Намотка трансформатора своими руками сама по себе является несложной процедурой, однако требует существенных подготовительных работ. Некоторые люди, занимающиеся изготовлением различной радиоаппаратуры или силовых инструментов, имеют потребности в трансформаторах под конкретные нужды. Поскольку не всегда возможно приобретение определенного трансформатора под конкретные случаи, то многие наматывают их самостоятельно. Те, кто в первый раз изготавливает трансформатор своими руками, часто не могут решить проблемы, связанные с правильностью расчета, подбора всех деталей и технологии обмотки. Важно понимать, что собрать и намотать повышающий трансформатор и понижающий трансформатор – не одно и то же.
Проводящий материал, используемый для намотки, зависит от применения. Малые силовые трансформаторы намотаны сплошной медной проволокой, изолированной обычно эмалью. Большие силовые трансформаторы могут быть намотаны проволочными, медными или алюминиевыми прямоугольными проводниками. Проводники используются для очень тяжелых токов. Большие силовые трансформаторы также используют многожильные проводники, так как даже при низких частотах мощности в обмотках с большим током в противном случае существовало бы неравномерное распределение тока.
Также существенно отличается и намотка тороидального устройства. Поскольку большая часть радиолюбителей или мастеров, которым требуется создать трансформирующее устройство для нужд своего силового оборудования, не всегда имеют соответствующие знания и навыки о том, как изготовить трансформирующее устройство, поэтому данный материал ориентирован именно на эту категорию людей.
Каждая нить изолирована от другой, а пряди расположены так, что в определенных точках обмотки или по всей обмотке каждая часть занимает разные относительные положения в полном проводнике. Эта «транспозиция» выравнивает ток, протекающий в каждой нити проводника, и уменьшает потери вихревых токов в самой обмотке. Многожильный проводник также более гибкий, чем твердый проводник аналогичного размера. Обмотки на первичных и вторичных силовых трансформаторах могут иметь внешние соединения с промежуточными точками на обмотке, чтобы обеспечить регулировку отношения напряжения.
Подготовка к намотке
Первым делом необходимо произвести правильный расчет трансформатора. Следует вычислить нагрузку на трансформатор. Она вычисляется суммированием всех подключенных устройств (двигателей, передатчиков и т.д.), которые будут запитаны от трансформатора. Например, на радиостанции имеется 3 канала с мощностью 15, 10 и 15 Ватт. Суммарная мощность будет равна 15+10+15 = 40 Ватт. Далее берут поправку на КПД схемы. Так большинство передатчиков имеют КПД около 70% (точнее будет в описании конкретной схемы), поэтому такой объект следует запитать не 40 Вт, а 40/0,7 = 57,15 Вт. Стоит отметить, что и трансформатор имеет свой КПД. Обычно КПД трансформатора составляет 95-97 %, однако следует взять поправку на самоделку и принять КПД равном 85-90% (выбирается самостоятельно). Таким образом, требуемая мощность увеличивается: 57,15/0,9 = 63,5 Вт. Стандартно трансформаторы такой мощности весят около 1,2-1,5 кг.
Подготовка к намотке
Отводы могут быть подключены к автоматическому переключателю типа РПН, предназначенному для регулирования напряжения распределительных цепей. Медь - превосходный электрический проводник. Электропроводность алюминия составляет около 62% от массы меди при измерении по объему. Алюминий делает более легкий вес из-за большой разницы в плотности металла, поэтому он часто выбирается для таких применений, как распределительные трансформаторы полюсов, где свет вес иногда может быть полезным.
Размер является основной практической причиной использования меди. Трансформаторы с медной обмоткой меньше, и это может быть очень важно. Коммутационные трансформаторы спроектированы с очень большими допусками к короткому замыканию из-за размера сетки и величины тока в случае неисправности. Обмотки должны быть достаточно большими, чтобы выдерживать эти токи и достаточно сильными, чтобы выдерживать механические нагрузки, которые они накладывают. Он слишком велик для транспорта, а трансформаторы коммунальных или подстанций не являются элементами, которые могут быть собраны на месте.
Далее определяются с входными и выходными напряжениями. Для примера возьмем понижающий трансформатор с напряжениями 220 В входное и 12 В выходное, частота стандартная (50 Гц). Определяют количество витков. Так, на одной обмотке их количество равно 220*0,73 = 161 виток (округляется в большую сторону до целого числа), а на нижней 12*0,73 = 9 витков.
