Бывают в жизни ситуации, когда нужен трансформатор с особыми характеристиками для конкретного случая. К примеру, сгорел сетевой тр-р в любимом приемнике, а именно такого для замены у вас нет. Зато есть другие ненужные тр-ры от старой техники, которые валяются без дела, вот их можно попробовать самому переделать под конкретные параметры. Далее мы расскажем, как рассчитать и сделать трансформатор своими руками в домашних условиях, предоставив все необходимые расчетные формулы и инструкцию по сборке.

Расчетная часть

Итак, начнем. Для начала необходимо разобраться, что представляет из себя такое устройство. Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника, выполненного из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, а тот в свою очередь индуцирует электрический ток во второй катушке, что показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной катушки, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, пропорционально ему меняется и ток.

От размеров сердечника зависит максимальная мощность, которую трансформатор сможет отдать, поэтому при проектировании отталкиваются от наличия подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения габаритной мощности трансформатора и подключаемой к нему нагрузки. Поэтому сначала нам необходимо найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, то их мощность нужно суммировать. Расчетная формула будет иметь вид:

• U2 — это напряжение на вторичной обмотке;
• I2 — ток вторичной обмотки.

Получив значение, нужно сделать расчет первичной обмотки, учитывая потери на трансформации, предполагаемый КПД около 80%.

P1=P2/0.8=1.25*P2

От значения мощности Р1 подбирается сердечник, его площадь сечения S.

• S в сантиметрах;
• Р1 в ватт.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

• 50 — это частота сети;
• S — сечение железа.

Эта формула дает приблизительное значение, но для простоты расчета вполне подойдет, так как мы изготавливаем деталь в домашних условиях. Далее можно приступить к расчету количества витков, сделать это можно по формуле:

Так как расчет у нас упрощенный и возможна небольшая просадка напряжения под нагрузкой, увеличьте число витков на 10 % от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки в отдельности по этой формуле:

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

Исходя из таблицы 1 выбираем провод с искомым сечением. Если подходящего значения нет, нужно сделать округление в большую сторону до табличного диаметра.

Если посчитанного диаметра нет в таблице, или слишком большое заполнение окна получается, то можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме искомое.

Чтобы узнать поместятся ли катушки на нашем самодельном трансформаторе, требуется посчитать площадь окна тр-ра, это образованное сердечником пространство, в которое помещаются катушки. Уже известное число витков умножаем на сечение провода и коэффициент заполнения:

Данный расчет производим для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего нужно суммировать площадь катушек и сделать сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади сечения катушек.

Порядок изготовления

Теперь, имея расчеты и материал для сборки, можно приступить к намотке. На подготовленную картонную катушку производим укладку первого слоя обмотки. Для этого удобно использовать электродрель, зажав катушку в патроне с помощью особого приспособления (в качестве него может выступать болт с двумя шайбами и гайкой). Закрепив на столе или верстаке дрель, на малых оборотах, производим укладку провода, виток к витку без перехлестов. Между слоями провода укладываем один слой изоляции — конденсаторную бумагу. Между первичной и вторичной обмоткой нужно сделать два слоя изоляции во избежание пробоя.

Намного проще, если вы планируете перематывать готовый трансформатор на желаемое напряжение. В этом случае достаточно при размотке подсчитать количество витков вторичной намотки, и зная коэффициент трансформации:

Перед проверкой прозвоните обмотки, убедитесь, что их сопротивление не слишком мало, нет обрывов и пробоев на корпус изделия. Первое включение необходимо проводить с особой осторожностью, желательно последовательно с первичной обмоткой включить лампу накаливания мощностью 40-90 Ватт.

Проверочные работы

В данной статье приведена инструкция, которая доступно объясняет, как сделать трансформатор своими руками в домашних условиях. Для примера мы описали последовательность расчета и сборки броневой модели, как наиболее распространенного вида преобразователей. Его популярность обусловлена простотой изготовления моточных узлов, легкостью сборки, ремонта и переделки. На основе этой самоделки легко можно сделать тр-р для зарядки автомобильного аккумулятора, или же изготовить повышающий тр-р для лабораторного источника питания, электрический выжигатель по дереву, горячий нож для резки пенопласта или другой прибор для нужд домашнего мастера.

