Спосіб розрахувати тороїдальний трансформатор по перетину

Високоякісні трансформатори широко використовуються в різних галузях. Багато майстрів цінують такі агрегати за те, що вони досить компактні і легкі, а ось коефіцієнт корисної дії знаходиться на високому рівні. Такі характеристики особливо важливі в зварювальних апаратах і стабілізаторах напруги. Але щоб такий агрегат справно працював, потрібно правильно розрахувати тороїдальний трансформатор.

Короткий опис

Сучасні виробники займаються промисловим виготовленням декількох різновидів магнитопроводов для трансформаторів – броньового, стрижневого, тороїдального. Якщо порівнювати їх експлуатаційні характеристики і сфери використання, то ефективнішим можна вважати останній варіант. Вся справа в тому, що таке пристрій має виключно позитивними параметрами, Завдяки чому активно застосовується в сучасній промисловості.

Висока продуктивність і тривалий експлуатаційний термін вплинули на те, що зараз тороидальний трансформатор є базовим елементом в освітлювальної техніки, стабілізаторах напруги, джерела безперебійного живлення, радіотехніці, а також медичному і діагностичному обладнанні.

Самі виробники стверджують, що такий агрегат представлений у вигляді однофазної установки, яка може як знижувати, так і підвищувати потужність. Для якісної експлуатації трансформатор обладнаний потужним сердечником з двома і більше обмотками. Але принцип його експлуатації нічим не відрізняється від тих моделей, які оснащені броньовий абострижневий намотуванням.

В незалежності від експлуатаційних характеристик, трансформатор – це пристрій, головне завдання якого полягає в перетворенні електроенергії з однієї величини в іншу. Однак навіть самі мінімальні зміни в конструктивному виконанні можуть істотно змінити підсумкові розміри і вага електричної установки. Завдяки цьому, техніко-економічні параметри будуть тільки зростати.

основні переваги

У такого трансформатора муздрамтеатр має форму тороїда, іншими словами – все кільця відрізняються прямокутним перетином. Унікальні експлуатаційні характеристики високо цінуються як в побутових, так і промислових сферах. Окрім цього, тороидальний агрегат має ряд додаткових переваг на відміну від стандартних стрижневих і броньованих моделей:

1. У майстрів з'явилася відмінна можливість використовувати для сердечника сталь з підвищеною магнітною проникністю (Е-370, 340).
2. Відомо, що підсумковий потік розсіювання в ідеальній тороидальной котушці має дорівнювати нулю. В такому трансформаторі цей показник має деяку кінцеву величину. Але такі потоки розсіювання не такі вже й великі, як у звичайних моделей, тому зовнішні магнітні поля не впливають на злагоджену роботу трансформатора.
3. В осерді повністю відсутні зазори і стики.
4. Цей майстер може сміливо використовувати структурні властивості сердечника, так як в тороідальному агрегаті напрямок магнітного поля повністю збігається з прокатом стрічки.

Всі перераховані вище переваги дозволяють домогтися високих економічних і електричних показників. За рахунок цього істотно зростає продуктивність обладнання:

• Істотно зменшується загальна кількість витків, які використовуються для отримання величини індуктивного первинної обмотки. Такий ефект досягається завдяки використанню сталей з високою магнітною проникністю. В окремих конструкціях майстрам вдалося знизити підсумковий витрата міді на 25%.
• Повна відсутність зазорів і наявність високолегованої сталі є причиною того, що в осерді трансформатора досягається більш висока індукція.Це функціональне перевага абсолютно не впливає на коефіцієнт нелінійних спотворень. В результаті майстру вдається підвищити Bmax в два рази, що вважається неможливим в броньових трансформаторах. В результаті знижується підсумковий вага і обсяг робочого сердечника.
• Рівномірна частотна характеристика каскад досягається за рахунок невеликої величини індуктивності розсіювання. Наявність мінімальних спотворень з вини перехідних процесів дозволяє використовувати досить глибоку зворотний зв'язок негативного типу.

У зв'язку з тим, що тороидальний трансформатор володіє невеликим магнітним полем, навіть самий тісний монтаж не впливає на взаємодію з іншими елементами конструкції.

Самостійне виготовлення агрегату

Перш ніж приступити до створення такого агрегату, необхідно підготувати всі необхідні інструменти і матеріали. Для виготовлення більш якісної моделі може знадобитися навіть швейна машинка, міцна голка і звичайні сірники, але такі деталі можна знайти практично в кожному будинку.

Основним витратним матеріалом є залізо, з нього виготовляються базові частини трансформатора. Для роботи знадобиться якісна сталь, яка повинна бути в формі тора. Не варто забувати і про хороше дроті в лакової ізоляції. Надійна фіксація не може обійтися без клею ПВА і малярного скотча.

Окремо варто врахувати, що якісна робота обмоток залежить від ізоляційної стрічки на тканинній основі. А також варто придбати високоякісний провід в гумовому або силіконовій ізоляції. Цей елемент знадобиться для надійного з'єднання всіх кінців обмотки.

Підготовка трансформаторної сталі

Початківцям майстрам може здатися, що дістати базовий елемент конструкції вкрай складно, але на практиці все виглядає зовсім інакше. Справа в тому, що навіть звичайні пункти прийому металу часто мають у своєму розпорядженні непрацездатними стабілізаторами напруги. У радянський період вони були дуже поширені, так як використовувалися в чорно-білих телевізорах, що продовжувало працездатність кінескопів.

Справність такого пристрою абсолютно не має значення, так як особливою цінністю володіють тільки тороїдальні трансформатори, які розташовані у внутрішньому відсіку стабілізатора. Саме ця частина використовується майстрами в якості основи всієї конструкції.

