Высококачественные трансформаторы широко используются в различных отраслях. Многие мастера ценят такие агрегаты за то, что они достаточно компактны и легки, а вот коэффициент полезного действия находится на высоком уровне. Такие характеристики особенно важны в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Но чтобы такой агрегат исправно работал, нужно правильно рассчитать тороидальный трансформатор.
Краткое описание
Современные производители занимаются промышленным изготовлением нескольких разновидностей магнитопроводов для трансформаторов — броневого, стержневого, тороидального. Если сравнивать их эксплуатационные характеристики и сферы использования, то более эффективным можно считать последний вариант. Всё дело в том, что такое устройство обладает исключительно положительными параметрами, благодаря чему активно применяется в современной промышленности.
Высокая производительность и длительный эксплуатационный срок повлияли на то, что сейчас тороидальный трансформатор является базовым элементом в осветительной технике, стабилизаторах напряжения, источниках бесперебойного питания, радиотехнике, а также медицинском и диагностическом оборудовании.
Сами производители утверждают, что такой агрегат представлен в виде однофазной установки, которая может как понижать, так и повышать мощность. Для качественной эксплуатации трансформатор оборудован мощным сердечником с двумя и более обмотками. Но принцип его эксплуатации ничем не отличается от тех моделей, которые оснащены броневой или стержневой намоткой.
В независимости от эксплуатационных характеристик, трансформатор — это устройство, главная задача которого основана на преобразовании электроэнергии из одной величины в другую. Однако даже самые минимальные изменения в конструктивном исполнении могут существенно изменить итоговые размеры и вес электрической установки. Благодаря этому, технико-экономические параметры будут только возрастать.
Основные преимущества
У такого трансформатора магнитопровод имеет форму тороида, иными словами — все кольца отличаются прямоугольным сечением. Уникальные эксплуатационные характеристики высоко ценятся как в бытовых, так и промышленных сферах. Помимо этого, тороидальный агрегат имеет ряд дополнительных преимуществ в отличие от стандартных стержневых и бронированных моделей:
У мастеров появилась отличная возможность использовать для сердечника сталь с повышенной магнитной проницаемостью (Э-370, 340).- Известно, что итоговый поток рассеяния в идеальной тороидальной катушке должен быть равен нулю. В таком трансформаторе этот показатель имеет некоторую конечную величину. Но такие потоки рассеяния не такие уж и большие, как у обычных моделей, поэтому внешние магнитные поля не влияют на слаженную работу трансформатора.
- В сердечнике полностью отсутствуют зазоры и стыки.
- Мастер может смело использовать структурные свойства сердечника, так как в тороидальном агрегате направление магнитного поля полностью совпадает с прокатом ленты.
Все вышеперечисленные преимущества позволяют добиться высоких экономических и электрических показателей. За счёт этого существенно возрастает производительность оборудования:
Существенно уменьшается общее количество витков, которые используются для получения величины индуктивной первичной обмотки. Такой эффект достигается благодаря использованию сталей с высокой магнитной проницаемостью. В отдельных конструкциях мастерам удалось снизить итоговый расход меди на 25%.- Полное отсутствие зазоров и наличие высоколегированной стали является причиной того, что в сердечнике трансформатора достигается более высокая индукция. Это функциональное преимущество совершенно не влияет на коэффициент нелинейных искажений. В результате мастеру удаётся повысить Bmax в два раза, что считается невозможным в броневых трансформаторах. В итоге снижается итоговый вес и объём рабочего сердечника.
- Равномерная частотная характеристика каскад достигается за счёт небольшой величины индуктивности рассеяния. Наличие минимальных искажений по вине переходных процессов позволяет использовать довольно глубокую обратную связь отрицательного типа.
В связи с тем, что тороидальный трансформатор обладает небольшим магнитным полем, даже самый тесный монтаж не влияет на взаимодействие с другими элементами конструкции.
Самостоятельное изготовление агрегата
Прежде чем приступить к созданию такого агрегата, необходимо подготовить все необходимые инструменты и материалы. Для изготовления более качественной модели может понадобиться даже швейная машинка, прочная игла и обычные спички, но такие детали можно найти практически в каждом доме.
Основным расходным материалом является железо, из него изготавливаются базовые части трансформатора. Для работы понадобится качественная сталь, которая должна быть в форме тора. Не стоит забывать и о хорошем проводе в лаковой изоляции. Надёжная фиксация не может обойтись без клея ПВА и малярного скотча.
Отдельно стоит учесть, что качественная работа обмоток зависит от изоленты на тканевой основе. А также стоит приобрести высококачественный провод в резиновой или силиконовой изоляции. Этот элемент понадобится для надёжного соединения всех концов обмотки.
Подготовка трансформаторной стали
Начинающим мастерам может показаться, что достать базовый элемент конструкции крайне сложно, но на практике всё обстоит совершенно иначе. Дело в том, что даже обычные пункты приёма металла часто располагают неработоспособными стабилизаторами напряжения. В советский период они были очень распространены, так как использовались в чёрно-белых телевизорах, что продлевало работоспособность кинескопов.
Исправность такого устройства совершенно не имеет значения, так как особой ценностью обладают только тороидальные трансформаторы, которые расположены во внутреннем отсеке стабилизатора. Именно эта часть используется мастерами в качестве основы всей конструкции.
