- Каркас
- Разметка
- Как сделать вручную
- Выбор класса
- Расчет при помощи программ
- Устройство и принцип работы
- Расчетная часть
- Покупка компонентов и расходников
- Испытание
- Обмотки
- Трансформаторы малой мощности, технические характеристики:
- Напряжение короткого замыкания
- Расчеты параметров самодельного трансформатора
- Фото советы как сделать трансформатор своими руками
- Технология проверки трансформаторов малой мощности, сколько это и какие
- Инструменты
- Исходные материалы
- Разновидности и технические характеристики
- Изготовление каркаса катушек с использованием деревянной модели
- Польза детализированного чертежа
- Сфера применения
- Постоянный ток
- Рабочая частота маломощных трансформаторов
- Вырезание
- Обзор цен
- Масляные модели
- Однодиапазонные устройства
- Сборка понижающего трансформатора
Каркас
сделать каркас-трансформер своими руками несложно. Подходящим материалом для этого является картон. Полость внутри каркаса должна быть немного больше корпуса сердечника, а боковые стенки должны легко входить в отверстие трансформатора. При использовании круглого сердечника наматывают две катушки, при использовании пластин в виде буквы «Е» — одну.
Используя круглый сердечник от лабораторного автотрансформатора, необходимо сначала обмотать его изолентой и только потом наматывать провод, распределяя необходимое количество витков по всей окружности.
После намотки первичного слоя провода его необходимо заизолировать четырьмя слоями тканевой изоляции, а сверху намотать витки вторичной обмотки. Затем провод полностью обматывается той же лентой, оставляя только концы обмоток.
С помощью обычных магнитопроводов каркас изготавливается следующим образом:
- рукав выкраивается с загибами на концах;
- боковые стенки вырезаются из картона;
- по маркировке нижняя часть катушки загибается в коробочку;
- затем приклеивается;
- обеспечение рукава боковыми стенками;
- фиксация отворотами, клей.
Разметка
Разметка – это первый этап, который выполняется при наличии материалов и инструментов. Тщательное исследование важно для определения технических свойств.
Допускается делать это вручную по специальным таблицам (но учтите, что в этом случае вам придется все рассчитывать самостоятельно по формулам).
Подобрать маркировку можно и с помощью программ – в интернете такие есть в свободном доступе. Но в этом случае начинающий радиолюбитель не сможет разобраться в алгоритме расчета и научиться комплектовать кадр самостоятельно, без применения компьютеризированного оборудования.
Как сделать вручную
Контроль прочности и функций крепления осуществляется опытным путем. Берется катушка, точнее ее образец, который не жалко будет выкинуть, на него надевается 10 витков, которые будут использоваться для основного трансформатора.
Выбирается стержень диаметром в четыре раза больше для проволоки толщиной 0,96 миллиметра, в пять раз больше, если берется проволока до 1,56 миллиметра и в шесть раз толще, если толщина проволоки превышает 2,44 миллиметра. Это необходимо учитывать, выбранные инструкции есть в специальной технической литературе.
Отдельно следует рассчитать, что кроме определенного изгиба, который обязательно будет формироваться сильнее на первых слоях, а потом начнет округляться, есть и сильное натяжение, и растяжение. При маркировке рамы учитывают, что разнотонность увеличивается в несколько раз. Например, для проволоки, имеющей толщину 1 миллиметр, радиус кривизны будет примерно равен 5 миллиметрам. Радиусы для проводов любого диаметра также размещены в соответствующих таблицах.
Выбор класса
Разметив образцы, можно избежать появления рыхлых и неровных поверхностей в обмотке. Тонкие гетинаки применяют при необходимости увеличения жесткости каркаса. Например, при мощности прибора до 10 Вт размеры мелких деталей будут 0,5, средних — от 0,7 до 1,5, а крупных — от 1. Мощность до 100 Вт предполагает использование 0,7 — 1, 2, 0 — 4, 1 — 2 миллиметровые детали соответственно. Для приборов мощностью от 100 до 500 Вт для класса а принимают до 1 — 2 мм, для б — от 3 до 6, для класса с — от 1,5 до 3.
Для последнего типа при самых высоких значениях мощности целесообразно увеличивать радиус кривизны, приближаясь к оптимальным значениям величины округления. Лучше брать специальные вкладыши из материала, используемого для витых магнитопроводов. Применяются в случае, если толщина магнитопровода в два раза больше рабочего стержня устройства.