Все трансформаторы, изготовленные с помощью медного обмоточного трансформатора, являются судами по железной дороге. Размер также может быть важным в трансформаторах, установленных в высотных зданиях, где пространство часто стоит на высоте. Стоимость, безусловно, играет большую роль. Алюминиевые трансформаторы иногда дешевле первоначально, но разница относительно мала для трансформаторов среднего и большого размеров. В этом диапазоне размеров стоимость обмоток на удивление мало связана со стоимостью готового трансформатора.
В типичном крупном трансформаторе 50% стоимости приходится на материалы. Из них около 15-20% приходится на медь, а для сталей - структурные элементы и слоистые слои - равный процент - с остатком в масле, изоляции и остальном. Таким образом, мы говорим о 6% и 10% от общей стоимости устройства, находящегося в обмотке и проводниках. Разница в цене между медной и алюминиевой проволокой может варьироваться довольно немного, но ее общий эффект на общую стоимость относительно Кроме того, медь предлагает другую экономию.
После определения количества витков приступают к определению диаметра провода. Для этого необходимо знать протекающий ток и плотность тока. Для установок до 1 кВт плотность тока выбирают в пределах 1,5 – 3 А/мм 2 , сам ток примерно рассчитывают, исходя из мощности. Так, максимальный ток для выбранного примера будет составлять около 0,5-1,5 А. Поскольку трансформатор будет работать максимум со 100Вт нагрузки с естественным воздушным охлаждением, то плотность тока принимаем равной около 2 А/мм 2 . Исходя из этих данных, определяем сечение провода 1/2 = 0,5 мм 2 . В принципе сечения достаточно для выбора проводника, однако иногда требуется и диаметр. Поскольку сечение находится по формуле pd 2 /2, то диаметр равен корню из 2*0,5/3,14 = 0,56 мм.
Медь позволяет нам использовать меньше ламинирующей стали, потому что ядро меньше. Силиконовая сталь с низким уровнем потерь, которую мы используем в некоторых наших трансформаторах, является дорогостоящей, поэтому использование меньших средств - это большая экономия. ядро и обмотки меньше, им требуется меньше изоляции, менее конструкционная сталь для масляного бака и т.д. медь оказывает благоприятное влияние на экономику трансформаторов.
Медь также намного легче работать. Говорят, что он имеет лучшую технологичность, чем алюминий. Его проводники меньшего диаметра легче обертывать и собирать; также они могут использовать меньшее оборудование для намотки, а обработка материалов внутри помещений проще. Кроме того, если вы используете алюминий, вам в конечном итоге приходится подключаться к меди где-то, а разнородные металлические соединения могут вызвать проблемы с коррозией и связностью. Учитывая все это, медь предпочитает. Некоторые коммунальные предприятия покупали трансформаторы из алюминиевой рамы, потому что они изначально были менее дорогими.
Таким же образом находят сечение и диаметр второй обмотки (или, если их больше, то всех остальных).
Материалы для намотки
Намотка трансформатора требует тщательного подбора используемых материалов. Так, важное значение имеют практически все детали. Понадобятся:
В результате у них было больше сбоев, чем у медных трансформаторов, и в результате коммунальные услуги сегодня не коснулись алюминия для трансформаторов. Утилиты также признают преимущества всех медных трансформаторов. Повышенная прочность и коррозионная стойкость меди по сравнению с алюминиевыми соединениями соединения остаются более продолжительными, что снижает затраты на жизненный цикл. пришел к выводу, что при меньших затратах на обслуживание и повышенной надежности разница в первоначальной стоимости между медью и алюминием не является большим фактором.
- Каркас трансформатора. Он необходим для изолирования сердечника от обмоток, также он удерживает катушки обмоток. Его изготовление осуществляется из прочного диэлектрического материала, который обязательно должен быть довольно тонким, чтобы на занимать место в интервалах («окно») сердечника. Часто для этих целей применяют специальные картонки, текстолит, фибры и др. Он должен иметь толщину минимально 0,5 м, а максимально 2 мм. Каркас необходимо приклеивать, для этого применяют обычные клеи для столярных работ (нитроклеи). Формы и габариты каркасов определяются формами и размерами сердечника. При этом высота каркаса должна быть чуть больше высоты пластин (высоты обмотки). Для определения его габаритов необходимо произвести предварительные замеры пластин и прикинуть примерно высоту обмотки.
