Когда речь заходит о трансформаторах, их типах, то все модели все равно имеют схожий функционал, единственное, чем могут отличаться трансформаторы друг от друга, так это сферой применения и материалами, избираемыми для комплектации изделия. В ассортименте силовых элементов почетное место занимает тороидальный трансформатор, отличающийся удачными конструктивными способностями, хорошими эксплуатационными качествами. А самое главное отличие тороидального трансформатора от всех других типов состоит в том, что сердечник или магнитопровод изделия сформирован в виде кольца. Все же остальные технические преимущества и сферы применения рассмотрим далее более подробно в статье.
Какими по назначению и функционалу бывают тороидальные трансформаторы
- силовыми и измерительными;
- повышающими или понижающими.
Подобные силовые элементы способны преобразовывать электроэнергию, воздействуя с разной степенью на напряжение или ток.
Где и для чего используется тороидальный трансформатор
Силовой тороидальный трансформатор имеет широкую сферу применения, как в промышленной, так и в бытовой среде. Так, многие обыватели не задумываются, но тороидальные трансформаторы нас буквально окружают, обеспечивая нам комфорт и уют в домах и квартирах. Во-первых, низкочастотные трансформаторы задействуются в формировании энергосистемы и всех основных коммуникаций, не исключая обычные розетки. Во-вторых, в схемах источника бесперебойного питания для компьютера и смартфона также можно обнаружить трансформатор, который считается незаменимым элементом цепи.
Да и в сфере радиотехники, электроники, инженерии не обойтись без тороидальных трансформаторов. Очевидно, что такие важные силовые элементы используются для создания безопасного и эффективного источника питания осветительной техники, работы медицинского и диагностического современного оборудования.
В промышленной среде совершают расчет тороидального трансформатора и внедряют его в комплектование схем сварочного оборудования.
Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике — Справочник металлиста
Расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом :: АвтоМотоГараж
Возникла необходимость в мощном блоке питания. В моём случае имеются два магнитопровода броневой-ленточный и тороидальный. Броневой тип: ШЛ32х50(72х18). Тороидальный тип: ОЛ70/110-60.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ для расчёта трансформатора с тороидальным магнитопроводом:
- напряжение первичной обмотки, U1 = 220 В;
- напряжение вторичной обмотки, U2 = 36 В;
- ток вторичной обмотки, l2 = 4 А;
- внешний диаметр сердечника, D = 110 мм;
- внутренний диаметр сердечника, d = 68 мм;
- высота сердечника, h = 60 мм.
Расчет трансформатора с магнитопроводом типа ШЛ32х50(72х18) показал, что выдать напряжение 36 вольт с силой тока 4 ампера сам сердечник в состоянии, но намотать вторичную обмотку возможно не получится, из-за недостаточной площади окна.
Приступаем к расчёту трансформатора с магнитопроводом типа ОЛ70/110-60.
Программный (он-лайн) расчет, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже.
Описание вводимых и расчётных полей программы: поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта, поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае установки флажка для корректировки этих значений, поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения, поле зелёного цвета – рассчитанное значение.
Формулы и таблицы для ручного расчет трансформатора:
1. Мощность вторичной обмотки;
2. Габаритная мощность трансформатора;
Табл.№1.
