Способ намотки тороидальных трансформаторов. Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор Как намотать тороидальный трансформатор

!
В этой статье речь пойдет о том, как правильно мотать импульсный трансформатор.

Автор YouTube канала «Open Frime TV» Роман, не так давно собирал импульсный блок питания на микросхеме IR2153, а сейчас он расскажет, как самостоятельно намотать импульсный трансформатор для самодельного блока питания.

Так уж сложилось, что первый намотанный автором трансформатор был на ферритовом кольце, и после этого он уже не мог мотать на ш-образных, и на то есть несколько причин. Первое - это относительно небольшое место намотки ш-образных сердечников, а у тороидальных же можно растянуть по всему кольцу. И отсюда появляется вторая проблема, если намотали много витков, то потом закрыть половинки сердечника сложно.

Да, вы можете сказать, что обратной стороной медали будет распространенность таких сердечников в блоках питания компьютера, но вы попробуйте сначала разберите нормально сердечник, не сломав его. Хотя уже было экспериментально доказано, что поломанный сердечник после склейки работает так же, как и новый, но душе спокойнее, когда используется цельный феррит.

Еще одно, при одинаковых размерах ферритовое кольцо имеет большую мощность, чем ш-образный сердечник. Вот к примеру, несколько сердечников. Ш-образный может выдать мощность 150-180Вт, а примерно такой же по размеру тороид может выдать 250Вт.

Для сравнения, вот еще один тороид, который всего на 1 см больше предыдущего, а этот уже может выдать 600Вт мощности.

Автор надеется, что приведенные им доводы были весьма вескими, и советует переходить на намотку трансформаторов на тороидальные сердечники. Ну а теперь собственно переходим к намотке. Для этого нам понадобится сердечник. Они бывают разных типов. Вот такие, еще производства СССР и вот такие сделанные в Китае:

Можно использовать как те, так и другие. У сердечников, изготовленных в Советском Союзе должна быть маркировка 2000НМ, а при выборе китайских необходимо следить за проницаемостью, она должна быть в районе 2000-2200.

С этим разобрались, идем дальше. Как видим, китайские сердечники уже покрыты краской и по сути можно мотать прямо на сердечник без изоляции.

Но тогда провод будет скользить по поверхности. Если вас, как и автора такое не устраивает, то для изоляции можно использовать вот такую желтую высоковольтную майларовую ленту:

Или же можно использовать вот такой термоскотч:

Применять в данном случае классическую синюю изоленту крайне нежелательно, так как при нагреве она сильно задерживает тепло. Перед изготовлением трансформатора вы уже знаете какое напряжение и мощность он должен выдать. Вот и автор придумал себе следующее техническое задание: необходимо намотать трансформатор на 24В, мощностью 80Вт для будущего проекта паяльной станции.

С расчетами нам поможет следующая программа:

Ссылку на нее автор оставил в описании под видеороликом (ссылка ИСТОЧНИК в конце статьи). В программе водим необходимое значение. Если делаете импульсный блок питания по схеме автора, то просто повторяете действия как на экране (более подробно это показано в видеоролике автора внизу страницы).

Отличия будут в нескольких параметрах. Первое - это частота.

Она зависит от номинала вот этого резистора:

Посчитать ее можно в онлайн калькуляторе. Сюда достаточно забить номинал конденсатора и резистора. На выходе получим частоту.

Также у вас будут свои выходные напряжения и диаметры проводов.

Когда разобрались с данными приступаем к выбору сердечника. Если у вас есть в наличие сердечники, то замеряем их размер с помощью линейки или штангенциркуля, а потом ищем в программе такой же типоразмер. Когда указали свой сердечник, программа покажет габаритную мощность, и вы уже понимаете подходит он или нужно искать новый.

Если в наличии нет сердечников, то просто начните перебирать разные размеры. Таким образом находим нужный сердечник, а потом остается только купить его в магазине. Надеюсь, вам стал понятен принцип выбора сердечников. У автора в наличии были сердечники с минимальной мощностью 250Вт, их можно спокойно использовать. Да, будет небольшой перерасход материала, но это не страшно, лучше большая мощность, чем меньшая.