- Сердечник. В качестве сердечника применяют магнитопровод. Лучше всего для этого подойдут пластины из разобранного трансформатора, поскольку они изготовлены из специальных сплавов и уже рассчитаны на определенное количество витков. Наиболее распространенная форма магнитопровода напоминает букву «Ш». При этом его можно вырезать из различных заготовок, имеющихся в наличии. Чтобы определиться с размерами, необходимо предварительно намотать провода обмоток. К обмотке, которая имеет наибольшее количество витков определяют длину и ширину пластин сердечника. Для этого берется длина обмотки + 2-5 см, и ширина обмотки + 1-3 см. Таким образом происходит примерное определение размеров сердечника.
- Провод. Здесь рассматривается обмоточный и провода для выводов. Лучшим выбором для намотки катушек трансформирующего устройства считаются медные провода с эмалевой изоляцией (типа «ПЭЛ»/«ПЭ»), этих проводов достаточно для намотки не только трансформаторов для радиолюбительских нужд, но и для силовых трансформаторов (например, для сварочного). Они имеют широкий выбор сечений, что позволяет приобрести провод нужного сечения. Провода, которые выводятся от катушек, должны иметь большее сечение и изоляцию из ПВХ или резины. Часто применяют провода серии «ПВ» с сечением от 0,5 мм 2 . Рекомендуется брать на вывод провода с изоляцией разных цветов (чтобы не было путаницы при подключении).
- Подкладки изоляционные. Они необходимы для увеличения изоляции провода обмотки. Обычно в качестве прокладок применяется плотная и тонкая бумага (хорошо подходит калька), которую укладывают между рядами. При этом бумага должна быть целостной, без обрывов и проколов. Также такой бумагой оборачивают обмотки после того, как все они готовы.
Способы ускорения процесса
Он сохраняет размер завершенных единиц, достаточно маленьких, чтобы легко транспортировать. Меньший размер медных трансформаторов требует меньше активной стали, а также структурных элементов, включая корпус, охлаждающее оборудование и другие аксессуары. Медь прочнее алюминия и, следовательно, выдерживает напряжения, налагаемые токами повреждения лучше, чем алюминий. Поскольку катушка сильнее и реже деформируется, срок службы трансформатора увеличивается, а затраты на обслуживание жизненного цикла снижаются. Улучшение соединения меди означает, что соединения внутри устройства остаются плотными, что снижает срок службы и продлевает срок службы. Начальная разница затрат между медь и алюминиевые трансформаторы в этом диапазоне размеров незначительна, а более низкое обслуживание и более высокая надежность делают медь более дешевым материалом на протяжении жизни трансформатора. Медь является логичным выбором для трансформаторов среднего и большого размера. . Медь отображает низкие уровни ползучести.
Многие радиолюбители часто имеют специальные примитивные устройства для осуществления намотки обмоток. Пример: примитивный станок для намотки обмоток представляет собой стол (часто подставку), на котором установлены бруски с вращающейся продольной осью. Длина оси выбирается в 1,5-2 раза больше длины каркаса катушек трансформирующего устройства (берется максимальная длина), на одном из выходов из брусков ось должна иметь ручку для вращения.
При экстремальных нагрузках и температурных условиях распределительных обмоток трансформатора скорость ползучести алюминия может быть в 25 раз выше, чем для меди. Это приводит к трансформаторам распределения алюминиевой раны, имеющим более высокую склонность к разрушению, чем медные раны.
Концы с медным проводом менее подвержены провалу, чем алюминиевые зажимы. Ключевой причиной этого является различное поведение их оксидов. Оксид меди мягкий, электропроводящий и легко разрушается. Оксид алюминия сильно прикреплен, трудно вытеснить и электрически изолировать. Он также предотвращает не-механические соединения, такие как пайка, что возможно только после нанесения слоя олова, меди или никеля.
На ось надевается катушечный каркас, который стопорится с двух сторон ограничительными шпильками (они не дают каркасу перемещаться вдоль оси).
Далее на катушку закрепляется обмоточный провод с одного из концов и осуществляется намотка путем вращения ручки оси. Такая примитивная конструкция существенно ускорит намотку обмоток и сделает ее более точной.
Медные провода не имеют гальванического действия, поскольку они являются тем же самым элементом, что и разъемы, которые обычно изготовлены из меди или латуни. Алюминий теряет материал благодаря гальваническому действию, что приводит к потере контакта.