Величина Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
| По сравнению с обычными конструкциями тороидальные трансформаторы имеют ряд существенных преимуществ. При незначительных размерах и массе, они обладают значительно большим коэффициентом полезного действия. Поэтому данные устройства нашли широкое применение в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Большое значение имеет правильный расчет тороидального трансформатора, применительно к конкретным условиям эксплуатации. Существуют различные способы расчетов, позволяющие получить результаты с разной степенью точности. Чаще всего для расчетов используются таблицы. Определение основных параметровПеред началом расчетов необходимо определиться с основными параметрами трансформатора. В первую очередь это касается типа проводов и количества витков, от которых зависит общая длина проводника. Далее нужно сделать правильный выбор сечения, влияющего на показатели выходного тока и мощность устройства. Следует учитывать и тот фактор, что при небольшом количестве витков, первичная обмотка будет нагреваться. Точно такая же ситуация возникает, когда мощность потребителей, включаемых во вторичную обмотку, превышает мощность, отдаваемую трансформатором. В результате перегрева снижается надежность устройства, иногда может произойти воспламенение трансформатора. В качестве примера приводится таблица, с помощью которой можно рассчитать тороидальный трансформатор, работающий при частоте сети 50 Гц. Сердечники устройств могут быть изготовлены из холоднокатаной стали марок Э310-330, толщиной от 0,35 до 0,5 мм. Может применяться и обычная сталь, марок Э340-360, где толщина ленты будет в пределах от 0,05 до 0,1 мм. Условные обозначения в таблице соответствуют:
При наматывании тороидальной катушки используется только наружная и межобмоточная изоляция. Несмотря на ровную укладку обмоточных проводов, толщина намотки по внутреннему диаметру обязательно увеличивается вследствие разницы между наружным и внутренним диаметром сердечника. Поэтому рекомендуется использовать проводники, изоляция которых обладает повышенной механической и электрической прочностью, например, марки ПЭЛШО и ПЭШО, а в некоторых случаях – ПЭВ-2. Для наружной и межобмоточной изоляции чаще всего применяется батистовая лента, лакоткань ЛШСС, толщиной 0,06-0,12 мм, а также триацетатная или фторопластовая пленка, толщиной 0,01-0,02 мм. Формулы для расчета тороидального трансформатораОсновными параметрами для расчета тороидального трансформатора служат напряжение сети питания (Uc), равное 220 В, значение выходного напряжения (Uн) – 24 В, токовая нагрузка (Iн) – 1,8 А. Для определения мощности вторичной обмотки существует формула: Р = Uн х Iн = 24 х 1,8 = 43,2 Вт. Далее определяется габаритная мощность трансформаторного устройства по формуле: Величина коэффициента полезного действия и прочие данные, необходимые для расчетов, выбираются из таблицы, в соответствующей графе и ряде под конкретную габаритную мощность. Следующим этапом будет расчет площади сечения сердечника по формуле: Выбор размеров сердечника осуществляется следующим образом: Ближайшим типом сердечника со стандартными параметрами будет ОЛ50/80-40, с площадью сечения S = 60 мм2, которая должна быть не менее расчетной. Внутренний диаметр сердечника определяется в соответствии с условием, что dc имеет значение большее или равное dc’:
Теперь необходимо определить количество витков в первичной и вторичной обмотках: Поскольку в любом тороиде рассеивание магнитного потока совсем незначительное, падение напряжения в обмотках возможно определить только по их активному сопротивлению. В результате, значение относительной величины падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора будет намного меньше, чем в обычных трансформаторах. В связи с этим, потери на сопротивлении вторичной обмотки компенсируются увеличением количества витков примерно на 3%. Расчет будет выглядеть следующим образом: W1-2=133 х 1,03=137 витков. Диаметры обмоточных проводов можно определить по формуле: Здесь I1 является током первичной обмотки, определяемый по собственной формуле: Трансформаторы, изготовленные по расчетам с помощью таблицы, прошли успешные испытания при постоянной максимальной нагрузке, воздействующей на протяжении нескольких часов. Таким образом, расчет тороидального трансформатора позволяет получить точные результаты, подтвержденные на практике. С помощью этой методики можно определить необходимые параметры для любого устройства. | ||||
| КПД | 0,76-0,88 | 0,88-0,92 | 0,92-0,95 | 0,95-0,96 |
3. Фактическое сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
4. Расчётное сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки трансформатора;
5. Фактическая площадь сечения окна сердечника;
6. Величина номинального тока первичной обмотки;
Табл.№2.
Величина Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
| COS Φ | 0,85-0,90 | 0,90-0,93 | 0,93-0,95 | 0,95-0,93 | 0,93-0,94 |
7. Расчёт сечения провода для каждой из обмоток (для I1 и I2);
Табл.№3.