Кроме того, на детали устанавливается большая часть выступающей части на 3 миллиметра. Это необходимо для того, чтобы щеки рамы были прочно прикреплены к оборудованию. Втулку делают чуть больше рабочего стержня на размер 0,5 мм, отверстия не должны превышать этот показатель. Обязательно учитывайте, получен ли кадр с помощью аппаратного экспонирования или он поставляется вместе с устройством.
Расчет при помощи программ
В Интернете есть несколько десятков программ, большинство из которых находятся в свободном доступе, рассчитывающих трансформатор и его каркас. В частности популярна программа ТАР, начиная с версии 1.0, 2.0. Он работает онлайн, но при желании вы можете скачать файл и установить его на свой компьютер. В программе содержится информация о:
- тип ядра;
- толщина материала и стяжка;
- размеры сердечника A, B, C, H.
После ввода всей информации нажмите кнопку «Ввод» или «Рассчитать». В строке катушки также появится расчет, который можно распечатать и нанести на имеющийся текстолит. Это вариант, предназначенный для рамы с замком.
Устройство и принцип работы
Конструктивно устройство повышающего преобразования напряжения состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник собран из листов толстолистовой электротехнической стали. На него намотаны первичная и вторичная обмотки, выполненные из медного провода разного диаметра. Толщина провода обмотки трансформатора напрямую зависит от выходной мощности.
Сердечник агрегата может быть стержневым или бронированным. При использовании изделия в сетях напряжения низкой частоты чаще всего применяют стержневые магнитопроводы, которые по форме могут быть:
Сердечники изготовлены из трансформаторного специального железа, от качественных характеристик которого зависят многие общие параметры устройства. Сердечник состоит из тонких железных пластин, изолированных друг от друга лаком или оксидным слоем для уменьшения потерь на вихревые токи. Также можно использовать готовые половинки, которые сделаны из цельных железных полос.
Расчетная часть
Итак, начнем. Для начала нужно понять, что представляет собой такое устройство. Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, который, в свою очередь, индуцирует электрический ток во второй катушке, как показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, а пропорционально ему изменяется и ток.
Размер сердечника определяет максимальную мощность, которую может отдать трансформатор, поэтому конструкция основывается на наличии подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения полной мощности трансформатора и подключенной к нему нагрузки. Поэтому надо сначала найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, их мощность необходимо суммировать. Формула расчета будет выглядеть так:
Р2=У2*И2
Где:
- U2 — напряжение на вторичной обмотке;
- I2 — ток во вторичной обмотке.
После получения значения необходимо произвести расчет первичной обмотки с учетом потерь трансформации, расчетный КПД составляет около 80%.
Р1=Р2/0,8=1,25*Р2
По величине усилия Р1 выбирают сердечник, площадь его поперечного сечения S.
S=√Р1
Где:
- S в сантиметрах;
- P1 в ваттах.
Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и преобразования энергии:
ш’=50/с
Где:
- 50 — частота сети;
- S — поперечное сечение железа.
Эта формула дает приблизительное значение, но для простого расчета вполне подходит, так как деталь изготавливаем дома. Далее можно переходить к расчету количества витков, это можно сделать по формуле:
w1=w’*U1
w2=w’*U2
w3=w’*U3
Так как наш расчет упрощен и возможно небольшое падение напряжения под нагрузкой, увеличьте количество витков на 10% от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки отдельно по такой формуле:
И1=П1/У1
Определите диаметр необходимой проволоки по формуле:
д = 0,8*√I
На основании таблицы 1 подбираем провод нужного сечения. Если подходящего значения нет, округлить до диаметра таблицы в большую сторону.
Если расчетного диаметра нет в таблице, или получилось слишком большое заполнение окна, можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме нужное количество.
Чтобы узнать, подходят ли катушки на наш самодельный трансформатор, нужно вычислить площадь окна тр-ра, это пространство, образованное сердечником, в котором размещены катушки уже известное количество витков по сечению провода и коэффициенту заполнения:
с=ш*д²*0,8
Этот расчет производят для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего необходимо просуммировать площади катушек и произвести сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади поперечного сечения катушек.
Покупка компонентов и расходников
После полной подготовки принципиальной схемы можно приступать к закупке необходимых для сборки деталей и расходных материалов.
Обычно необходимые материалы и комплектующие, в том числе окрашенные провода и клеммы, легко найти в первом же попавшемся радиомагазине.
Сначала нужно купить
- Изолента или термостойкая лента;
- Ядро конфигурации, соответствующее проекту;
- Изолированные провода.
Испытание
Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно использовать обычный мультиметр. Для этого переведите измерительный прибор в кольцевой режим и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это самый простой набор тестов, который даст общее представление о исправности самодельного устройства.
Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков применяют лампу, включенную последовательно с первичной обмоткой.
Кроме того, электрические машины испытывают в холостом режиме и в режиме короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько хорошо собран инвертор, но проводить их дома не обязательно.
Обмотки
Катушка надевается на деревянный стержень размером со стержень. Но сначала в нем нужно просверлить отверстие для намотки стержня.
- Как починить ноутбук, который не заряжается
Отвертки изолированные диэлектрические до 1000В — советы как выбрать лучшего производителя
Инструменты для работы с диэлектрической изоляцией – какой лучше выбрать? Обзор производителей, фото+видео
Этот элемент вставляется в намоточный узел и выполняется намотка:
- сначала нужно намотать на катушку лакоткань в два слоя;
- прикрепите один из концов шнура к боковой стенке и медленно вращайте ручку машинки;
- намотку витков нужно делать плотно, делая между слоями промежуточные слои тканевой изоляции;
- после этих действий проволока перекусывается и полученный второй конец крепится к боковой стенке возле первого;
- оба конца снабжены изолирующими трубками;
- внешняя часть обмотки изолирована;
- вторичная обмотка делается аналогично.
Вот так выполняется намотка трансформатора своими руками.
Читайте также: Характеристики бесколлекторного двигателя постоянного тока: что это такое и как работает
Если все сделано правильно, трансформатор будет работать без перебоев.
Если вы хотите наглядно увидеть трансформеры, собранные своими руками, то можете найти картинки в различных источниках.
Трансформаторы малой мощности, технические характеристики:
В помощь проектировщику, для упрощения составления технического задания мы привели основные параметры маломощных трансформаторов:
Выбор номинальной мощности маломощного трансформатора производится по следующим параметрам: 0,010 кВА, 0,016 кВА, 0,025 кВА, 0,040 кВА, 0,063 кВА, 0,100 кВА, 0,160 кВА, 0,250 кВА, .0,04 кВА, .0,0 .0 кВА , ,0,0,0 кВА кВА, 1600 кВА0, кВА 2. 4000 кВА. Допускаются также следующие промежуточные значения: 0,012 кВА, 0,020 кВА, 0,032 кВА, 0,050 кВА, 0,080 кВА, 0,125 кВА, 0,200 кВА, 0,315 кВА, 0,500 кВА, 0,0 кВА, 0,0 кВА, 0,0 кВА, 0,0 кВА 0 кВА , 0,0 кВА, 0,0 кВА кВА.
Чтобы проектировщик мог определить номинальную мощность трансформатора, необходимо суммарную мощность всех вторичных обмоток разделить на КПД маломощного трансформатора. Значение, которое мы получаем, необходимо округлить до ближайшего значения из рекомендованных емкостей.
Зависимость КПД от силы потерь в стали и меди, а также для трансформаторов 0,010 кВА составляет примерно от 75 до 85 %. В случае трансформаторов мощностью 5 кВА их КПД составляет от 96 до 98 %.
При выборе номинального напряжения для обмоток нужно выбирать таким образом, чтобы было соответствие ГОСТу. Рассмотрим ГОСТ 21128-83. Определяет напряжения: 6В, 12В, 28,5В, 42В, 115В, 230В. Эти числа могут быть вверх или вниз. То есть +/- 0,5, 1, 2, 3, 5, 10 и 15 процентов.
В некоторых случаях, если клиенту необходимо изготовить трансформатор, который будет отклоняться от ГОСТа, производители идут на встречу и изготавливают его в соответствии с требованиями. Номинальные напряжения вторичных обмоток должны быть установлены на нагрузку, т е в номинальные токи обмоток при возникшей температуре.
Читайте также: Делаем простой мигающий светодиод для мигалки своими руками
Напряжение короткого замыкания
Напряжение короткого замыкания – это напряжение, возникающее на первичной обмотке при замыкании выводов вторичной обмотки, а также в процессе протекания номинального тока по вторичной обмотке. Этот параметр обычно устанавливается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки; определяется символами DUkz. Если рассматривать трансформаторы мощностью 0,010 кВА, то этот параметр для них будет от 15 до 20 процентов, а для трансформаторов мощностью 5 кВА — от 1,5 до 2,5 процентов.
Если сравнить напряжение с полностью нагруженной обмоткой, то ниже напряжения короткого замыкания мы видим величину относительного увеличения напряжения во вторичной обмотке без нагрузки. Определение этого параметра следующее: насколько велико падение омического сопротивления (т.е сопротивления постоянному току) в первичной и вторичной обмотках трансформатора на уровне номинальной нагрузки.
