Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

На практиці виділяють досить велику різноманітність перетворювачів електричної енергії як за конструктивними особливостями, так і за принципом дії. Серед пристроїв для зміни величини напруги існують броньові, стрижневі та тороїдальні трансформатори. Останній варіант за своєю формою нагадує бублик, за рахунок чого він є найбільш ефективним щодо передачі магнітного потоку. Його ККД може наближатися до 100% і відрізняється достатньою простотою намотування, тому багато радіоаматорів намагаються виготовити тороїдальний трансформатор своїми руками.

Конструкція та принцип роботи

Конструктивна особливість такого трансформатора полягає у формі магнітопроводу, яка представляє замкнене кільце, звана тором.

В іншому складі його елементів ідентичний іншим типам електричних машин:

  • Обмотка - виконується мідним провідником, поділяється на первинну та вторинну. Обидві обмотки можуть відрізнятися перетином провідника.
  • Тороїдальний сердечник - має форму кільця, виготовляється набірною шихтівкою, стрічковою сталлю або монолітним залізом, залежно від габаритів та призначення. Як матеріал беруться феромагнітні сплави, що забезпечують хорошу магнітну провідність.
  • Ізоляційних матеріалів - частина діелектрика заздалегідь наноситься на монтажний провід, решта діелектрика поділяє котушку тора із залізом, обмотки між собою, між котушками та кожухом. Як ізоляція використовуються стрічкові або лакотканеві матеріали, електроізоляційний картон, клей і т.д.д.
  • Захисний кожух - призначений як для захисту силового трансформатора від механічних пошкоджень, так і для запобігання контакту людини з поверхнею обмоток.
  • Висновки вторинної та мережевої обмотки, кріпильні та допоміжні деталі.
Мал. 1. Конструкція тороїдального трансформатора

Принцип дії тороїдального перетворювача полягає в подачі напруги живлення на висновки первинної обмотки. Після чого в ній починає протікати електричний струм, який створює магнітний потік усередині витків. Магнітний потік переміщається всередині каркасів котушок та наводить ЕРС у вторинній обмотці. За умови підключення навантаження до її висновків відбуватиметься споживання заданої потужності.

Цей пристрій знайшов застосування в тороїдальних автотрансформаторах (ЛАТРах), радіоелектроніці, зварювальних трансформаторах та інших перетворювачах. У домашніх умовах займаються перемотуванням трансформатора такого типу за рахунок відносно простого процесу.

Виготовлення своїми руками

Щоб виготовити тороїдальну електричну машину вам необхідно визначитися з її типом. Усього виділяють підвищує і знижуючий трансформатор, у першому випадку з низької напруги, наприклад, 220В отримують високе - 600В, тоді як у другому, з високого низьке, як найпоширеніший варіант з 220В - 12В. Важливим параметром для виготовлення та розрахунку тороїдального агрегату є коефіцієнт трансформації, що показує, у скільки разів змінюється електрична величина у вторинній обмотці по відношенню до первинної. Для визначення використовується одне з наступних співвідношень:

U1/U2=W1/W2=I2/I1=n

U1та U2, I1та I2- величина напруги та струму в обмотках, W1і W2 - це число витків.

Що необхідно для роботи?

Вам обов'язково знадобиться набір слюсарних інструментів для елементарних робіт: викрутки, пасатижі, круглогубці, ножі, паяльник, заклепочник і т.д.д. Також для того, щоб намотати тороїдальний мережевий трансформатор або саморобний зварювальний агрегат вам знадобляться деякі матеріали:

  • Медний провід з лаковим покриттям - можете взяти і з вінілової ізоляцією, але в нього буде товщина більша. Як результат, намотування вимагатиме великих зусиль, що не дуже зручно при великій кількості витків.
  • Пристрій для намотування - найчастіше застосовується або автоматизований механізм з кільцевим розчепленням, або човникова котушка. Перший дозволяє намотувати дроти швидко та без зайвих зусиль, але його придбання чи самостійне виготовлення потребує додаткових витрат. Другий спосіб куди простіше, але він гірше застосовується для жил великого перерізу.
  • Ізоляційний матеріал - вам стане в нагоді електроізоляційний картон, полімерний діелектрик, лакотканева ізоляція, тканинна ізолента. Щоб перемотати трансформатор, можна використовувати не всі вищеперелічені матеріали, а вибрати деякі з них.
  • Магнітопровід або тор - найкращим варіантом буде готовий заводський сердечник круглої форми від іншого трансформатора. Однак якщо його немає, можна зібрати тороїдальну конструкцію самостійно. Для цього підійде шихтівка від стрижневого магнітопроводу.