По форме магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые, броневые и тороидальные. Казалось бы, разницы нет, ведь главное - мощность, которую способен преобразовать трансформатор. Но если взять три трансформатора с магнитопроводами разной формы на одну и ту же габаритную мощность, то выяснится, что тороидальный трансформатор покажет лучшие рабочие характеристики из всех. Именно по этой причине чаще всего для питания различных устройств во многих промышленных сферах выбор останавливают, конечно, на тороидальных трансформаторах в силу их высокой эффективности.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании и т.д.

Как вы понимаете, говоря «тороидальный трансформатор», подразумевают обычно сетевой однофазный трансформатор, силовой или измерительный, повышающий или понижающий, у которого тороидальный сердечник оснащен двумя или несколькими обмотками.

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же как и : он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток - преобразует электроэнергию. Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями.

Главная особенность тороидального трансформатора - небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Охлаждение обмоток - еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

Экономия электроэнергии - еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, - и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Большинство электронных устройств для своей работы нуждаются в определённом типе питания, отличающегося от поступающего из промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможной электронной техники.

Конструкция и принцип работы

Трансформатор - название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор - это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.

Трансформатор - это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

• магнитопровод (сердечник);
• обмотки;
• каркас для расположения обмоток;
• изолятор;
• различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п.).

Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.

По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением - жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:

1. Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
2. Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
3. Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
4. Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
5. Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.

К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение - изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства - токовый.

Токовый трансформатор - измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия - в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

Мощность устройства определяется произведением площадей S и Sо, умноженных на коэффициент: P=1,9* S * Sок.

Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле: S=h*(D-d)/2, где:

• S- площадь сечения;
• h- высота конструкции;
• D- наружный диаметр;
• d - внутренний диаметр.

Для вычисления площади окна используется формула: Sок=3,14*d2/4.

Количество витков во вторичной обмотке равно произведению W2=U2*50/Sок.

Такую методику расчёта можно применить почти для любого вида тороидального трансформатора. Но для расчёта некоторых изделий существует своя методика.

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

4. Мощность сердечника: Рс = 2,76 * 113 * 60 (Вт) ≈ 18712,8 Вт.

5. Количество витков первичной обмотки: W1 = 40 * 220 / 60 = 147 витков.

6. Количество витков для вторичной обмотки: W2 = 42 * 60 / 60 = 42 витка.

7. Площадь провода вторички находится исходя из наибольшего рабочего тока: Sпр = 200 А /(8 А/мм2) ≈ 25 мм².

8. Вычисляется площадь провода первички: S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм².

Такой вариант расчёта применим не только для сварочников, но и с успехом может быть использован для других типов. Как видно, никаких трудностей при расчёте возникнуть не должно.

Токовый трансформаторный прибор

Трансформатор тока своими руками сделать несложно, но перед его изготовлением понадобится выполнить расчёт. Такой расчёт отличаетчя от общепринятого в связи с конструктивными особенностями изделия. Начинается он с необходимой величины тока вторички (единица измерения ампер): Iам = Iпер / Iвт, где:

Iпер - величина тока первичной обмотки, умноженная на число витков в ней;

Iвт - количество витков во вторичной обмотке.

Для того чтобы разобраться, как правильно выполнить расчёт, проще рассмотреть практический пример самодельного токового устройства. Пусть на выходе токового устройства необходимо получить 4 вольта, а ток ограничить уровнем 5 ампер.

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

1. Берётся ферритовое кольцо, для примера 20×12х6 из 2000hМ.
2. Мотается 100 витков провода. Эти витки составляют вторичную обмотку, так как первичная - это просто один виток проволоки, пропущенный через феррит.
3. Значение тока во вторичке будет равно: I/Kтр = 5 / 100 = 0,05 A. где Ктр - коэффициент трансформации трансформатора (отношение количества первичной обмотки к вторичной).
4. Величина нагрузочного шунта рассчитывается согласно закону Ома: R = U/I. Получается R= 4/0,05 = 80 Ом.