Автор решил использовать сердечник с заведомо большей мощности, потому что на нем будет нагляднее видно процесс намотки. Когда ввели все данные в программу, нажимаем кнопку «рассчитать», и получаем необходимые параметры для намотки.

Как вы помните, нам нужно получить напряжение 24В на выходе, но по расчетам получается 26В. В таком случае можно изменять частоту и искать такое значение, при котором на выходе будет нужное напряжение. Вместе с изменением частоты изменяются и параметры обмотки. Вот к примеру, мы нашли частоту 38кГц, при которой на выходе получаем напряжение ровно 24В. Переходим в онлайн калькулятор, и изменяя номинал резистора, находим значение, при котором будет нужная частота в 38кГц, а потом уже непосредственно при запайке резистора на плату, на нем выставляем нужный номинал.

Можно переходить к намотке. Изолируем сердечник.

Теперь можно мотать первичную обмотку, но на глаз равномерно распределить будет сложно, поэтому сделаем разметку. Нам понадобится листик и транспортир. Делаем 2 диаметра: внутренний и наружный. Ставим точку отсчета и с помощью транспортира делим нашу разметку на то количество, сколько нужно витков. Потом вырезаем ее, и с помощью скотча приклеиваем на сердечник.

Далее нужно отмотать необходимую длину провода для намотки. Сделать это можно зная длину одного витка, а также количество витков. Замеряем один виток и умножаем на количество, а также добавляем 5% из-за того, что провод ложится не виток к витку, а немного растянуто, а еще и выводы необходимо сделать.

Когда узнали длину провода, отматываем его, отрезаем и можно мотать. Для этого автор пользуется вот таким приспособлением:

На него наматывается провод и потом спокойно продевая его в сердечник производится намотка строго по разметке. Для крепления витков можно использовать суперклей.

Теперь осталось подпаять многожильный провод к первички и заизолировать тем же термоскотчем.

Вот и все - первичка готова, приступаем к изготовлению вторички. Направление намотки первички и вторички может не совпадать - это неважно. Процедура намотки вторички практически не отличается от намотки первичной обмотки, такая же разметка, витков правда меньше, но процесс идентичен.

А теперь самое важное. Вот здесь путается большинство людей, это то, как сделать среднюю точку. Итак, сейчас автор продемонстрирует это максимально наглядно. Вот мы намотали одну половину вторички - это будет средней точкой.

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.

Таблица 3. Данные выходных трансформаторов от некоторых радиоприемников.

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

Конструкция и принцип работы

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

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

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

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

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

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

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

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

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

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

Трансформатор тока

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

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

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

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

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

Расчёт параметров изделия

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

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

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

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

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

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

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

Сварочное устройство

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Токовый трансформаторный прибор

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

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

Iвт - количество витков во вторичной обмотке.

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

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

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

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

Самостоятельное изготовление

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

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

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

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

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

Намоточный станок своими руками

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

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

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

Намотать трансформатор своими руками – процесс не столько сложный, сколько длительный, требующий постоянной концентрации внимания.

Тем, кто приступает к такой работе в первый раз, бывает трудно разобраться, какой материал использовать и как проверить готовый прибор. Пошаговая инструкция, представленная ниже, даст новичкам ответы на все вопросы.

Прежде чем приступить непосредственно к намотке, необходимо запастись всеми необходимыми для выполнения работы приспособлениями и инструментами:

Виды и способы, направления намотки обмоток трансформатора представлены на фото:

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 , прежде всего надо определить выводы всех его обмоток. Полезные советы о том, как проверить трансформатор мультиметром на работоспособность, читайте в следующей статье.