Медь сложнее, прочнее и более пластична, чем алюминий, меньше расширяется и не течет при окончаниях. Следовательно, он не требует периодической проверки и затягивания винтов. Алюминий течет от окончания под давлением. Использование подходящего сорта меди считается наилучшим способом обеспечения высокой стойкости к короткому замыканию в силовых трансформаторах из-за выдающихся механических свойств меди, таких как предел текучести и модуль упругости. Внешние замыкания могут привести к значительному ослаблению активных частей трансформатора, что снижает его надежность.
Процесс намотки обмоток
Намотка трансформатора заключается в намотке обмоток. Для этого провод, который планируется использовать для обмоток, наматывается на любую катушку туго (для упрощения процесса). Далее сама катушка устанавливается либо на приспособление, указанное выше, либо наматывается «вручную» (это сложно и неудобно). После этого на катушке обмотки закрепляется конец обмоточного провода, к которому припаивают выводной провод (это можно сделать как вначале, так и в конце операции). Далее начинают вращение катушки.
Трансформаторы распределения медной оболочки всегда меньше и легче, чем алюминиевые раны с эквивалентной производительностью и энергетическими характеристиками. Поскольку удельное сопротивление меди в 6 раз больше, чем у алюминия, поперечное сечение алюминиевого проводника должно быть в 66 раз больше, чем у медного проводника при том же сопротивлении. Это приводит к увеличению сердечника трансформатора и объема, что также приводит к увеличению емкости трансформатора, чем к медной конструкции. В то время как алюминий легче, чем медь одинакового объема, в случае распределительных трансформаторов это преимущество нейтрализуется увеличением объема проводника, стального сердечника, резервуара и масла.
При этом катушка не должна никуда смещаться, а провод должен иметь сильное натяжение для плотной укладки.
Намотка витков провода продольно должна производиться так, чтобы витки прилегали друг к другу максимально плотно. После того, как был намотан первый ряд витков по длине, его обматывают специальной изоляционной бумагой в несколько слоев, после чего наматывают следующий ряд витков. При этом ряды должны плотно прилегать друг к другу.
Более высокое содержание меди в трансформаторах повышает энергоэффективность и, как следствие, снижает затраты на жизненный цикл в большинстве случаев. Исследование, проведенное по заказу Европейской комиссии, показало, что вариант конструкции трансформатора, который дает наименьшую стоимость жизненного цикла, имеет более низкие потери энергии и использует значительно больше меди, чем соответствующий базовый корпус.
Нелинейные нагрузки вызывают дополнительные потери нагрузки в силовых трансформаторах, на которые сильно влияют геометрия трансформатора, конфигурации намотки и изоляционные и проводящие материалы. В частности, распределение тока более однородно с медными проводниками из-за более высокой проводимости.
В процессе намотки следует контролировать количество витков и остановиться после намотки нужного количества. Важно, чтобы считались полные витки, не учитывая расход провода (т.е. второй ряд витков требует большего количество провода, однако наматывают количество витков).
Наконец, трансформаторы с медными обмотками часто дешевле в производстве, чем у алюминиевых обмоток. Это связано с тем, что это не просто стоимость проводника, но также стоимость магнитной стали, резервуара и масла, необходимых для достижения заданного уровня энергетических характеристик, который определяет общую стоимость производства трансформатора.
Обратившись к таблице ниже, мы можем определить размер первичной и вторичной катушек. Рассчитайте количество оборотов для первичных обмоток. Почему первичные обмотки и вторичные обмотки трансформатора не замыкаются? Прикладывается напряжение, протекает ток, импеданс. Недостаточное количество катушек из-за просчета приведет к короткому замыканию. Трансформатор подчиняется закону ом или нет? Закон ом предназначен для определения поведения электричества через нагрузку. Трансформатор не больше пары индукторов. Трансформатор сам по себе не является нагрузкой. Вы применяете закон Омега к первичному контуру и к вторичной цепи трансформатора. Вы не используете закон Ома, чтобы узнать, как первичный индуцирует ток во вторичном. Ток, который мы вычисляем, представляет собой максимальный или идеальный ток трансформатора. Если мы поместим резистор в любую сторону, он по-прежнему будет соблюдать ом. Почему мы обычно используем магнитный медный провод для обмоток? Магнитная медь имеет изоляцию. Чтобы построить трансформатор, соленоид или индуктор, каждый из них поворачивается, а другой - сбоку. Суруханджая Тенга Малайзия.
- Найдите ток первичной обмотки.
- Найдите размер кабеля для первичных обмоток и вторичных обмоток.
- Мы можем использовать любую комбинацию длины и ширины, чтобы получить область.