Таким образом можно выполнить расчёт для любых требуемых параметров. Независимо от формы тока на входе, на выходе токового устройства напряжение всегда двухполярное. В качестве шунта вторичной обмотки используется именно сопротивление, а не диод. Если есть необходимость в диоде, то вначале подключается резистор, а затем диод или диодный мост. Во втором случае сопротивление включается в диагональ моста.

Самостоятельное изготовление

Цена на готовые изделия велика, при этом не всегда удаётся найти прибор с требуемыми параметрами. Поэтому целесообразно изготовить трансформатор или автотрансформатор своими руками. Кроме изготовления трансформатора с нуля существует возможность перемотать неисправное устройство.

Для изготовления изделия потребуются трансформаторное железо и провод. Железо представляет собой пластины собранные в виде тора и образующие магнитопровод. Его можно купить либо взять со старых разобранных приборов. Например, взять пластины от промышленных трансформаторов и, используя приспособление в виде разрезанного кольца, скатать из металла пластинки в виде бублика. Пластинки собрать, сердечник обтянуть стеклотканью и залить лаком.

Витки обмоток изготавливаются из медного провода нужного диаметра. Сама намотка не вызывает сложностей:

Если в процессе намотки необходимо выполнить отвод, тогда наматываемый провод разрывается. На место разрыва впаивается отвод, а основной провод мотается дальше. Место отвода, как правило, тщательно изолируется. Закрепление концов обмоток обычно выполняется с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника или проложенного провода. Полоску продеваемого провода лучше разместить на «челнок». Изготавливается он из небольшого пластикового профиля с прорезями в торцах для фиксации проволоки.

Такая работа требует внимательности и аккуратности, особенно при наматывании первичной обмотки. Для изготовления нескольких устройств целесообразно использовать станок для намотки тороидальных трансформаторов. Своими руками такой прибор выполнить сложно, но возможно.

Намоточный станок своими руками

Один из возможных вариантов - сделать станок, оснащённый регулируемым укладчиком и счётчиком витков, используя принцип велосипедного колеса.

Колесо надевается на штырь в стене, при этом его обод снабжается резиновым кольцом. Для того чтобы на обод надеть сердечник, предварительно потребуется его разрезать, а затем снова скрепить, получив цельный круг. Намотав на него необходимую длину проволоки, один ее конец подсоединяется к свободно расположенному на ободе сердечнику. Катушка передвигается по ободу полными кругами, в результате чего проволока укладывается на каркас. При этом для подсчёта оборотов используется велосипедный счётчик.

Создание более совершенного устройства потребует применение шаговых двигателей с позиционированием их положения. Для этого используются микроконтроллеры и электронный счётчик. Такое конструирование требует определённых навыков в радиоэлектронике.

Тороидальный трансформатор – электротехнический преобразователь напряжения или тока, сердечник которого изогнут кольцом и замкнут. Профиль сечения отличается от круглого, название все равно применяют за неимением лучшего.

Отличия тороидальных трансформаторов

Автором тороидальных трансформаторов признан Майкл Фарадей. Возможно встретить в отечественной литературе (особенно, коммунистических времен) утопичную идею: первым собрал подобное Яблочков, сравнив указываемую дату – обычно, 1876 год – с ранними опытами по электромагнитной индукции (1830). Просится вывод: Англия опередила Россию на полвека. Интересующихся подробностями отошлем к обзору . Приводятся детальные сведения о конструкции первого в мире тороидального трансформатора. Изделие отличает форма сердечника. Помимо тороидальных принято по форме различать:

1. Броневые. Отличаются избыточностью ферромагнитного сплава. Для замыкания линий поля (чтобы проходили внутри материала) ярма охватывают обмотки с внешней стороны. В результате входная и выходная наматываются вокруг общей оси. Одна поверх другой или рядом.
2. Стержневые. Сердечник трансформатора проходит внутри витков обмотки. Пространственно входная и выходная разнесены. Ярма вбирают малую часть линий напряженности магнитного поля, проходящих за пределами витков. Фактически нужны, чтобы соединить стержни.