Расчеты параметров самодельного трансформатора
На простом трансформаторе первичка имеет 440 витков на 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула подсчета витков по напряжению:
N = 40-60/S, где S — площадь поперечного сечения жилы в см 2 .
Константа 40-60 зависит от качества металла сердцевины.
Сделаем расчет по установке обмоток на магнитопровод. В нашем случае трансформер имеет окно высотой 53 мм и шириной 19 мм. Каркас будет текстолитовый. Две щечки внизу и вверху 53 — 1,5 х 2 = 50 мм, рамка 19 — 1,5 = 17,5 мм, размер окна 50 х 17,5 мм.
Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Трансформаторная атомная электростанция своими руками на 170 ватт. На сетевой обмотке ток 170/220=0,78 ампер. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская намотка из провода 0,5, на этом завод сэкономил.
- Обмотка простого высоковольтного трансформатора 2,18 х 450 = 981 виток.
- Низкое напряжение на нагрев 2,18 х 5 = 11 витков.
- Провод низкого напряжения 2,18 х 6,3 = 14 витков.
Количество витков первичной обмотки:
берем провод 0,35 мм, 50/0,39 х 0,9 = 115 витков на слой. Количество слоев 981/115 = 8,5. Не рекомендуется делать вывод из середины команды для обеспечения надежности.
Рассчитайте высоту каркаса с обмотками. Первичка из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляция 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Обмотку высокого напряжения лучше всего экранировать от других обмоток, чтобы предотвратить высокочастотные помехи. Для намотки трансформатора делаем экранную обмотку из одного слоя провода 0,28 мм с двумя слоями изоляции с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.
Первичная обмотка займет: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.
Ступенчатая обмотка 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слой изоляции 0,1 мм.
Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. На накальные обмотки осталось 3 мм.
Можно рассчитать внутреннее сопротивление обмоток. Для этого вычисляют длину витка, берут длину провода в обмотке, определяют сопротивление и из таблицы узнают удельное сопротивление для меди.
При расчете сопротивления секции первичной обмотки разница ок. 6 Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при номинальном токе 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, мы добавляем два витка. Теперь под нагрузкой секции равны по растяжению.
Фото советы как сделать трансформатор своими руками
Технология проверки трансформаторов малой мощности, сколько это и какие
Трансформаторы малой мощности — устройства для преобразования напряжения. Входная и пара выходных обмоток закреплены на магнитопроводе. Переменный ток подается на первичную катушку, затем создается магнитное поле, которое подает напряжение той же частоты на следующие катушки. Коэффициент передачи определяется количеством витков в обмотках.
Они отличаются формой металлического сердечника и количеством витков. Выпускаются агрегаты стержневого и броневого типа.
Инструменты
Чтобы сделать трансформер своими руками, следует взять инструменты, а также определенные материалы:
- Лакоткан.
- Ядро, для которого вполне подойдет б/у телевизор.
- Плотная картонная бумага.
- Пластины и стержни из натурального дерева.
- Стержень из стали.
- Пила, специальный клей.
сделать трансформер своими руками, как на фото, совсем не проблематично. Если вы хотите изготовить трансформатор, предназначенный для галогенных ламп, можно также использовать перечисленные выше инструменты.
Не забывайте, что очень важно следить за процессом намотки. При строгом соблюдении важных правил устройство прослужит вам не один десяток лет. Этих материалов, а также инструментов вам будет вполне достаточно, чтобы сделать качественный и практичный трансформер своими руками.
На основе такой самоделки можно сформировать трансформатор для зарядки машинного аккумулятора, или сделать повышающее устройство для лабораторного источника питания, дровяной печи или любого другого устройства, которое удовлетворит потребности домохозяйки.
Исходные материалы
Собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда человеку с базовыми знаниями в физике и электричестве. Необходимо только подготовить набор основных деталей:
- Блок питания с напряжением примерно 9-12 вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять автомобильный аккумулятор, переносной аккумулятор или понижающий трансформатор с диодным мостом для выработки постоянного тока.
- Первичный набросок. Он состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного устройства с npn-структурой.
Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальная длина трубы 25–40 см и диаметр ок. 3–5 см.
Вторичная обмотка требует обязательной изоляции в виде лакокрасочной или другой диэлектрической обработки. Дополнительной деталью этой схемы является последовательно соединенная клемма. Его использование целесообразно только при тяжелых выбросах; мелкими серпантинами достаточно завести конец обмотки на 0,5-5 см.
