать (транспонировать) проводники, образующие виток, чтобы равномерно распределить ток между параллельными проводами.

Перестановка нитей создает такие условия, что каждая нить за один оборот поочередно занимает все возможные позиции. Винтовые обмотки могут иметь до 20, а иногда и более параллельных проводов. Они, как и сплошные обмотки, обладают высокой механической прочностью, используются в качестве обмоток НН при больших токах.

Итог

Трансформаторы используются во многих местах. Их конструкция разная и для каждой задачи по-своему уникальна.

Интересные факты про трансформаторы

Трансформатор — самый эффективный преобразователь. Его КПД (КПД) может достигать 99% (силовые трансформаторы). Но для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) КПД обычно не более 30%.

Наиболее производительным, но в то же время сложным в изготовлении является тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитной цепи. Это усложняет производственный процесс, особенно в промышленных масштабах.

Область применения

Тороидальные трансформаторы имеют множество областей применения, среди которых наиболее распространенными можно выделить следующие:

1. Бытовая электроника.
2. Медицинская электроника.
3. Конвертеры.
4. Энергетические системы.
5. Аудиосистемы.
6. Системы безопасности.
7. Телекоммуникации.
8. Низковольтное освещение.

Сегодня тороидальные трансформаторы используются в различных отраслях промышленности и очень часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источниках бесперебойного питания, в стабилизаторах напряжения, применяемых для питания осветительного и радиотехнического оборудования, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании.

Что нужно для намотки устройства

Тороидальный трансформатор в принципе работает так же, как трансформаторы с сердечниками других форм: он понижает или увеличивает напряжение, увеличивает или понижает ток — он преобразует электричество.

Но тороидальный трансформатор отличается той же передаваемой мощностью, меньшими габаритами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Главное, что должен знать и понимать человек, наматывающий трансформатор:

• длина провода (количество витков) — напряжение;
• сечение проводника — это ток, которым его можно заряжать;
• если количество витков в первичной цепи небольшое — это ненужный нагрев провода;
• если общая мощность недостаточна (израсходовано больше, чем возможно), снова тепло;
• перегрев трансформатора приводит к снижению надежности.

Для намотки понадобится трансформаторное железо в виде тора, проводник краски (для намотки трансформатора нужен обмоточный провод). Также можно использовать клейкую ленту (бумажную), виниловый клей, тканевую ленту или скрепку, а также отрезки электрического провода.

Схема расчета конструкции трансформатора.

Перед намоткой необходимо подготовить утюг к намотке. Если вы посмотрите на углы трансформатора, то увидите, что они расположены под углом 90 градусов, в этих местах будет гнуться провод и отслоиться краска, так что не нужно обрабатывать углы напильником по максимально округляя их. Минимальный радиус круга 3 мм.

Маленькая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать облизывания стали, чтобы слои не оставались сомкнутыми! Для этого переместите напильник по направлению ленты-трансформера. После обработки рекомендую посмотреть на углы, чтобы закрыть слои и доработать их небольшим напильником.

Чтобы изолировать сердечник от обмотки, необходимо изолировать его тканевой лентой (или петлей, пропитанной парафином). Лучше всего использовать изоленту шириной около 25 мм, поэтому в один слой будет максимально металлическое покрытие, что сэкономит место в окне. Конец упаковки не приклеиваем.

Лакопровод

Проводник краски — это электрический проводник, изоляция которого состоит из краски (обмоточный или обмоточный провод). Есть несколько марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Я рекомендую использовать ПЭВ-2 насыщенного оранжевого цвета. Кроме того, очень хорошо себя показал очень темный на вид провод (PEL) цвета гнилой вишни, имеет толстый изолирующий слой, что позволяет использовать его для высоковольтных трансформаторов (более 500В).

Читайте также: Характеристики и разновидности галогенных ламп (hb4, h11, hb3, g9).

Обмоточные кабели необходимо «армировать» дополнительной изоляцией. Для таких вещей очень подходит ПВХ изоляция (советский белый), но еще лучше изоляция от провода необходимого сечения.

Интересный материал для познания — что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Покрытие закончено лаком.

можно использовать термоусадку, но лучше использовать ПВХ или изоляцию, потому что первая имеет свойство гнуться в одном месте, что для нас очень бесполезно, мы стараемся от этого защититься, чтобы провод не порвался.