Тороидальный трансформатор

Новичку приходится туго, нелишне пояснить подробнее. Стержнем называется часть сердечника, проходящая внутри витков. На остов наматывается проволока. Ярмом называется часть сердечника, соединяющая стержни. Нужны передавать линии магнитного поля. Ярма замыкают сердечник, формируя цельную конструкцию. Замкнутость требуется для свободного распространения внутри материала магнитного поля.

Тема Магнитная индукция показывает – внутри ферромагнетика поле значительно усиливается. Эффект образует базис функционирования трансформаторов.

В состав стержневого сердечника ярмо входит минимальным составом. В броневом охватывает дополнительно обмотки снаружи вдоль длины, как бы защищая. От аналогии произошло название. Майкла Фарадея выбрал тор скорее интуитивно. Формально можно назвать стержневым сердечником, хотя направляющая оси симметрии обмоток идет дугой.

Опорой первому магниту (1824 год) стала лошадиная подкова. Возможно, факт придал направлению полета творческой мысли ученого верный азимут. Используй Фарадей иной материал, опыт окончится неудачей.

Тор навивают единой лентой. Подобные сердечники называют спиральными в отличие от броневых и стержневых, которые фигурируют в литературе за термином пластинчатые. Это введет в заблуждение. Лишний раз следует сказать: тороидальный сердечник, будучи намотанным отдельными пластинами, называется спиральным. Разбивать частями приходится, когда отсутствует лента. Это вызвано чисто экономическими причинами.

Подытожим: в исходном виде тороидальный трансформатор Фарадея имел сердечник круглого сечения. Сегодня форма невыгодна, невозможно обеспечить массовое производство соответствующей технологией. Хотя деформация проволоки по углам сгиба приводит однозначно к ухудшению характеристик изделия. Механические напряжения повышают омическое сопротивление обмотки.

Сердечники тороидальных трансформаторов

Тороидальный трансформатор назван за форму сердечника. Майкл Фарадей изготовил бублик, использовав цельный кусок мягкой стали круглого сечения. Конструкция нецелесообразна на современном этапе по нескольким причинам. Главное внимание уделяется минимизации потерь. Сплошной сердечник невыгоден, наводятся вихревые токи, сильно разогревающие материал. Получается плавильная индукционная печь, легко превращающая в жидкость сталь.

Чтобы избежать ненужных трат энергии и нагревания трансформатора, сердечник нарезают полосами. Каждая изолируется от соседней, например, лаком. В случае тороидальных сердечников наматывают единой спиралью, либо полосами. Сталь обычно на одной стороне имеет изолирующее покрытие толщиной единицы микрометра.

Упомянутые стали используются для конструирования , довольно часто по исполнению являющихся тороидальными. Интересующимся можно ознакомиться с ГОСТ 21427.2 и 21427.1. Для сердечников (как следует из названия документов) сегодня чаще используется анизотропная холоднокатаная листовая сталь. В название заложено: магнитные свойства материала неодинаковы по разным осям координат. Вектор потока поля должен совпадать с направлением проката (в нашем случае движется по кругу). Ранее применялся другой металл. Сердечники высокочастотных трансформаторов могут изготавливаться из стали 1521. В рамках сайта особенности применяемых материалов обсуждались (см. ). Сталь маркируется по-разному, в состав обозначения включаются сведения:

• Первое место отводится цифре, характеризующей структуру. Для анизотропных сталей применяется 3.
• Вторая цифра указывает процентное содержание кремния:

1. менее 0,8%.
2. 0,8 – 1,8%.
3. 1,8 – 2,8%.
4. 2,8 – 3,8%.
5. 3,8 – 4,8%.

• Третья цифра указывает основную характеристику. Могут быть удельные потери, величина при фиксированной напряженности поля.
• Тип стали. С ростом числа удельные потери ниже. Зависит от технологии производства металла.