На шляху до вилучення трансформаторів завжди лежить обмотка, виготовлена ​​з алюмінієвого дроту. Не варто забувати про те, що сердечник теж потребує підготовчих роботах. Майстер повинен максимально округлити гострі краї цієї деталі, так як в процесі намотування може пошкодитися лакова ізоляція. Поверх трансформаторної сталі обов'язково укладається ізоляційна стрічка на тканинній основі. У цьому випадку потрібен всього один ізоляційний шар.

Правила обмотки

Перш ніж приступити до цього виду роботи, потрібно зробити розрахунок тороїдального трансформатора по перетину сердечника. Звичайно, майстер може використовувати спеціальні онлайн-калькулятори, яких на просторах інтернету існує дуже багато. Але можна вибрати більш простий варіант, де для всіх обчислень потрібно підготувати тільки лінійку і калькулятор.

Звичайно, він може мати деякі похибки, так як розрахунок не має на увазі дотримання всіх тих факторів, які зустрічаються в природі. Головне, дотримуватися правила про те, що підсумкова потужність у вторинній котушці не повинна перевищувати аналогічних показників в першій обмотці.

Коли майстер дійшов до цього етапу і потрібно зробити намотування тороїдального агрегату, йому варто бути вкрай уважним, так як цей процес досить трудомісткий. Відмінним вважається той варіант, коли є можливість самостійно розібрати магнітопровід, а вже після намотування зібрати його.

В іншому випадку можна вдатися до допомоги звичайного веретена, на яке потрібно акуратно намотати певну кількість заздалегідь підготовленого дроти.Тільки після цього веретено можна пропустити необхідну кількість разів крізь тор, рівномірно укладаючи витки обмоток. Звичайно, на реалізацію такої ідеї піде досить багато часу, але результат того вартий.

Варто відзначити, що в стандартних ситуаціях майстри проводять додаткову ізоляцію тороїдального сердечника від обмоток (навіть в тому випадку, якщо використовується лакована дріт). Особливою популярністю користується високоякісний електротехнічний картон, Який відповідає всім стандартам ГОСТ 2824. Товщина цього матеріалу знаходиться в межах 0,8 мм.

Під час роботи майстра дотримуються такої схеми:

• Картон акуратно намотується на сердечник з невеликим захопленням попереднього витка. Кінець матеріалу обов'язково фіксується кіперною стрічкою або клеєм ПВА.
• Всі торці сердечника повинні бути захищені картонними шайбами ​​з невеликими надрізами від 10 до 20 мм, довжина кроку – 35 мм. Як зовнішня, так і внутрішня грань обов'язково закривається невеликими смугами. Варто зазначити, що технологічні шайби фіксуються на фінішному етапі, а все прогумовані зубці загинаються. Поверх всієї конструкції намотується киперная стрічка.
• Якщо надрізи були зроблені на самих смугах, тоді повинен бути присутнім невеликий запас, щоб домогтися більшої висоти торця. Всі кільця повинні бути прикріплені строго по ширині, накладаються вони поверх загинів.
• У рідкісних випадках кільця можуть бути виготовлені зі спеціальної електротехнічної фанери, товстого текстоліту. Вразливу внутрішню і зовнішню грань захищають картонними смугами з невеликими загинами по краях. Між першими витками обмотки і сердечником повинен бути присутнім невеликий повітряний зазор. Такий підхід особливо важливий в тих випадках, коли краю під дротом нанесені. Так вразлива токонесущей частина ніколи не торкнеться тороїдального сердечника. На верхній шар обов'язково намотується киперная стрічка. У деяких випадках майстри воліють згладжувати зовнішнє ребро кілець, за рахунок чого намотування кутів йде плавно.

Якщо трансформатор має підвищену потужністю, тоді мідний дріт повинен бути прямокутного перетину. Такий підхід дозволяє заощадити вільний простір. Жила обов'язково повинна бути товстою, щоб вона не плавився під час того, як по ній проходить велика напруга.

Тонкощі розрахункових маніпуляцій

Найчастіше первинна обмотка живиться від звичайної мережі змінного напруги в 220 В. Якщо майстру потрібно дві вторинні обмотки, щоб кожна видавала мінімум по 12 В, то площа перерізу повинна становити мінімум 0,23 кв. мм. Але цих даних мало, щоб правильно розрахувати тороїдальний трансформатор.

Майстру потрібно розділити 220 В на певну суму напруг вторинної ланцюга. Так можна отримати коефіцієнт 3,9, який буде позначати, що перетин дроту для вторинної обмотки має бути аналогічним з цим показником. А ось для того, щоб визначити кількість витків, потрібно вдатися до досить простої формули: напруга 220 В помножити на коефіцієнт 40, а отриману цифру слід розділити на площу поперечного перерізу магнітопроводу.

Окремо варто врахувати, що від правильності проведених розрахунків залежить рівень ККД тороїдального трансформатора і його експлуатаційний термін. Саме тому краще кілька разів все перевірити ще раз, щоб не допустити найпоширеніших помилок.

рекомендації фахівців

Коли майстер ретельно вивчив спосіб виготовлення трансформатора своїми руками, він може сміливо приступати до практичної частини. Так як намотування витків вважається дуже складним процесом, знадобиться запастися терпінням, щоб підсумковий результат виправдав всі очікування. Адже саме від того, наскільки якісно виконаний цей етап, залежать експлуатаційні характеристики пристрою.

Для спрощення цього завдання можна використовувати спеціальний верстат, призначений для намотування тороїдальних трансформаторів. Ціна такого агрегату вважається доступною, а при бажанні його можна виготовити і своїми руками.