Изготовление тороидального трансформатора своими руками

  • 11 Ноябрь
  • 291 просмотров
  • комментариев
  • 19 рейтинг
Оглавление: [скрыть]
  • Расчет тороидального трансформатора
  • Подбор и изготовление тороидального сердечника
  • Намотка трансформатора

Многие домашние мастера задумываются об изготовлении тороидального трансформатора своими руками. Объясняется это тем, что его эксплуатационные характеристики значительно лучше, чем у трансформаторов с сердечниками другой формы. Например, при тех же электрических характеристиках, его вес может быть до полутора раз меньше. К тому же и КПД такого трансформатора заметно выше.

Устройство тороидального сварочного трансформатора

Устройство тороидального сварочного трансформатора.

Основных причин, по которым изготовление тороида не всегда удается, две:

  1. Трудно найти подходящий сердечник.
  2. Трудоемкость изготовления, особенно сложна намотка трансформатора.

Расчет тороидального трансформатора

Схема сварочного полуавтомата

Схема сварочного полуавтомата.

Для упрощенного расчета трансформатора на тороидальном магнитопроводе необходимо знать следующие исходные данные:

  1. Подаваемое на первичную обмотку входное напряжение U1.
  2. Наружный диаметр D сердечника.
  3. Его внутренний диаметр – d.
  4. Толщина магнитопровода – H.

Площадь поперечного сечения магнитопровода Sc определяет мощность трансформатора и, соответственно, надежность работы будущего сварочного аппарата. Оптимальными считаются значения 45-55 см2. Рассчитать ее значение можно по формуле:

Sc = H * (D – d)/2.

Важной характеристикой сердечника является площадь его окна S0, поскольку этот параметр определяет не только удобство намотки обмоточных проводов и интенсивность отвода избытков тепла, но и оказывает влияние на характер магнитного рассеяния. Оптимальные значения этого параметра 80-110 см2. Вычислить его значение позволяет формула:

S0 = π * d2 / 4.

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:

P = 1,9 * Sc * S0, где Sc и S0 берутся в квадратных сантиметрах, а P получается в ваттах.

Далее можно найти число витков на вольт:

k = 50 / Sc.

Зная значение k, можно рассчитать количество витков во вторичной обмотке:

w2 = U2 * k.

Количество витков в первичной обмотке лучше рассчитать, используя в качестве исходного данного напряжение на вторичной обмотке:

W1 = (U1 * w2) / U2, где U1 – напряжение, подводимое к первичной обмотке, а U2 – снимаемое со вторичной.

Дело в том, что регулировать сварочный ток лучше изменением числа витков первичной обмотки, поскольку величина тока в ней меньше, чем во вторичной. Пусть, например, нужно получить три значения выходного тока 60 А, 80 А и 100 А при мощности трансформатора 5000 Вт.

Этим значениям сварочного тока будут соответствовать следующие значения напряжений на вторичной обмотке:

U21 = P / I21 = 5000 Вт / 60 А = 83,3 В;

U22 = P / I22 = 5000 Вт / 80 А = 62,5 В;

Классификационная схема трансформаторов

Классификационная схема трансформаторов.

U23 = P / I23 = 5000 Вт / 100 А = 50 В.

Пусть вторичная обмотка содержит w2 = 70 витков. Теперь можно рассчитать число витков в соответствующих ступенях первичной обмотки для напряжения в сети U1 = 220 В:

W11 = (U1 * w2) / U21 = 220 В * 70 / 83,3 В ≈ 185 витков;

W12 = (U1 * w2) / U22 = 220 В * 70 / 62,5 В ≈ 246 витков;

W13 = (U1 * w2) / U23 = 220 В * 70 / 50 В = 308 витков.

Последнее значение следует увеличить на 5%:

W13 = 308 * 1,05 ≈ 323 витка – это и будет их необходимое число в первичной обмотке, а отводы следует сделать от 185-го и 246-го витка.

Для самодельных трансформаторов для сварки допустимая плотность тока в обмотках j = 3 А/мм2. Зная ее, можно найти площадь поперечного сечения проводов обмоток. В приведенном ранее примере максимальный ток в первичной обмотке:

I1m = P / U1 = 5000 Вт / 220 В ≈ 23 А.

https://youtu.be/MAJ-dKjbrDY

Сечение этого провода должно составлять:

S1 = I1m / j = 23 А / 3 А/мм2 ≈ 8 мм2.

Во вторичной обмотке следует применить провод с площадью поперечного сечения:

S2 = I23 / j = 100 А / 3 А/мм2 ≈ 33 мм2.

Вернуться к оглавлению

Подбор и изготовление тороидального сердечника

Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.

Характеристики сварочных трансформаторов

Характеристики сварочных трансформаторов.

При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S0. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.

Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.

Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.

После набора нужного сечения S0 магнитопровод готов. Для увеличения S0 можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора. После наложения их на тороид, сердечник обматывается поверх картонных прокладок киперной или тканой изоляционной лентой. Магнитопровод готов, и можно начинать наматывать обмотки.

Вернуться к оглавлению

Намотка трансформатора

Основные части обмотки трансформатора

Основные части обмотки трансформатора.

Как уже говорилось, мотать обмотки на любой тороидальный трансформатор, в том числе и сварочный, непросто. Самый простой способ – это использование для этой цели челнока, на который предварительно наматывается провод нужной длины, а затем, пропуская челнок через внутреннее окно сердечника, виток за витком формируется соответствующая обмотка.

Челнок обычно изготовляют из дерева или выпиливают из оргстекла. Его толщина 5-6 мм, ширина сантиметра 3-4, а длина порядка 40 см. В его торцах делаются полукруглые вырезы для провода. Для оценки длины провода, который нужно намотать на челнок, производится оценка средней длины одного витка наматываемой обмотки, ее значение умножается на число витков, и на всякий случай делается запас в 15-20%.

Удобнее производить намотку с помощью так называемого кругового челнока. В качестве заготовок для изготовления кругового челнока могут служить согнутые в кольцо пластмассовые трубы или гимнастический обруч со спиленной наружной частью, обод от велосипедного колеса и т. д.

Обруч или колесо распиливаются в одном месте, продеваются сквозь внутреннее окно сердечника, а затем место распила фиксируется любым удобным способом. Намотанный на челнок провод можно в нескольких местах зафиксировать изолентой, но удобнее резиновая лента по длине челнока, натянутая поверх провода. Она не дает проводу рассыпаться, но не препятствует его вытаскиванию сбоку.

Из описания ясно, что хотя изготовление тороидального сварочного трансформатора не такое уж простое дело, но оно вполне выполнимо.

https://youtu.be/NCU_tb21M6I

Были бы только нужные материалы, а самое главное – желание.


Responsive Menu Clicked Image