Теряет значение взаимное расположение конца и начала ленты. Чтобы спираль не размоталась, последний виток приваривают к предыдущему точечной сваркой. Намотка ведется с натяжением, собранные из нескольких полос ленты обычно не удаётся подогнать плотно, сварной шов выполняется внахлест. Иногда тор режется на две части (разрезной сердечник), на практике требуется сравнительно редко. Половинки при сборке стягиваются бандажом. В процессе изготовления готовый тороидальный сердечник режется инструментом, торцы шлифуются. Витки спирали скрепляются связующим веществом, чтобы не размоталась.

Намотка тороидальных трансформаторов

Стандартно производится дополнительная изоляция тороидального сердечника от обмоток, даже если используется лакированная проволока. Широко применяется электротехнический картон (ГОСТ 2824) толщиной до 0,8 мм (возможным другие варианты). Распространенные случаи:

1. Картон наматывается с захватом предыдущего витка на тороидальный сердечник. Способ характеризуется, как вполнахлеста (половина ширины). Конец приклеивается или закрепляется киперной лентой.
2. По торцам сердечник защищают картонные шайбы с надрезами глубиной 10 – 20 мм, шагом 20-35 мм, перекрывающие толщину тора. Наружная, внутренняя грань закрываются полосами. Технологически шайбы идут в сбор последними, прорезанные зубцы загибаются. Поверх спирально наматывается киперная лента.
3. Надрезы могут производиться на полосах, тогда берутся с запасом, чтобы больше высоты тора, кольца – строго по ширине, накладываются поверх загибов.
4. Тонкие полосы, кольца текстолита закрепляются на тороидальном сердечнике лентами стеклоткани вполнахлеста.
5. Иногда кольца выполняются из электротехнической фанеры, гетинакса, толстого (до 8 мм) текстолита с запасом наружного диаметра 1-2 мм. Внешнюю и внутреннюю грань защищают картонными полосами с загибом по краям. Меж первыми витками обмотки, сердечником остается воздушный зазор. Промежуток под картоном нужен на случай, если края под проволокой протрутся. Тогда токонесущая часть никогда не коснется тороидального сердечника. Поверх наматывается киперная лента. Иногда внешнее ребро колец сглаживается, чтобы намотка углами шла плавно.
6. Имеется разновидность изоляции, сходная с предыдущей, с внутренней стороны по кольцам на внешних ребрах имеются проточки до сердечника, куда ложатся полосы. Элементы выполняются из текстолита. Поверх наматывается киперная лента.

Обмотки обычно выполняются концентрическими (одна над другой), либо чередующимися (как в первом опыте Майкла Фарадея 1831 года), называют иногда дисковыми. В последнем случае через одну может наматываться достаточно большое их число, попеременно: то высокое напряжение, то низкое. Применяется чистая электротехническая медь (99,95%) удельным сопротивлением 17,24 – 17,54 нОм м. Ввиду дороговизны металла для изготовления тороидальных трансформаторов малой и средней мощности берется рафинированный алюминий. Для прочих случаев сказываются ограничения по проводимости и пластичности.

В мощных трансформаторах медный провод бывает прямоугольного сечения. Делается для экономии места. Жила должна быть толстой, пропуская значительный ток, дабы не расплавиться, круглое сечение приведет к излишнему росту габаритов. Выигрыш равномерности распределения поля по материалу свелся бы к нулю. Толстый прямоугольный провод достаточно удобно укладывать, чего нельзя сказать касательно тонкого. В остальном (по конструктивным признакам) намотка производится в точности теми же путями, как в случае обычного трансформатора. Катушки делаются цилиндрическими, винтовыми, однослойными, многослойными.

Определение конструкции тороидального трансформатора

Интересующимся вопросом рекомендуем изучить книгу С. В. Котенева, А. Н. Евсеева по расчету оптимизации тороидальных трансформаторов (издание Горячая линия – Телеком, 2011 год). Напоминаем: издание защищено законом об авторских правах. Профессионалы найдут силы (средства) приобрести при необходимости книгу. Согласно главам, расчет начинается определением параметров режима холостого хода. Подробно описывается, как найти активный и реактивный токи, высчитать ключевые параметры.

Печатное издание, несмотря на некоторую спорность изложения, попутно дает понять, почему включенный в цепь трансформатор, лишенный нагрузки, не сгорает (энергия тока расходуется намагничиванием). Хотя, казалось бы, предсказан очевидный исход мероприятия.