Разновидности и технические характеристики
Выпускаются силовые электрические агрегаты стержневого и якорного типа. Последний является наиболее доступным и весит меньше. Так делают большинство трансформаторов. Также часто используются изделия стержневого типа со сдвоенными витками. Они меньше греются, экономится медь при производстве за счет укороченных витков. Плотность тока в таких обмотках значительно возрастает. Для стержневых фитингов с одной катушкой используется больше материалов, но их намного проще изготовить.
Изготовление каркаса катушек с использованием деревянной модели
Деревянная модель предназначена для легкой склейки. Выполняется расчет, с помощью инструментов вырезаются детали.
Деревянная бобышка с отверстиями экономит время при изготовлении и намотке. Выступающие края просто обрезаются ножницами и загибаются внутрь.
Польза детализированного чертежа
Дав исчерпывающие ответы на перечисленные вопросы, схему трансформаторной установки можно составить на бумаге или компьютере. Сделать это совсем не лишнее, даже при четком понимании всех параметров и функций радиодетали.
Часто рисунок позволяет значительно улучшить
- Схема подключения и вывода контактных проводов;
- Количество пластин в W-образном сердечнике;
- Расположение первичных и вторичных катушек.
Сфера применения
Такие устройства часто устанавливаются в узлах радиоэлектронной аппаратуры и выполняют различные функции. За последние годы несколько новых компаний освоили технологию их производства. Повысилась технологичность устройства для работы с разными потребителями, так как появилась возможность производить по заданным техническим требованиям заказчика. Ничего подобного раньше не было.
Разработчики оборудования использовали стандартные схемы и компоненты из энциклопедий. Ассортимент товаров был большим, но не весь перечень потребностей был покрыт. Поэтому многие разработчики устанавливали устройства с избыточным запасом хода. Сегодня многие компании производят комплектующие со свойствами, которые устраивают заказчика.
Постоянный ток
Как известно, собрать сварочный агрегат можно как на переменном токе, так и на постоянном. Собственно для последнего и собран трансформатор постоянного тока (ТПТ). Мы рекомендуем создавать такой TFT для полуавтоматов и преобразователей.
Преимуществом является легко зажигаемая и самое главное стабильная дуга. Аппарат с таким трансформатором осилит варку деталей любой толщины и всех видов стали, как нержавейки, так и чугуна.
Модернизация в ТПТ заключается в подключении вторичной группы проводов — выпрямителя. Последний выполнен на диодах.
Для выпрямителя необходимо использовать диоды с достаточным охлаждением, а его параметры должны выдерживать ток 200А. Мы рекомендуем выбрать тип D161. Затем мы выравниваем ток.
Берем два конденсатора (С1, С2) со следующими параметрами: 15000 мкФ, напряжение 50В.
Схема сборки представлена ниже. L1 — индукционная катушка для регулирования тока. Х4 — контакты для последующего подключения электрододержателя. Х5 — контакты для подключения массы.
Описанная схема используется годами и до сих пор показывает себя с положительной стороны. Практичная организация работы — пользуйтесь!
Рабочая частота маломощных трансформаторов
Рабочая частота устройства заявлена на уровне 50 Гц. Электропитание от 127 до 220 В. Унифицированные изделия изготавливаются на основе нормированных магнитопроводов и выпускаются большими партиями. Для потребителей полупроводников выпускаются изделия бронированного исполнения типа ТПП.
Согласующие устройства применяются в выходных каскадах УНЧ для нормирования сопротивления нагрузки и выходного каскада. Применяются при недостаточном выходном сопротивлении следующего по порядку каскада в системах, работающих по принципу промежуточного каскада, в зависимости от того, из скольких каскадов состоит трансформатор.
Вырезание
Резка происходит после нанесения рисунка катушки на материал. Делается это обычным строительным карандашом или даже маркером.
Инструменты, необходимые для резки, различаются в зависимости от толщины текстолита. Для листов до 1,5 миллиметров, если резка производится в холодном состоянии, используют гильотинные ножницы. А если листы толще, используется циркулярная пила. Текстолит толщиной 3 мм и более пилят при температуре 80 градусов Цельсия пилой.
Обзор цен
Купить кольцевой трансформатор НБЛ-200 можно в любом городе России и странах СНГ. Используется для различного звукового оборудования. Считайте, сколько стоит инвертор.
Два составных корня «магнит» и «провод», соединенные буквой «о», определяют назначение этого электрического устройства, предназначенного для надежной передачи магнитного потока по специальному проводнику с минимальными, а в некоторых случаях и с определенными потерями.