Конструкция магнитопровода Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
| Кольцевая | 5-4,5 | 4,5-3,5 | 3,5 | 3,0 |
8. Расчет диаметра проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции;
9. Расчет числа витков в обмотках трансформатора;
n — номер обмотки, U’ — падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения, см. таблицу.
В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами.
Табл.№4.
Тор, величина U’ Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]8-25 25-60 60-125 125-250 250-600
| U’1 | 7 | 6 | 5 | 3.5 | 2.5 |
| U’2 | 7 | 6 | 5 | 3.5 | 2.5 |
Табл.№5.
Конструкция магнитопровода Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]5-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
| Тор | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,65 | 1,6 |
10. Расчет числа витков приходящихся на один вольт;
11. Формула для расчёта максимальной мощности которую может отдать магнитопровод;
Sст ф – фактическое сечение стали имеющегося магнитопровода в месте расположения катушки;
Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе;
Вмах- магнитная индукция, см. табл.№5;
J — плотность тока, см. табл.№3;
Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл.№6;
Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.№7;
Какими техническими преимуществами обладают тороидальные трансформаторы
- Экономически выгодные показатели силового элемента с кольцевым магнитопроводом. Внутри происходит передача мощности меньшими размерами и весом.
- Компактность и малые объемы изделия. То есть намотка тороидального трансформатора свою задачу выполняет без сбоев, а вот сам трансформатор в два раза меньше по сравнению с другими моделями.
- Простота монтажа и эксплуатации. Бесспорно, трансформаторы с кольцевым сердечником очень просто устанавливать в заданную по схеме позицию, подключать, тестируя перед первым рабочим запуском. И не важно, где планируется выполнить монтаж – внутри или снаружи.
- Экономия электрического импульса. Где-то треть продуцируемой энергии сохраняется как при полной загрузке, так и на холостом ходу.
- Высокая тепловая нагрузочная способность. Способствует форма магнитопровода – тороид.
Обладая таким количеством технических преимуществ, тороидальный трансформатор по многим параметрам выигрывает. Например, по сравнению с броневыми и стержневыми трансформаторами, он отличается низкими показателями рассеяния, поэтому безопасен и просто незаменим для чувствительного электронного оборудования.
Функциональные характеристики устройства
Стандартная конструкция тороидального устройства изготовлена в виде однофазного силового трансформатора, обладающего понижающими или повышающими свойствами. В тороидальном сердечнике имеется более двух обмоток.
Принцип работы такого трансформатора ничем не отличается от стержневых или броневых конструкций. Его основной функцией также является преобразование одного значения напряжения электроэнергии в другое. Однако, особенности конструкции сердечника позволяют выпускать приборы со значительно меньшим весом и габаритами. Это способствует росту технико-экономических характеристик и других показателей тороидального трансформатора.
Большое значение для данного вида электрических машин, имеет форма сердечников. Их кольцевая конфигурация считается наиболее оптимальной, дающей значительную экономию при намотке такого трансформатора. Это связано с тем, что намотка симметрично и равномерно распределяется на поверхности сердечника. За счет этого, уменьшается ее длина, что приводит к снижению сопротивления обмотки и одновременному росту коэффициента полезного действия.
Какими достоинствами обладает сердечник тороидального трансформатора
Напомним, что сердечник или магнитопровод тороидального трансформатора 220 изготавливается в виде кольца. А это практически идеальная форма в физическом плане. Для ее изготовления на производстве используется чаще всего лентообразный пермаллой, причем расход материала небольшой, уменьшена на конвейере отбраковка и обрезка. На втором этапе последовательного изготовления трансформатора на его сердечник наносится обмотка и равномерно без изъянов распределяется по заданной поверхности. Длина проводов обмотки небольшая, поэтому сила сопротивления в сегменте также уменьшена. И это обеспечивает тороидальному трансформатору высокий КПД. Немаловажную роль в этом играем сам сердечник тороидального трансформатора.
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»).
Что обязательно учитывается при расчете тороидального трансформатора
Для того чтобы применить стандартную физическую формулу, первоначально необходимо узнать параметры напряжения, которое будет подаваться на первичную обмотку изделия (условное обозначение для формулы — U), внешний и внутренний диаметр сердечника или магнитопровода (условные обозначения для расчетов – D и d), и, главное, не забыть о толщине магнитопровода — H.