Алгоритм действий

1. Провод с катушкой закрепить в устройстве намотке , а каркас трансформатора – в устройстве намотки. Вращения делать мягкие, умеренные, без срывов.
2. Провод с катушки опустить на каркас.
3. Между столом и проводом оставить минимум 20 см , чтобы можно было расположить на столе руку и фиксировать провод. Также на столе должны находиться все сопутствующие материалы: наждачная бумага, ножницы, бумага для изоляции, включенный паяльный инструмент, карандаш или ручка.
4. Одной рукой плавно вращать намоточное устройство, а второй – фиксировать провод. Необходимо, чтобы провод ложился ровно, виток к витку.
5. Трансформаторный каркас заизолировать , а выведенный конец провода продеть сквозь каркасное отверстие и ненадолго зафиксировать на оси намоточного устройства.
6. Намотку следует начинать без спешки: необходимо «набить руку», чтобы получалось укладывать обороты друг рядом с другом.
7. Нужно следить, чтобы угол провода и натяжение были постоянными. Мотать каждый последующий слой «до упора» не следует, т. к. провода могу соскользнуть и провалиться в каркасные «щечки».
8. Счетное устройство (если есть) установить на ноль либо внимательно считать витки устно.
9. Изолирующий материал склеить или прижать мягким кольцом из резины.
10. Каждый последующий оборот на 1-2 витка делать тоньше предыдущего.

О намотке катушек трансформатора своими руками смотрите в видео-ролике:

Соединение проводов

Если в ходе наматывания произойдет разрыв, то:

• тонкие провода (тоньше 0,1 мм) скрутить и заварить;
• концы проводов средней толщины (менее 0,3 мм) следует освободить от изоляционного материала на 1-1.5 см, скрутить и спаять;
• концы толстых проводов (толще 0,3 мм) нужно немного зачистить и спаять без скрутки;
• место спайки (сварки) заизолировать.

Важные моменты

Если для намотки используется тонкий провод, то количество витков должно превышать несколько тысяч . Сверху обмотку необходимо защитить бумагой для изоляции или дерматином.

Если трансформатор обмотан толстым проводом, то наружная защита не требуется.

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.

Тороидальный трансформатор – электротехнический преобразователь напряжения или тока, сердечник которого изогнут кольцом и замкнут. Профиль сечения отличается от круглого, название все равно применяют за неимением лучшего.

Отличия тороидальных трансформаторов

Автором тороидальных трансформаторов признан Майкл Фарадей. Возможно встретить в отечественной литературе (особенно, коммунистических времен) утопичную идею: первым собрал подобное Яблочков, сравнив указываемую дату – обычно, 1876 год – с ранними опытами по электромагнитной индукции (1830). Просится вывод: Англия опередила Россию на полвека. Интересующихся подробностями отошлем к обзору . Приводятся детальные сведения о конструкции первого в мире тороидального трансформатора. Изделие отличает форма сердечника. Помимо тороидальных принято по форме различать:

1. Броневые. Отличаются избыточностью ферромагнитного сплава. Для замыкания линий поля (чтобы проходили внутри материала) ярма охватывают обмотки с внешней стороны. В результате входная и выходная наматываются вокруг общей оси. Одна поверх другой или рядом.
2. Стержневые. Сердечник трансформатора проходит внутри витков обмотки. Пространственно входная и выходная разнесены. Ярма вбирают малую часть линий напряженности магнитного поля, проходящих за пределами витков. Фактически нужны, чтобы соединить стержни.

Тороидальный трансформатор

Новичку приходится туго, нелишне пояснить подробнее. Стержнем называется часть сердечника, проходящая внутри витков. На остов наматывается проволока. Ярмом называется часть сердечника, соединяющая стержни. Нужны передавать линии магнитного поля. Ярма замыкают сердечник, формируя цельную конструкцию. Замкнутость требуется для свободного распространения внутри материала магнитного поля.

Тема Магнитная индукция показывает – внутри ферромагнетика поле значительно усиливается. Эффект образует базис функционирования трансформаторов.

В состав стержневого сердечника ярмо входит минимальным составом. В броневом охватывает дополнительно обмотки снаружи вдоль длины, как бы защищая. От аналогии произошло название. Майкла Фарадея выбрал тор скорее интуитивно. Формально можно назвать стержневым сердечником, хотя направляющая оси симметрии обмоток идет дугой.