Электротехническая промышленность широко использует взаимозависимость электрической и магнитной энергий, переход их из одного состояния в другое. По этому принципу работают многочисленные трансформаторы, дроссели, контакторы, реле, пускатели, электродвигатели, генераторы и другие подобные устройства.
В их конструкцию входит магнитопровод, передающий магнитный поток, возбуждаемый прохождением электрического тока, для дальнейшего преобразования электрической энергии. Он является одним из компонентов магнитной системы электрических устройств.
Магнитопровод электротехнического изделия (узла) (катушка магнитопровода) — магнитная система электротехнического изделия (узла) или совокупность нескольких ее частей в виде отдельного конструктивного узла (ГОСТ 18311-80).
Из чего состоит магнитопровод
Вещества, входящие в конструкцию, могут иметь разные магнитные свойства. Обычно их делят на 2 типа:
Для их различения используется термин «магнитная проницаемость µ», определяющий зависимость создаваемой магнитной индукции B (силы) от величины приложенной силы H.
На графике выше видно, что ферромагнетики обладают ярко выраженными магнитными свойствами, а парамагнетики и диамагнетики — слабыми.
Однако индукция ферромагнетиков при дальнейшем увеличении интенсивности начинает уменьшаться и имеет одну ярко выраженную точку максимального значения, характеризующую момент насыщения вещества. Используется при расчетах и эксплуатации магнитных цепей.
После прекращения действия напряжения часть магнитных свойств остается у вещества, а если приложить встречное поле, то часть энергии затрачивается на преодоление этой доли.
Поэтому в цепях с переменным электромагнитным полем индукция зависит от приложенной напряженности. Подобная зависимость от намагниченности вещества ферромагнетиков характеризуется графиком, называемым гистерезисом.
На ней точки Hk показывают ширину петли, характеризующую остаточный магнетизм (коэрцитивную силу). По своим размерам ферромагнетики делятся на две категории:
1 мягкий, с узкопетлевой характеристикой;
2 твердые, с большой коэрцитивной силой.
К первой категории относятся мягкие сплавы железа и пермоля. Их используют для изготовления сердечников трансформаторов, электродвигателей и динамо-машин, поскольку они создают минимальные затраты энергии на перемагничивание.
Жесткие ферромагнетики из углеродистой стали и специальных сплавов применяются в различных конструкциях постоянных магнитов.
При выборе материала магнитопровода учитывают потери:
вихревые токи, возникающие от действия ЭДС, наводимой магнитным потоком;
последействие из-за магнитной вязкости.
Для конструирования магнитопроводов, работающих на переменном токе, выпускаются специальные марки толстолистового или сортового проката из тонкостенной стали с различной степенью легирующих добавок, которые производятся методом холодной или горячей прокатки. Также холоднокатаная сталь дороже, но имеет меньшие индукционные потери.
Листы или полосы изготавливают из стальных листов и рулонов методами механической обработки. Они покрыты слоем лака для защиты и изоляции. Двустороннее покрытие надежнее.
Для реле, пускателей и контакторов, работающих в цепях постоянного тока, магнитопроводы отливают за одно целое.
Цепи переменного тока
Среди них распространены два типа магнитопроводов:
Первый тип выполнен с двумя стержнями, на каждом из которых отдельно закреплены две катушки с обмотками высокого или низкого напряжения. Если обмотка ВН и НН размещена на стержне, возникают большие токи рассеяния энергии и увеличивается реактивная составляющая сопротивления.
Магнитный поток, проходящий через стержни, замыкается верхним и нижним ярмами.
Броневой тип имеет стержень с обмотками и ярмом, от которого магнитный поток делится на две половины. Следовательно, площадь в два раза больше поперечного сечения ярма. Такие конструкции чаще встречаются в трансформаторах малой мощности, где на конструкцию не создаются большие тепловые нагрузки.
Силовые трансформаторы нуждаются в большой поверхности охлаждения обмоток, вызванной преобразованием повышенных нагрузок. Расположение стержней им больше подходит.
Для них можно использовать три однофазных магнитопровода, распределенных по трети окружности или собрать в их ячейках обмотки на обычном утюге.
Если рассмотреть общую магнитную цепь с тремя одинаковыми структурами, разнесенными на 120 градусов, как показано в левой верхней части изображения, то общий магнитный поток внутри центрального стержня будет уравновешен и равен нулю.
На практике, однако, чаще применяется упрощенная конструкция, расположенная в одной плоскости, когда на отдельном стержне располагаются три разные обмотки. При этом способе магнитный поток от крайних катушек проходит через большое и малое кольца, а от среднего — через два соседних. Из-за образования неравномерного распределения расстояний создается определенный дисбаланс магнитных сопротивлений.