Немаловажный показатель – площадь окна сердечника (уловно фиксируется в записях — S). От него во многом зависит интенсивность отвода избытка тепла. Данные площади зазора сердечника находятся в периоде от 80 до 100 см, а поперечное сечение в два раза меньше.
На всякий случай вспомним в статье формулы расчетов: S0 = * d2 / 4., Sc = H * (D – d)/2.
Универсальный сварочный аппарат с тороидальным сердечником
Почему «мультисварочный»? Потому что у этого сварочного трансформатора (СТ) много важных дополнительных функций. Если в традиционном «сварочнике», который имеет магнитопровод, собранный из П- и Ш-образных пластин, подчас некуда втиснуть хотя бы один-два вспомогательных витка, то в предлагаемой бубликообразной конструкции свободного места оказалось предостаточно.
В итоге он способен и на переменном/постоянном токе варить «пятеркой», и аккумуляторы заряжать, и металл плавить, питать безопасным напряжением электровыжигатели в кружках «Умелые руки», а также выполнять массу других дел. Впору даже вопрос ставить по-другому: а какую еще обмотку и для каких целей желает дополнительно иметь пользователь такого СТ?!
Действительно, за сердечником «сварочника», который имеет вид «бублика», называемого в математике и технике тором, большое будущее. Понимая это, но не имея в своем распоряжении специальных тороидальных магнитопроводов промышленного изготовления, предназначенных исключительно для трансформаторов, самодельщики вынуждены приспосабливать для своих СТ цилиндрические эрзацы от статоров старых электродвигателей мощностью 1-1,5 кВт. Для этого корпуса электромоторов обычно просто разбивают, уложенные в пазах обмотки за ненадобностью выбрасывают, выступы полюсов вырубают И все лишь для того, чтобы на получающиеся заготовки (скорее, напоминающие не бублики, а излишне тяжелые кособокие, бездонные бочки) наматывать толщу меди для достижения «суперцели» — варить сталь «пятеркой»!
Убежден: не надо корежить электродвигатели, даже если они пришли в негодность — рачительный хозяин всегда сможет и сгоревшие обмотки заново перемотать, и подизносившиеся подшипники заменить. Восстановленный двигатель способен еще на многое…
А для предлагаемого мной тороидального магнитопровода достаточно 5 — 6 кг лома трансформаторной стали. Более того, в качестве исходного материала здесь можно довольствоваться даже таким же количеством кровельного железа (отожженного).
Технология изготовления магнитопровода из такого сырья довольно проста (рис. 1). Весь лом плоской трансформаторной стали разрезается ножницами на полосы примерно одинаковой ширины.
Рис. 1. Формирование тороидального магннтопровода: 1 — основание формы; 2 — внешний цилиндр-опалубка («венчик» шестерни для запуска стартером автомобиля ГАЗ-53); 3 — внутренний цилиндр-опалубка (60-мм отрезок стальной трубы 100×6, слегка проточенный, обёрнутый двумя-тремя слоями бумаги); 4 — исходная масса (пластинки шириной 60-70 мм, нарезанные из лома от Ш- и П-образных пластин трансформаторной стали, покрытые быстросохнущим клеем типа конторского, гуммиарабиком или масляной краской и уложенные вперекрышку, с последующей забивкой пустот кровельными отходами)
Практика показывает, что чаще всего приходится иметь дело с прямоугольниками шириной 60-70 мм или чуть меньшими аналогами, нарезаемыми из П- и Ш-образных пластин. В дело идут и все «железотрансформаторные», а также кровельные отходы. После смазывания с обеих сторон каким-нибудь быстросохнущим клеем типа канцелярского («жидкое» стекло), гуммиарабика или даже дешевой масляной краской их плотно укладывают с небольшим перекрытием в опалубку (как при заливке полой бетонной колонны) из подручных материалов.