На пути к изъятию трансформаторов всегда лежит обмотка, изготовленная из алюминиевого провода. Не стоит забывать о том, что сердечник тоже нуждается в подготовительных работах. Мастер должен максимально округлить острые края этой детали, так как в процессе намотки может повредиться лаковая изоляция. Поверх трансформаторной стали обязательно укладывается изолента на тканевой основе. В этом случае нужен всего один изоляционный слой.
Правила обмотки
Прежде чем приступить к этому виду работы, нужно сделать расчёт тороидального трансформатора по сечению сердечника. Конечно, мастер может использовать специальные онлайн-калькуляторы, которых на просторах интернета существует очень много. Но можно выбрать более простой вариант, где для всех вычислений нужно подготовить только линейку и калькулятор.
Конечно, он может иметь некоторые погрешности, так как расчёт не подразумевает соблюдения всех тех факторов, которые встречаются в природе. Главное, придерживаться правила о том, что итоговая мощность во вторичной катушке не должна превышать аналогичных показателей в первой обмотке.
Когда мастер дошёл до этого этапа и нужно сделать намотку тороидального агрегата, ему стоит быть крайне внимательным, так как этот процесс довольно трудоёмкий. Отличным считается тот вариант, когда есть возможность самостоятельно разобрать магнитопровод, а уже после намотки собрать его.
В противном случае можно прибегнуть к помощи обычного веретена, на которое нужно аккуратно намотать определённое количество заранее подготовленного провода. Только после этого веретено можно пропустить необходимое количество раз сквозь тор, равномерно укладывая витки обмоток. Конечно, на реализацию такой идеи уйдёт достаточно много времени, но результат того стоит.
Стоит отметить, что в стандартных ситуациях мастера проводят дополнительную изоляцию тороидального сердечника от обмоток (даже в том случае, если используется лакированная проволока). Особой популярностью пользуется высококачественный электротехнический картон, который соответствует всем стандартам ГОСТ 2824 . Толщина этого материала находится в пределах 0,8 мм.
Во время работы мастера придерживаются следующей схемы:
- Картон аккуратно наматывается на сердечник с небольшим захватом предыдущего витка. Конец материала обязательно фиксируется киперной лентой либо клеем ПВА.
Все торцы сердечника должны быть защищены картонными шайбами с небольшими надрезами от 10 до 20 мм, длина шага — 35 мм. Как наружная, так и внутренняя грань обязательно закрывается небольшими полосами. Стоит отметить, что технологические шайбы фиксируются на финишном этапе, а все прорезиненные зубцы загибаются. Поверх всей конструкции наматывается киперная лента.- Если надрезы были сделаны на самых полосах, тогда должен присутствовать небольшой запас, чтобы добиться большей высоты торца. Все кольца должны быть прикреплены строго по ширине, накладываются они поверх загибов.
- В редких случаях кольца могут быть изготовлены из специальной электротехнической фанеры, толстого текстолита. Уязвимую внутреннюю и внешнюю грань защищают картонными полосами с небольшими загибами по краям. Между первыми витками обмотки и сердечником должен присутствовать небольшой воздушный зазор. Такой подход особенно важен в тех случаях, когда края под проволокой протрутся. Так уязвимая токонесущая часть никогда не коснётся тороидального сердечника. На верхний слой обязательно наматывается киперная лента. В некоторых случаях мастера предпочитают сглаживать внешнее ребро колец, за счёт чего намотка углов идёт плавно.
Если трансформатор обладает повышенной мощностью, тогда медный провод должен быть прямоугольного сечения. Такой подход позволяет сэкономить свободное пространство. Жила обязательно должна быть толстой, чтобы она не плавилась во время того, как по ней проходит большое напряжение.
Тонкости расчётных манипуляций
Чаще всего первичная обмотка питается от обычной сети переменного напряжения в 220 В. Если мастеру нужно две вторичные обмотки, чтобы каждая выдавала минимум по 12 В, то площадь сечения должна составлять минимум 0,23 кв. мм. Но этих данных мало, чтобы правильно рассчитать тороидальный трансформатор.
Мастеру нужно разделить 220 В на определённую сумму напряжений вторичной цепи. Так можно получить коэффициент 3,9, который будет обозначать, что сечение провода для вторичной обмотки должно быть аналогичным с этим показателем. А вот для того, чтобы определить количество витков, нужно прибегнуть к достаточно простой формуле: напряжение 220 В умножить на коэффициент 40, а полученную цифру следует разделить на площадь поперечного сечения магнитопровода.
Отдельно стоит учесть, что от правильности проведённых расчётов зависит уровень КПД тороидального трансформатора и его эксплуатационный срок. Именно поэтому лучше несколько раз всё перепроверить, дабы не допустить самых распространённых ошибок.
Рекомендации специалистов
Когда мастер тщательным образом изучил способ изготовления трансформатора своими руками, он может смело приступать к практической части. Так как намотка витков считается очень сложным процессом, понадобится запастись терпением, чтобы итоговый результат оправдал все ожидания. Ведь именно от того, насколько качественно выполнен этот этап, зависят эксплуатационные характеристики устройства.
Для упрощения этой задачи можно использовать специальный станок, предназначенный для намотки тороидальных трансформаторов. Цена такого агрегата считается доступной, а при желании его можно изготовить и своими руками.