Число витков первичной обмотки выбирается из условия не превышения магнитной индукцией максимального значения (до входа в режим насыщения, где значение не меняется ростом напряженности поля). Если конструирование ведется для бытовой сети 230 вольт, берется допуск согласно ГОСТ 13109. В нашем случае, имеется в виду отклонение амплитуды в пределах 10%. Помним: вся промышленность перешла в XXI веке на 230 вольт (220 не используется, приводится в литературе, «наследием тяжелого прошлого»).

Трансформатор переводится с латинского как «превращатель», «преобразователь». Это электромагнитное устройство статического типа, предназначенное для преобразования переменного напряжения или электрического тока. Основу любого трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, который иногда называют сердечником. На сердечник наматываются обмотки, которых может быть 2−3 и более в зависимости от вида трансформатора. Когда на первичной обмотке возникает переменное напряжение, внутри сердечника возбуждается магнитный ток. Он, в свою очередь, вызывает на остальных обмотках токовое переменное напряжение с точно такой же частотой.

Обмотки различаются между собой количеством витков, что определяет коэффициент изменения величины напряжения. Иными словами, если вторичная обмотка имеет в своём составе в два раза меньше витков, то на ней возникает переменное напряжение по величине в два раза меньшее, чем на обмотке первичной. Но мощность тока при этом не меняется. Это делает возможным работу с токами большой силы при относительно небольшом напряжении.

В зависимости от формы магнитопровода различают три вида трансформаторов:

Материалы пластин

Сердечники для трансформаторов изготавливают либо из металла, либо из феррита. Феррит, или ферромагнетик, — это железо с особым строением кристаллической решётки. Применение феррита увеличивает КПД трансформатора. Поэтому чаще всего сердечник трансформатора изготавливается именно из феррита. Существует несколько способов изготовления сердечника:

• Из наборных металлических пластин.
• Из намотанной металлической ленты.
• В виде отлитого из металла монолита.

Любой трансформатор может работать как в повышающем, так и в понижающем режиме. Поэтому условно все трансформаторы делятся на две большие группы. Повышающие: на выходе напряжение больше, чем на входе. Например, было 12 В, стало 220 В. Понижающие: на выходе напряжение ниже, чем на входе. Было 220, а стало 12 вольта. Но в зависимости от того, на какую обмотку подаётся первичное напряжение, можно превратить в повышающий, который 10 А превратит в 100 А.

Тороидальный трансформатор своими руками

Тороидальный трансформатор, или просто тор, чаще всего изготавливают в домашних условиях в качестве главной детали для домашнего сварочного аппарата и не только. По сути, это самый распространённый вариант трансформатора, впервые изготовленный ещё Фарадеем в 1831 году.

Преимущества и недостатки тора

Тор обладает несомненными достоинствами по сравнению с другими видами:

Простейший тор состоит из двух обмоток на своём кольцевидном сердечнике. Первичная обмотка соединяется с источником электрического тока, вторичная идёт к потребителю электроэнергии. Посредством магнитопровода происходит объединение обмоток и усиление их индукции. Когда включается питание, в обмотке первичной возникает переменный магнитный поток. Соединяясь со вторичной обмоткой, этот поток порождает в ней электромагнитную силу. Величина этой силы зависит от количества намотанных витков. Изменяя число витков, можно преобразовывать любое напряжение.

Расчет мощности тороидального трансформатора

Изготовление сварочного тороидального трансформатора в домашних условиях начинается с расчёта его мощности. Основным параметром будущего тора является ток, который будет подаваться на сварочные электроды. Чаще всего для бытовых нужд вполне достаточно электродов диаметром 2−5 мм. Соответственно, для таких электродов мощность тока должна быть в пределах 110−140 А.

Мощность будущего трансформатора рассчитывается по следующей формуле:

U — напряжение холостого хода

I — сила тока

cos f — коэффициент мощности, равный 0.8

n — коэффициент полезного действия, равный 0.7

Далее расчётная величина мощности с помощью соответствующей таблицы сверяется с размером площади сечения сердечника. Для домашних сварочных трансформаторов это значение, как правило, равно 20−70 кв. см в зависимости от конкретной модели.