Для снятия изоляции рекомендую взять провод с дополнительной изоляцией в виде проволоки, намотанной вокруг жилы. В этом случае провод не обеспечивает прочной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Для облегчения протягивания проволоки необходимо ее немного согнуть (на 45 градусов).

Чтобы было легче считать ходы, лучше всего сгруппировать их по 5 или 10 ходов. Протягивать провод нужно не четко перпендикулярно касательной, а немного наклонно в сторону обмотки, как если бы внутренняя часть обмотки шла впереди внешней. Таким образом, один раз натянутый обмоточный провод будет прижиматься к другим уже уложенным виткам.

Будет очень хорошо, если при обертывании вы будете использовать бумагу для выпечки (пергамент), нарезанную такими же полосками и после обертывания. В результате транс нужно будет замачивать, но на самом деле он будет кипятиться на паровой бане со смесью парафин / воск 50:50 соответственно.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, до половины по сравнению с другими типами магнитопроводов. Многослойный сердечник в два раза больше, чем ленточный тороидальный сердечник при той же общей мощности. Таким образом, тороидальные трансформаторы более удобны в установке и подключении, и уже не так важно, будет ли это установка внутри помещения или снаружи.

Расчеты

Самый сложный вариант, если вы планируете сделать трансформатор своими руками с нуля. В этом случае расчет электрической машины ведется исходя из выходной мощности. На основании этого параметра рассчитывается мощность первичной обмотки. Если использовать заводское ядро, эти значения можно считать одинаковыми, если собрать самостоятельно, то P2 = 0,9 * P1

Это приблизительная оценка, основанная на потерях в сердечнике. В зависимости от качества дозировки, сделанной своими руками, разница в потенции может варьироваться от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первичной обмотки определяется сечение магнитопровода, которое рассчитывается по формуле: S = √P1

Следует отметить, что мощность для расчетов берется в ваттах, а размеры жилы получены в квадратных сантиметрах.

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

Где k — коэффициент передачи, f — частота сетевого напряжения переменного тока, S — площадь поперечного сечения магнитной цепи.

Согласно полученному коэффициенту количество витков в обмотках определяется амплитудой входного и выходного напряжений: N1 = k * U1, N2 = k * U2

Это приблизительная оценка и предназначена для домашнего использования радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную методику расчета, которая проводится по справочникам и зависит от типа и назначения (мощность, измерение, три обмотки, тороидальные устройства и т.д.)

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

В результате ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора, рассчитывается по формуле: I2 = P2 / U2

Исходя из величины тока в каждой обмотке подбирается сечение сердечника. Но учтите, что проводник в обмотке охлаждается намного хуже, поэтому запас по поперечному сечению составляет 20 — 30%. С медным проводом эту работу проделать проще, но это требование не критично.

Таблица: выбор секции в зависимости от текущего протекания

Медный проводник	Алюминиевый проводник
Сечение сердечника, мм 2	Ток, А	Сечение жил мм2	Ток, А
0,5	одиннадцать	—	—
0,75	15	—	—
1	17	—	—
1.5	19	2,5	22
2,5	27	4	28 год
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85
25	115	35 год	100
35 год	135	50	135
50	175	70	165
70	215	95	200
95	265	120	230
120	300

Как проверить устройство

Материалы, необходимые для проверки тороидального трансформатора: схема подключения, показывающая, как трансформатор подключен, и (цифровой электронный тестер мультиметра или аналоговый тестер мультиметра).

Первым делом необходимо визуально осмотреть трансформатор и проверить запах. Перегрев может вызвать сбои в работе трансформатора. Если есть следы ожогов или внешняя часть обмотки видна снаружи, трансформатор необходимо заменить и дальнейшие испытания не требуются.

Испытание тороидального трансформатора.

Точно так же запах гари указывает на перегрев трансформатора. Если никаких других повреждений, кроме запаха, не видно, можно провести дополнительные испытания, чтобы определить, находится ли трансформатор в рабочем состоянии или нет.

Информация о входном и выходном напряжении обычно четко указана на трансформаторе, но самый безопасный вариант — получить электрическую схему у производителя продукта.