В авторской технологии внутренним цилиндром опалубки (рис.1) служит 60-мм отрезок стальной трубы 100×6 мм. Внутри его необходимо проточить слегка на конус и обернуть (чтобы впоследствии легче вынимать из «отлитого» магнитопровода) двумя-тремя слоями бумажной полосы. А в качестве внешнего используется съёмный «венчик» шестерни (внутренний диаметр порядка 250 мм) — от системы запуска стартером автомобиля ГАЗ-53.
Разумеется, можно применять для опалубки и другие подходящие заготовки, способные выдерживать механические напряжения, возникающие при «отливке» тороидального магнитопровода. А они — немалые, особенно когда во все щелевые отверстия приходится молотком забивать мелкие пластины (желательно, чтобы те соответствовали ширине набора).
Как только клей высохнет, тороидальный сердечник можно считать практически готовым. Правда, на него еще необходимо сделать односторонне закругленные полукольца-«полубублики» из изоляционного материала. Хотя бы из фанеры — для лучшей укладки будущих обмоток и исключения замыканий на острые ребра магнитопровода.
Этому же станет способствовать и предварительное обертывание тора двумя-тремя слоями киперной ленты, стеклоткани или тканевой полосы, пропитанной олифой.
Теперь об обмотках «сварочника». Наука утверждает, а практика со всей очевидностью доказывает, что трансформатор работает в наивыгоднейшем для него режиме, если в его обмотках через 1 мм2 поперечного сечения медного провода проходит ток, равный 5 А. При экстремальных условиях этот показатель может увеличиваться до 13 А, но при этом провода сильно нагреваются и перегорают.
Для сварки даже 3-мм электродом требуется ток не менее 80 А. Значит, и сечение жил медного кабеля или силовой (сварочной) шины должно ему соответствовать. Взятое с солидным запасом, оно для добротного самодельного сварочного трансформатора обычно находится в пределах от 25 до 35 мм2.
Отталкиваясь от уже упомянутых «минимальных сварочных» 80 А и учитывая широко практикуемое соотношение витков сетевой и силовой обмотки примерно 5:1, находим: ток сетевой обмотки должен быть не менее 16 А. Отсюда следует, что для монтажа сетевой обмотки надо брать медный провод сечением не менее 3,2 мм2. Однако наилучший, пожалуй, вариант — ПЭВ2 диаметром 2-2,5 мм.
Принято считать (и это подтверждается практикой), что при «литом» магнитопроводе, имеющем площадь сечения по трансформаторной стали, равную 40 см2, каждый виток обмотки будет соответствовать напряжению в 1 В. Учитывая возможную нестабильность электропитания, сетевую обмотку следует сделать с запасом.
Ориентир — 250 витков. При этом после 190-го желательно предусмотреть (не разрезая провода!) через каждые десять витков отводы. Конечно же, переключатель для них должен быть достаточно надёжным, с обеспечением хорошего электрического контакта во избежание больших потерь энергии и сильного нагрева во время работы СТ.
Вообще-то намотка сетевой обмотки — операция довольно трудная. Выполнять её приходится с помощью длинных деревянных челноков (рис. 2). Все делать аккуратно, не допуская перехлестывания витков, образования узелков и повреждения слоя изоляционного лака на проводе.
В противном случае можно ожидать появления межвитковых замыканий и перегрева трансформатора.
Рис. 2. Укладка витков сетевой обмотки «сварочника» (междуслойные изолирующие прокладки условно не показаны): 1 — тороидальный магнитопровод; 2 — односторонне закруглённое полукольц-«полубублик» из изоляционного материала (2 шт.); 3 — крепёжная изолирующая прокладка (2-3 слоя киперной ленты, стеклоткани или тканевой полосы, пропитанной олифой); 4 — провод сетевой обмотки (ПЭВ2, диаметром 2-2,5); 5 — деревянный челнок
Если расположить сердечник на двух опорах с мягким покрытием (подкладкой), исключающим повреждения изоляции провода при намотке СТ, то вся работа займет около двух часов. Закончить ее желательно «за один проход», чтобы обмотка не ослаблялась и получалась максимально плотной, с изолирующими прокладками между слоями.