После этого с помощью следующей таблицы подбирается количество витков провода по отношению к площади сечения сердечника. Закономерность простая: чем больше площадь сечения магнитопровода, тем меньшее количество витков наматывается на катушку. Непосредственное количество витков вычисляется по следующей формуле:

U — напряжение тока на первичной обмотке.

I — ток вторичной обмотки, или сварочный ток.

S — площадь сечения магнитопровода.

Количество витков на вторичной обмотке вычисляется по следующей формуле:

Тороидальный сердечник

Тороидальные трансформаторы имеют достаточно сложный сердечник. Лучше всего его изготавливать из специальной трансформаторной стали (сплав железа с кремнием) в виде стальной ленты. Лента предварительно свёртывается в габаритный рулон. Такой рулон, по сути, уже имеет форму тора.

Где взять готовый сердечник? Неплохой тороидальный сердечник можно обнаружить на старом лабораторном автотрансформаторе. В этом случае будет необходимо размотать старые обмотки и намотать новые на уже готовый сердечник. Перемотка трансформатора своими руками ничем не отличается от намотки нового трансформатора.

Особенности намотки тора

Первичная обмотка осуществляется медным проводом в стеклотканевой или хлопчатобумажной изоляции. Ни в коем случае нельзя использовать провода в резиновой изоляции. Для силы тока на первичной обмотке в 25 А наматывающийся провод должен иметь сечение 5−7 мм. На вторичной необходимо использовать провод значительно большего сечения — 30−40 мм. Это необходимо ввиду того, что на вторичной обмотке будет протекать ток значительно большей силы — 120−150 А. В обоих случаях изоляция провода должна быть термостойкой.

Для того чтобы правильно перемотать и собрать самодельный трансформатор, необходимо понимать некоторые детали процесса его работы. Нужно грамотно осуществлять намотку проводов. Первичная обмотка производится с помощью провода меньшего сечения, а количество самих витков здесь значительно больше, это приводит к тому, что первичная обмотка испытывает очень большие нагрузки и, как следствие, может очень сильно греться в процессе работы. Поэтому укладка первичной обмотки должна производиться особенно тщательно.

В процессе намотки каждый намотанный слой необходимо изолировать. Для этого используют либо специальную лакоткань, либо строительный скотч. Предварительно изоляционный материал нарезается на полоски шириной 1−2 см. Изоляцию укладывают таким образом, что внутренняя часть обмотки покрывается двойным слоем, а внешняя, соответственно, одним слоем. После этого весь изоляционный слой обмазывается толстым слоем клея ПВА. Клей в этом случае несёт двойную функцию. Он укрепляет изоляцию, превращая её в единый монолит, а также значительно уменьшает звук гудения трансформатора во время работы.

Приспособления для намотки

Намотка тора — сложный процесс, занимающий много времени. Для того чтобы как-то его облегчить, используют специальные приспособления для намотки.

• Так называемый вилочный челнок. Предварительно на него наматывается необходимое количество провода, и затем посредством челночных движений производят последовательную намотку провода на сердечник трансформатора. Этот способ годится лишь в том случае, если наматываемый провод достаточно тонок и гибок, а внутренний диаметр тора настолько велик, что позволяет свободно протаскивать челнок. При этом намотка происходит достаточно медленно, поэтому если необходимо намотать большое количество витков, то придётся потратить на это очень много времени.
• Второй способ более продвинутый и требует для своего осуществления специального оборудования. Но зато с его помощью можно намотать трансформатор практически любого размера и с очень большой скоростью. При этом качество намотки будет очень высоким. Приспособление называется «размыкаемый обод». Суть процесса состоит в следующем: намоточный обод аппарата вставляется в отверстие тора. После этого намоточный обод замыкается в единое кольцо. Затем на него наматывается необходимое количество обмоточной проволоки. И в заключение намоточный провод сматывается с обода аппарата на катушку тора. Такой станок можно изготовить в домашних условиях. Его чертежи находятся в свободном доступе в Интернете.