Это накладывает отдельные ограничения на конструктивные расчеты и определенные режимы работы, особенно холостой ход. Но в целом такая схема магнитной цепи широко используется на практике.
Магнитопроводы, показанные на верхних рисунках, изготовлены из пластин, а катушки размещены на собранных стержнях. Эта технология используется в автоматизированных предприятиях с большим парком машин.
На малых производствах может применяться технология ручной сборки с использованием ленточных заготовок, когда сначала изготавливают катушку с намотанным проводом, а затем вокруг нее в последовательные витки монтируют магнитопровод из ленты трансформаторного железа.
Подобные витые магнитопроводы также создаются по стержневому и броневому типу.
Для ленточной технологии допустимая толщина материала 0,2 или 0,35 мм, а для сборки с плитами может быть выбрана 0,35 или 0,5 и даже больше. Это связано с необходимостью плотного наматывания ленты между слоями, что сложно сделать вручную при работе с толстыми материалами.
Если длины недостаточно при намотке ленты на шпулю, допускается присоединение ее продолжения и надежное прижатие новым слоем. Аналогично собираются пластины со стержнями и ярмами в пластинчатых магнитопроводах. Во всех этих случаях соединения должны быть выполнены с минимальными размерами, поскольку они влияют на общее магнитное сопротивление и потери энергии в целом.
Для аккуратной работы предпринимались попытки избежать создания таких соединений, а когда исключить их невозможно, для достижения плотного прилегания металла применяют шлифовку кромок.
При сборке конструкции вручную достаточно сложно сориентировать плиты точно друг к другу. Поэтому в них были проделаны отверстия и вставлены шипы для обеспечения хорошей центровки. Но этот способ несколько уменьшает площадь магнитопровода, искажает прохождение силовых линий и магнитное сопротивление в целом.
Крупные автоматизированные предприятия, занимающиеся специализированным производством магнитопроводов для прецизионных трансформаторов, реле, пускателей, оставляют отверстия на внутренней стороне пластин и используют другие технологии сборки.
Ламинированные и стыковые конструкции
Магнитопроводы, созданные на основе пластин, можно собрать, отдельно подготовив стержни с ярмами и затем установив катушки с обмотками, как показано на фото.
Справа упрощенная схема сборки приклада. У него может быть серьезный недостаток — «пожар в стали», для которого характерно возникновение вихревых токов в сердечнике до критического значения, что показано на изображении ниже слева волнистой красной линией. Это создает аварийную ситуацию.
Устраняют этот дефект изолирующим слоем, что существенно влияет на увеличение потока намагниченности. А это дополнительная трата энергии.
В некоторых случаях необходимо увеличить такой зазор для увеличения реактивного сопротивления. Этот метод используется в катушках индуктивности и дросселях.
По перечисленным причинам схема крепления встык применяется в неответственных конструкциях. Для точной работы магнитопровода используется ламинированная сборка пластин.
Принцип основан на четком распределении слоев и создании в нем равных отверстий в стержне и хомуте, чтобы все созданные полости заполнялись с минимальными стыками при сборке. При этом пластины стержня и ярма переплетаются между собой, образуя прочную и жесткую конструкцию.
На предыдущем верхнем изображении показан ламинированный способ соединения прямоугольных досок. Однако наклонные конструкции, обычно создаваемые под углом 45 градусов, имеют меньшие потери магнитной энергии. Они используются в мощных магнитопроводах силовых трансформаторов.
Еще при этом способе необходимо следить за качеством прилегания соединяемых поверхностей и отсутствием в них недопустимых зазоров.
Способ использования наклонных пластин обеспечивает минимальные потери магнитного потока в углах магнитопровода, но значительно усложняет процесс изготовления и технологию сборки. Из-за повышенной сложности работы применяется очень редко.
Ламинированный способ крепления более надежен. Конструкция прочная, требует меньше деталей, а сборка осуществляется по заранее подготовленной методике.
При таком методе из плит создается общая конструкция. После полной сборки магнитопровода возникает необходимость смонтировать на него обмотку.
Для этого нужно демонтировать уже собранное верхнее коромысло, поочередно снимая все пластины. Чтобы исключить такую ненужную операцию, разработана технология монтажа магнитопровода непосредственно внутри подготовленных катушек с обмотками.
Упрощенные модели слоистых конструкций
На маломощных трансформаторах часто не требуются точные магнитные параметры. Для них изготавливаются заготовки штамповкой по подготовленным шаблонам с последующим покрытием изолирующим лаком, причем чаще всего с одной стороны.