Опорой первому магниту (1824 год) стала лошадиная подкова. Возможно, факт придал направлению полета творческой мысли ученого верный азимут. Используй Фарадей иной материал, опыт окончится неудачей.

Тор навивают единой лентой. Подобные сердечники называют спиральными в отличие от броневых и стержневых, которые фигурируют в литературе за термином пластинчатые. Это введет в заблуждение. Лишний раз следует сказать: тороидальный сердечник, будучи намотанным отдельными пластинами, называется спиральным. Разбивать частями приходится, когда отсутствует лента. Это вызвано чисто экономическими причинами.

Подытожим: в исходном виде тороидальный трансформатор Фарадея имел сердечник круглого сечения. Сегодня форма невыгодна, невозможно обеспечить массовое производство соответствующей технологией. Хотя деформация проволоки по углам сгиба приводит однозначно к ухудшению характеристик изделия. Механические напряжения повышают омическое сопротивление обмотки.

Сердечники тороидальных трансформаторов

Тороидальный трансформатор назван за форму сердечника. Майкл Фарадей изготовил бублик, использовав цельный кусок мягкой стали круглого сечения. Конструкция нецелесообразна на современном этапе по нескольким причинам. Главное внимание уделяется минимизации потерь. Сплошной сердечник невыгоден, наводятся вихревые токи, сильно разогревающие материал. Получается плавильная индукционная печь, легко превращающая в жидкость сталь.

Чтобы избежать ненужных трат энергии и нагревания трансформатора, сердечник нарезают полосами. Каждая изолируется от соседней, например, лаком. В случае тороидальных сердечников наматывают единой спиралью, либо полосами. Сталь обычно на одной стороне имеет изолирующее покрытие толщиной единицы микрометра.

Упомянутые стали используются для конструирования , довольно часто по исполнению являющихся тороидальными. Интересующимся можно ознакомиться с ГОСТ 21427.2 и 21427.1. Для сердечников (как следует из названия документов) сегодня чаще используется анизотропная холоднокатаная листовая сталь. В название заложено: магнитные свойства материала неодинаковы по разным осям координат. Вектор потока поля должен совпадать с направлением проката (в нашем случае движется по кругу). Ранее применялся другой металл. Сердечники высокочастотных трансформаторов могут изготавливаться из стали 1521. В рамках сайта особенности применяемых материалов обсуждались (см. ). Сталь маркируется по-разному, в состав обозначения включаются сведения:

• Первое место отводится цифре, характеризующей структуру. Для анизотропных сталей применяется 3.
• Вторая цифра указывает процентное содержание кремния:

1. менее 0,8%.
2. 0,8 – 1,8%.
3. 1,8 – 2,8%.
4. 2,8 – 3,8%.
5. 3,8 – 4,8%.

• Третья цифра указывает основную характеристику. Могут быть удельные потери, величина при фиксированной напряженности поля.
• Тип стали. С ростом числа удельные потери ниже. Зависит от технологии производства металла.

Теряет значение взаимное расположение конца и начала ленты. Чтобы спираль не размоталась, последний виток приваривают к предыдущему точечной сваркой. Намотка ведется с натяжением, собранные из нескольких полос ленты обычно не удаётся подогнать плотно, сварной шов выполняется внахлест. Иногда тор режется на две части (разрезной сердечник), на практике требуется сравнительно редко. Половинки при сборке стягиваются бандажом. В процессе изготовления готовый тороидальный сердечник режется инструментом, торцы шлифуются. Витки спирали скрепляются связующим веществом, чтобы не размоталась.