После того, как сетевая будет намотана, неплохо проверить ее на холостом ходу. Если даже за продолжительное время работы магнитопровод с обмоткой станет лишь едва теплым, то все в порядке. Значительное нагревание — свидетельство того, что либо витков мало, либо имеет место межвитковое замыкание (а то и пробой обмотки на корпус!).
На двух-трёхслойную изоляцию сетевой обмотки должна быть уложена вторичная — сварочная, или силовая. А это — от 40 до 80 витков медной шины или многожильного кабеля. Последний предпочтительней по следующим причинам: из него можно сразу сделать сварочные рукава; существенно облегчается намотка; увеличивается срок службы сварочной обмотки с одновременным упрощением условий эксплуатации, что особенно важно при экспериментировании с таким СТ Кроме того, упрощается подсоединение выпрямителя и появляется возможность эффективного регулирования сварочного тока и напряжения путём выполнения элементарной операции — подмотки или отматывания витков кабеля.
Для самодельных не слишком мощных сварочных аппаратов желателен следующий график работы: минута — на сварку, две — на технологический перерыв для охлаждения СТ. Хороший результат дает применение небольших вентиляторов. Вероятно, еще большего можно достичь при использовании для охлаждения «сварочника» простейших теплоизлучающих радиаторов, а также минеральных масел, способных улучшить и изоляцию обмоток СТ.
Добротный сварочный трансформатор должен иметь крутопадающую характеристику. Добиться этого можно, разделив обмотку на две равные части. На одной стороне сердечника наматываются половина сетевой и половина силовой обмотки, а на другой — остальное (и чтобы впоследствии не путаться — в той же последовательности).
Нелишне, видимо, напомнить, что трансформатор — аппарат взаимообратимый: если к любой обмотке подключить переменное напряжение, на которое она рассчитана, то на других появляются те для которых они и предназначены. Кстати, аналогично поступают многие радиолюбители при определении обмоток в неизвестном трансформаторе.
Учитывая вышесказанное, совсем не обязательно сетевую (первичную) обмотку ТС наматывать первой, а уже поверх нее — сварочную (вторичную). Очередность намотки, как и их порядковые номера, лишь условие для более быстрой и привычной ориентации в принципиальной электрической схеме «сварочника». Поэтому если, скажем, надо намотать одну из обмоток достаточно жёсткой шиной, при укладывании которой придется прибегать к киянке, то, конечно же, такую «медь» удобнее располагать первой на сердечнике, дабы не повредить более податливые и уязвимые провода остальных обмоток.
И еще. Если на какую-то обмотку имеется достаточно провода, а для другой обмотки его очень мало, то сначала приступайте к той, где ваши возможности ограничены. Потому что при явной нехватке кабеля или шины на силовую (сварочную) обмотку, но при наличии мощных диодов- полупроводниковых вентилей становится выгодным отказаться от сварки на переменном токе в пользу постоянного (рис.
3). В этом случае напряжение от СТ, а следовательно, и число витков в сварочной обмотке достаточно иметь минимальные. Если шина — с поврежденной изоляцией, то рекомендуется ее сперва отжечь с охлаждением в воде (медь станет мягкой), заизолировать шеллаком и стеклотканью и лишь после этого приступать к наматыванию на магнитопровод.
Рис 3. Схемное решение сварочного выпрямителя с регулятором тока для самодельного мультисварочного трансформатора (R1 — спираль из нихромовой проволоки диаметром 3—5 мм с передвигаемым ножеобразным контактом)
Нередко у самодельщиков возникают затруднения с подключением силового кабеля к свариваемому изделию: то контакт плохой, то «прихватиться» не к чему. Помочь в таких ситуациях могут два варианта приспособлений (рис.4): магнитный контакт и зажим типа «крокодил». Обе самоделки предельно просты в изготовлении, быстро и удобно крепятся.
При отсутствии должного контакта достаточно их немного потереть о деталь.