Левая сборка магнитопровода создается путем вставки заготовок в катушки сверху и снизу, а правая позволяет согнуть и вставить центральный стержень во внутреннее отверстие обмотки. При этих способах между соединяемыми пластинами образуется небольшой воздушный зазор.
После установки комплекта доски плотно обжимаются крепежными элементами. Для уменьшения вихревых токов с магнитными потерями на них наносят изолирующий слой.
Особенности магнитопроводов реле, пускателей
Принципы создания пути прохождения магнитного потока остались прежними. Только магнитопровод делится на две части:
2 фиксированных.
При возникновении магнитного потока подвижный якорь вместе с закрепленными на нем контактами притягивается по принципу электромагнита, а при исчезновении возвращается в исходное состояние под действием механических пружин.
Переменный ток постоянно меняется по величине и амплитуде. Эти изменения передаются на магнитный поток и подвижную часть якоря, которая может гудеть и вибрировать. Для устранения этого явления магнитопровод разбивается путем вставки короткозамкнутой катушки.
В нем формируется бифуркация магнитного потока и фазовый сдвиг одной из частей. Так, при прохождении через нулевую точку одной ветви на другую ветвь действует сила, препятствующая колебаниям, и наоборот.
Магнитопроводы для устройств постоянного тока
В этих цепях не приходится бороться с вредным воздействием вихревых токов, возникающих при гармонических синусоидальных колебаниях. Для магнитопроводов наборы тонких пластин не применяют, а изготавливают с прямоугольными или закругленными частями методом сплошных отливок.
При этом сердечник, на котором крепится катушка, делают круглым, а корпус и ярмо — прямоугольными.
Для уменьшения начального тянущего усилия воздушный зазор между разъединяемыми частями магнитопровода имеет малую величину.
Магнитопроводы в электрических машинах
Наличие подвижного ротора, вращающегося в поле статора, накладывает особенности на конструкцию электродвигателей и генераторов. Внутри них необходимо расположить обмотки, по которым протекает электрический ток, таким образом, чтобы были обеспечены минимальные размеры.
Для этого делают полости для укладки проводов непосредственно в сердечниках магнитов. Для этого сразу после штамповки пластин в них создаются пазы, которые после сборки представляют собой готовые линии для обмоток.
Таким образом, магнитопровод является составной частью многих электрических устройств и служит для передачи магнитного потока.
Большинству электронных устройств для работы требуется определенный тип питания, отличный от питания промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Устройство нашло широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Чаще всего трансформаторы используются в электрических сетях и в источниках питания всевозможной электронной техники.
Масляные модели
Масляный трансформатор 220 на 12–24 вольта оснащен специальным теплообменником. Воздуховоды используются непосредственно для теплоносителя. Сердечники во многих модификациях ленточные. Обмотки чаще всего используют в три слоя. Реле заслуживают особого внимания. Их устанавливают с разной проводимостью. В среднем для масляных конфигураций этот параметр колеблется в районе 60 мкс.
Катушки в устройствах устанавливаются с магнитопроводами. Имеется два прямых выхода для подключения оборудования. Некоторые конфигурации выполняются с терминалами. Для электроприводов идеально подходят масляные агрегаты. Трансиверы во всех моделях устанавливаются только ортогонального типа.
Однодиапазонные устройства
Однодиапазонный трансформатор 220 на 24 вольта способен работать в сети с частотой ниже 45 Гц. При этом компараторы устанавливаются во всех моделях. Благодаря им текущий показатель проводимости можно легко стабилизировать. Трансиверы в основном ортогональные. Прямые изоляторы указаны для составных моделей. Магнитопроводы для преобразования тока используются на обмотке высокого напряжения. Катушки в этом случае обязательно бывают с опорными кольцами. Теплообменников для трансформаторов с диапазоном нет.
Сборка понижающего трансформатора
Понижающий трансформатор будет иметь большое количество витков на первичной обмотке. В быту их часто можно встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и другом оборудовании. Правда в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.
Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками достаточно актуально для самодельных самоделок, рассмотрим этот вариант на примере. Требования к процессу сборки соответствуют предыдущему. Отличительной особенностью такого аппарата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.
Производственный процесс выглядит следующим образом:
- Возьмите старую или сделайте основу катушки.
- Прикрепите изоляционный слой к раме трансформатора.
- Оберните первичную обмотку чередующимися слоями изоляции.
- Изолируйте первичную и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, воспользуйтесь слесарным инструментом.
- Подсоедините провода к обеим катушкам.
- Установите основные пластины.