Намотка тороидальных трансформаторов

Стандартно производится дополнительная изоляция тороидального сердечника от обмоток, даже если используется лакированная проволока. Широко применяется электротехнический картон (ГОСТ 2824) толщиной до 0,8 мм (возможным другие варианты). Распространенные случаи:

1. Картон наматывается с захватом предыдущего витка на тороидальный сердечник. Способ характеризуется, как вполнахлеста (половина ширины). Конец приклеивается или закрепляется киперной лентой.
2. По торцам сердечник защищают картонные шайбы с надрезами глубиной 10 – 20 мм, шагом 20-35 мм, перекрывающие толщину тора. Наружная, внутренняя грань закрываются полосами. Технологически шайбы идут в сбор последними, прорезанные зубцы загибаются. Поверх спирально наматывается киперная лента.
3. Надрезы могут производиться на полосах, тогда берутся с запасом, чтобы больше высоты тора, кольца – строго по ширине, накладываются поверх загибов.
4. Тонкие полосы, кольца текстолита закрепляются на тороидальном сердечнике лентами стеклоткани вполнахлеста.
5. Иногда кольца выполняются из электротехнической фанеры, гетинакса, толстого (до 8 мм) текстолита с запасом наружного диаметра 1-2 мм. Внешнюю и внутреннюю грань защищают картонными полосами с загибом по краям. Меж первыми витками обмотки, сердечником остается воздушный зазор. Промежуток под картоном нужен на случай, если края под проволокой протрутся. Тогда токонесущая часть никогда не коснется тороидального сердечника. Поверх наматывается киперная лента. Иногда внешнее ребро колец сглаживается, чтобы намотка углами шла плавно.
6. Имеется разновидность изоляции, сходная с предыдущей, с внутренней стороны по кольцам на внешних ребрах имеются проточки до сердечника, куда ложатся полосы. Элементы выполняются из текстолита. Поверх наматывается киперная лента.

Обмотки обычно выполняются концентрическими (одна над другой), либо чередующимися (как в первом опыте Майкла Фарадея 1831 года), называют иногда дисковыми. В последнем случае через одну может наматываться достаточно большое их число, попеременно: то высокое напряжение, то низкое. Применяется чистая электротехническая медь (99,95%) удельным сопротивлением 17,24 – 17,54 нОм м. Ввиду дороговизны металла для изготовления тороидальных трансформаторов малой и средней мощности берется рафинированный алюминий. Для прочих случаев сказываются ограничения по проводимости и пластичности.

В мощных трансформаторах медный провод бывает прямоугольного сечения. Делается для экономии места. Жила должна быть толстой, пропуская значительный ток, дабы не расплавиться, круглое сечение приведет к излишнему росту габаритов. Выигрыш равномерности распределения поля по материалу свелся бы к нулю. Толстый прямоугольный провод достаточно удобно укладывать, чего нельзя сказать касательно тонкого. В остальном (по конструктивным признакам) намотка производится в точности теми же путями, как в случае обычного трансформатора. Катушки делаются цилиндрическими, винтовыми, однослойными, многослойными.

Определение конструкции тороидального трансформатора

Интересующимся вопросом рекомендуем изучить книгу С. В. Котенева, А. Н. Евсеева по расчету оптимизации тороидальных трансформаторов (издание Горячая линия – Телеком, 2011 год). Напоминаем: издание защищено законом об авторских правах. Профессионалы найдут силы (средства) приобрести при необходимости книгу. Согласно главам, расчет начинается определением параметров режима холостого хода. Подробно описывается, как найти активный и реактивный токи, высчитать ключевые параметры.

Печатное издание, несмотря на некоторую спорность изложения, попутно дает понять, почему включенный в цепь трансформатор, лишенный нагрузки, не сгорает (энергия тока расходуется намагничиванием). Хотя, казалось бы, предсказан очевидный исход мероприятия.

Число витков первичной обмотки выбирается из условия не превышения магнитной индукцией максимального значения (до входа в режим насыщения, где значение не меняется ростом напряженности поля). Если конструирование ведется для бытовой сети 230 вольт, берется допуск согласно ГОСТ 13109. В нашем случае, имеется в виду отклонение амплитуды в пределах 10%. Помним: вся промышленность перешла в XXI веке на 230 вольт (220 не используется, приводится в литературе, «наследием тяжелого прошлого»).