Рис. 4. Варианты приспособлений для контакта «земля» — магнитный (а) и зажим типа «крокодил» (б): 1 — сварочный кабель; 2 — ручка; 3 — стальная накладка; 4 — кольцевой магнит-«прилипала»; 5- винт (количество и расположение — по месту установки); 6 — половина самодельной «зубастой челюсти» прищепки (из отрезка стальной трубы подходящего типоразмера, 2 шт.); 7 — стальная ось, расклёпанная с двух сторон; 8 — пружина.
Неплохо также оснастить сетевую обмотку СТ стандартным автоматом АП, рассчитанным не менее чем на 30 А, — с его помощью удобно отключать трансформатор в паузах между сваркой. Это значительно сэкономит электричество, создаст благоприятные условия для своевременного охлаждения аппарата, сделает работу более безопасной.
Ну а наличие мощного выпрямителя (рис.3) позволит, как уже отмечалось, использовать получившийся агрегат при зарядке аккумуляторов или организации многопостового питания, например, низковольтных паяльников и электровыжигателей в школьных кружках «Умелые руки». Более того, такой агрегат поистине незаменим, например, при производстве гальванических работ на дому или запуске автомобиля в холодных условиях.
Очень интересным и перспективным является оснащение СТ дополнительной обмоткой, содержащей всего лишь один полный виток из отожжённой медной шины 5×50 мм или толстого многожильного медного кабеля диаметром около 20 мм (с концевиками из отрезков толстостенной медной трубы). Как показала практика, с помощью такой обмотки можно выполнять горячую свободную ковку, закалку и воронение, пайку и наплавку; гибку металлической полосы, трубы, толстого стального прута, «кругляка», хрупкой проволоки; литьё олова, цинка, свинца; отвинчивание «прикипевших» болтов, шпилек и гаек; точечную сварку, горячую посадку и ряд других операций.
Как же производить плавную регулировку тока? Да хотя бы упоминавшимся выше способом — корректировкой силовой (кабельной) обмотки. При сматывании части её с магнитопровода уменьшается напряжение с одновременным увеличением тока от СТ, зато ухудшаются, в частности, условия зажигания дуги.
И наоборот: домотка кабеля приводит к возрастанию трансформируемого напряжения с одновременным снижением силы тока, отдаваемого в нагрузку. Электродуга при этом лучше зажигается.
Или другой вариант, когда сварочный кабель подключают к изделию не напрямую, а через несколько витков провода с высоким сопротивлением (например, нихромовым). Сколько резистентных витков — столько и ступеней регулировки сварочного тока. Дуга зажигается во всех случаях почти одинаково.
Регулировку тока СТ можно осуществить с помощью комбинированной задвижки, выполненной из трансформаторной стали и цветного металла. В этом случае на магнитопроводе выполняется поперечный пропил.
Сантехники, автомобилисты, ремонтники и просто любители мастерить все своими руками, этот «сварочник» со столь универсальными свойствами — для вас.
Р.КРАВЦОВ, г. Ейск, Краснодарский край. Моделист-конструктор 2004 №2.
Можно ли самостоятельно изготовить тороидальный сердечник
Геометрически правильный тороидальный сердечник не так прост для самостоятельного воспроизведения, особенно начинающими изобретателями. Во-первых, надо иметь в распоряжении специальную пермаллоевую ленту, еще ее называют иногда трансформаторная сталь. Во-вторых, ознакомиться с правилами формирования тора прямоугольного сечения. Действия привычные – надо сворачивать материал в рулон. Действия последовательные и аккуратные, при необходимости возвращайтесь на шаг назад.
Подспорьем в деле может стать специальный деревянный челнок с техническими полукруглыми вырезами, особенно если нужно посчитать, сколько нужно материала для обмотки. Проволока на обмотку всегда берется с припуском. Рекомендуемый запас – 20-30 %.
Таким образом, становится понятно, что тороидальный трансформатор может дать фору другим существующим силовым элементам. И все потому, что он прост, надежен и функционален. Имеющийся сердечник создан в выгодной форме, с которой легко работать не только на этапе изготовления изделия, но и при монтаже, эксплуатации и ремонте. Самостоятельно изготовить такой трансформатор возможно, но для этого понадобится усидчивость, знание, устремление создать продукт, желание совершать расчеты и искать альтернативы.
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.
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.