Візьміть довгий лист сталі та зігніть кільцем, на краю зафіксуйте кінці.

Мал. 2. Зігніть пластину заліза

Всередині отриманого тороїдального листа помістіть наступний, стежте за тим, щоб краї лягали стик у стик. При необхідності краї можна підрізати, що особливо актуально на внутрішніх шарах. Кожну пластину необхідно чітко обтискати, щоб при мотанні тор вийшов щільним без зазорів.

Якщо ви вирішите виготовити сердечник, його краї обов'язково слід обробити епоксидним клеєм з обох боків. Після цього складання сердечника можна вважати закінченим. Крім цього можна використовувати стрічкову сталь, яку за такою ж технологією закручують щільною по спіралі.

Мал. 3. Намотайте сердечник зі стрічкової сталі

Розрахунок

Щоб почати обчислення, вам необхідно визначитися з величиною напруги на вторинній та первинній обмотці та потрібною потужністю тороїдального трансформатора. Далі вам знадобиться визначити перетин тора:

S=H((D-d))/2

де

  • S - площа перерізу магнітопроводу;
  • H - висота тороїдального сердечника;
  • D - зовнішній діаметр тороїдального сердечника;
  • d - внутрішній діаметр тороїдального сердечника.

Щоб обчислити кількість витків скористайтесь двома виразами для коефіцієнта передачі магнітопроводу:

k=f/S і W1=kU1

Тут k - коефіцієнт передачі, f - частота в мережі, S - площа перерізу магнітопроводу.W1- число витків у первинній котушки, U1 - напруга в первинці. З другої формули ви дізнаєтеся кількість витків, аналогічно розраховуються витки для вторинної обмотки тороїдального трансформатора.

Щоб визначити переріз проводів котушок перетворювача, скористайтесь формулою:

S=(ρlP)/U2

  • S - площа перерізу провідника трансформатора;
  • P - потужність тороїдального трансформатора;
  • ρ - питома провідність матеріалу жил (для міді 0,017 Оммм2/м);
  • U - напруга у відповідній обмотці трансформатора;
  • l - довжина провідника в котушці, цей параметр можна дізнатися з наступної формули:

l=(2(D-d) + 2H)W

І довжину та переріз трансформатора можна розрахувати для кожної обмотки окремо. Після того як розрахунок тороїдального агрегату готовий, можна переходити до його намотування.

Намотка

Процес виготовлення саморобного трансформатора складатиметься з декількох етапів:

  • огляньте тороїдальний магнітопровід на предмет відсутності задирок і нерівностей - поверхня повинна бути рівною, без країв, що випирають.
Мал. 4. Огляньте сердечник
  • виготовте для пластин саморобного трансформатора ізоляцію з електротехнічного картону, за його відсутності можете взяти будь-який інший діелектрик;
Рисунок 5: заізолюйте сердечник картоном
  • щоб не пошкодити ізоляцію дроту, надягніть на край човника вінілову трубку і намотайте мідний провід;
Мал. 6. Вінілова ізоляція на край човника
  • припаяйте край дроту до першого виведення обмотки тороїдального трансформатора;
Мал. 7. Припаяйте провід до виведення трансформатора
  • заізолюйте електроізоляційним картоном і закріпіть місце паяння на сердечнику;
Мал. 8. Закріпіть місце паяння на сердечнику
  • за допомогою човника намотайте обмотку, при цьому намагайтеся робити витки, якомога щільніше до сердечника;
Мал. 9. Намотайте обмотку човником
  • заізолюйте первинну обмотку тороїдального трансформатора.
Мал. 10. Заізолюйте первинну обмотку

Перемотування вторинної обмотки здійснюється аналогічним чином, після чого її так само ізолюють і всю конструкцію, при необхідності, закривають корпусом. Тороїдальний трансформатор готовий.

Відео інструкція

Список використаної літератури

  • Тихомиров П.М. «Розрахунок трансформаторів» 1976
  • Т. Гайах «Найпростіші електротехнічні розрахунки» 1968
  • К.В. Лотоцький «Електричні машини та основи електроприводу»1964
  • Романенко І. Г., Данилов М. І., Юдіна О. І. «Електричні машини» 2018

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик