Как намотать кольцевой импульсный трансформатор. Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания? Особенности намотки импульсных трансформаторов

После ряда статьей про электрошоковые устройства я заметил, что у начинающих радиолюбителей возникает много вопросов связанные с намоткой катушек и трансформаторов, и вот решил об этом подробно написать.

Для начала нужно поискать старый блок питания, самый лучший вариант БП от компьютера, в нем как раз есть трансформаторы нужной величины. Итак, выпаиваем для начала трансформатор, снимаем сердечник (если трудно снимается, желательно подогреть феррит зажигалкой), после чего с каркаса нужно снять все заводские обмотки.

Далее, берем провод с диаметром от 0.3 до 0.8 мм и аккуратно мотаем на голом каркасе первичную обмотку. Обмотка содержит 12 витков с отводом от середины. Как это делают: Сначала аккуратно мотаем 6 витков, затем провод скручиваем и делаем отвод, потом мотаем еще 6. Старайтесь все витки мотать в одном ряду, виток к витку!

После намотки первичной обмотки, ее нужно изолировать. Изоляцию лично я делаю при помощи прозрачного скотча, хотя можно использовать тонкую изоляционную ленту или конденсаторную бумагу. В общей сложности на первичку ставим 5-6 слоев изоляции.
Вторичная обмотка намотана в том же направлении, что и первичная (это очень важно). Содержит обмотка от 400 до 600 витков, если мотать больше, то возрастает опасность пробоя. Обмотку мотаем по слоям, в каждом слою 50 - 70 витков, после завершении намотки первого слоя делаем изоляцию скотчем и мотаем второй слой.

Провод для намотки желательно использовать с диаметром 0.07 – 0.2 мм (в зависимости от габаритных размеров трансформатора). Готовый трансформатор в заливке не нуждается и работает безотказно. На выходе образуется "жгучая" дуга с длиной до 1.5 см.

Процесс намотки трансформатора испытал на себе наверное каждый радиолюбитель, а небольшие радиолюбительские технологии и хитрости помогут вам справится с этой задачей.

Устройство дает возможность наматывать трансформаторные или дроссельные обмотки на круглых каркасах с внутренним диаметром 10 мм и на каркасах прямоугольного или квадратного сечения размером от 10х10 мм. Максимальная длина намотки при этом составляет 180 -200 мм. Намотку провода можно совершать вручную при диаметре до 3,2 мм, в режиме «полуавтомат» проводом диаметром от 0,31 до 2,0 мм. «Полуавтоматический» режим осуществляет намотку и укладку слоя синхронно с намоткой, с дальнейшей ручной укладкой изоляции и сменой направления укладки. Для работы с проводом различных диаметров имеется набор сменных шкивов, позволяющих задать 27 шагов намотки в интервале от 0,31 до 1,0 мм или 54 шага в пределах 0,31 – 3,2 мм. Станок с легкостью размещается на типовой табуретке и не использует дополнительных элементов крепления.

Принцип работы. Вал, на котором размещен трансформаторный каркас, кинематически сцеплен с валом, по которому передвигается укладчик провода. Он имеет втулку, внутри которой резьба. В случае вращения вала втулка движет за собой направляющее приспособление для провода. Скорость движения вала задается размерами шкивов, на верхнем и нижнем валах, а скорость движения втулки еще и шагом резьбы укладчика вала. Набор из трех тройных шкивов дает возможность составить до 54 вероятных комбинаций шага укладки. Направление укладки реверсируется перестановкой пассика. Вращение вала с каркасом можно осуществлять как вручную так и приладить шуроповерт в роли привода.

Станина устройства изготовлено из стальных листов. Основание взято толщиной 15 мм, боковины – 6 мм. Выбор обусловлен устойчивостью намоточного станка. Перед процессом сварки боковины станины следует сложить вместе и выполнить сверление отверстий сразу в двух боковинах. После этого станины монтируют на основание и приваривают к нему. В верхние и средние отверстия вставляются втулки, в нижние отверстия – подшипники, позаимствованные из старого пяти дюймового дисковода и с внешней стороны фиксируются специальными крышками.

Верхний и средний вал, на котором размещен каркас катушки, сделан из металлического прута диаметром 12 мм. В данной конструкции все валы сделаны из подходящих валов от старых и морально устаревших матричных принтеров, они выполнены из хорошей стали, закалены, хромированы и отшлифованы. Выбор диаметра самого нижнего (подающего) вала – обусловлен необходимостью в шаге резьбы минимум 1 мм. Рекомендуется изготовить этот вал тем же диаметром.

Втулка укладчика D=20 мм и такой-же длиной, с внутренней резьбой как и на нижнем валу М12х1,0 (в оригинале - М10х1,0).

Шкивы сделаны тройными их диаметры выбраны так, чтобы максимально возможно перекрыть необходимый интервал различных сечений провода. Они выточены на токарном станке из стали, их комбинация позволяет использовать 54 различных шага намотки в радиолюбительской практике. Ширина канавки для пассика задается исходя из уже имеющихся пассиков, в моем примере 6 мм. Учтите: общая толщина шкивов должна быть не выше 20 мм. Если она более – нужно увеличить длину левых хвостовиков валов (диаметр 8 мм, длина 50 мм). Кроме того можно сделать и одинарные шкивы соответствующих размеров.

Приблизительная таблица шагов

В строках указаны диаметры ведущих шкивов, в колонках – диаметры ведомых шкивов. В ячейках таблицы – шпаг намотки провода.

Укладчик провода для намотки трансформатора . Сделан из трех пластин соединенных винтами М4. С диаметром отверстий 20 мм. Отверстие в верхней части 6 мм предназначена для регулировочного винта натяжения. Внутренняя пластина выполнена из стали, в нижнее отверстие вварена стальная втулка D = l=20 ммс внутренней резьбой 12х1,0. В верхнее отверстие вбита втулка из фторопласта с внешним диаметром 20мм и внутренним диаметром 12,5 мм, Длина втулки также 20 мм. Пластины стянуты двумя винтами М4, на рисунке отверстия для них не помечены. В паз между внешними пластинами вклеен желоб из кожи толщиной от 1,8 до 2 мм, он используется для выпрямления и натяжения провода. Для регулировки натяжения в верхней части имеется винт или министрубцина, стягивающая верхнюю часть внешних пластин в зависимости от диаметра провода и нужного натяжения. В тыловой части станины монтируется откидной кронштейн под катушку с проводом, очень удобный девайс.

В роли привода для намотки трансформатора используем шестеренку большого диаметра с рукояткой. На правой боковине станины монтируется узел фиксации и вспомогательный привод, из вала с шестерёнкой, закрепленный на отдельном кронштейне с цанговым зажимом. Выступающую ось можно при желании закрепить в патроне шуруповерта. Цанговый зажим дает возможность хорошо зафиксировать вал с наматываемой катушкой, если требуется прерваться в процессе намотки.

Счётчик витков работает по следующей схеме: На шестерне верхнего вала имеется магнит, а на правой боковине – , выводы которого подклечены к контактам кнопки «=» любого калькулятора (На нем предварительно нажимают 1 + 1). Катушка с проводом размещена на отдельном валу. Вал закреплен на двух рычагах, которые можно поднять немного вверх, тогда они смогут сложиться внутрь станка для намотки трансформаторов.

Если мотать трансформаторы очень часто, то можно собрать приладу на подобию, той которая показана выше, а если раз в год, то лучше использовать следующие секреты.

Намотать прокладку на кольцевой сердечник малых размеров импульсных трансформаторов процесс достаточно сложный и утомительный, а мотать провод на голый сердечник неудобно. Изоляция медного провода может повредиться об острые грани кольца магнитопровода. Чтобы исключить возможное повреждение изоляции, необходимо очистить острые кромки магнитопровода. При помощи обычной наждачной бумаги скругляем наружные и внутренние острые грани.

Чтобы исключить пробой между обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку из лакоткани, стеклолакоткани, киперной ленты и т.п. Если ничего этого нет, можно взять фторопластовую ленту, известную как ФУМ, которая широко используется в сантехнике. Работать с ней одно удовольствие, но фторопласты имеют холодную текучесть, а давление провода в области острых краёв кольца может быть достаточно велико. Поэтому рекомендуется проложить по краю кольца полоску из электрокартона или самой обычной бумаги.

При намотке на маленькие кольца очень удобно использовать монтажный крючок, который легко изготовить из куска стальной проволоки или сломанной велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту так, чтобы каждый виток перехлёстывал предыдущий с наружной части кольца. Т.о, изоляция снаружи кольца будет двухслойной, а внутри – четырёх или даже пятислойной.

Для намотки первичной обмотки импульсного трансформатора можно использовать челнок. Его достаточно просто изготовить из двух отрезков медной проволоки. В соответствии с рисунком.

Если для обмотки используется провод диаметром меньше, чем 0,1мм, то классическая зачистка изоляции с помощью скальпеля не желательна. Изоляцию легко удалить с помощью паяльника и таблетки аспирина.

Если для обмотки применяется провод диаметром меньше 0,5мм, то выводы лучше сделать из многожильного провода, для этого припаиваем к началу первичной обмотки кусочек многожильного изолированного провода. Изолируем место пайки бумагой толщиной 0,05… 0,1мм. Наматываем начало обмотки так, чтобы место соединения было хорошо зафиксировано. Ту же операцию проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз фиксируем место монтажными нитками, а концы нити закрепляем каплей канифоли или клея.

Если используется провод толще более 0,5мм, то выводы можно изготовить из этого же провода, а на концы натянуть кусочки полихлорвиниловой трубки или термокембрика. Затем выводы вместе фиксируем монтажной нитью. Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или ФУМ ленты.

Если под рукой нет нужного для намотки трансформатора провода, то можно использовать несколько проводов, соединенных параллельно.

Намотать трансформатор своими руками – процесс не столько сложный, сколько длительный, требующий постоянной концентрации внимания.

Тем, кто приступает к такой работе в первый раз, бывает трудно разобраться, какой материал использовать и как проверить готовый прибор. Пошаговая инструкция, представленная ниже, даст новичкам ответы на все вопросы.

Прежде чем приступить непосредственно к намотке, необходимо запастись всеми необходимыми для выполнения работы приспособлениями и инструментами:

Виды и способы, направления намотки обмоток трансформатора представлены на фото:

Изоляция слоев обмотки

В некоторых случаях между проводами требуется вставить прокладки для изоляции. Чаще всего для этого используют конденсаторную или кабельную бумагу.

Середину соседних трансформаторных обмоток следует изолировать сильнее. Для изоляции и выравнивания поверхности под следующий слой обмотки потребуется специальная лакоткань , которую нужно обернуть с обеих сторон бумагой. Если лакоткани не найдется, то решить проблему можно с помощью все той же бумаги, сложенной в несколько слоев.

Бумажные полосы для изоляции должны быть шире обмотки на 2-4 мм.

Для проверки , прежде всего надо определить выводы всех его обмоток. Полезные советы о том, как проверить трансформатор мультиметром на работоспособность, читайте в следующей статье.

Алгоритм действий

1. Провод с катушкой закрепить в устройстве намотке , а каркас трансформатора – в устройстве намотки. Вращения делать мягкие, умеренные, без срывов.
2. Провод с катушки опустить на каркас.
3. Между столом и проводом оставить минимум 20 см , чтобы можно было расположить на столе руку и фиксировать провод. Также на столе должны находиться все сопутствующие материалы: наждачная бумага, ножницы, бумага для изоляции, включенный паяльный инструмент, карандаш или ручка.
4. Одной рукой плавно вращать намоточное устройство, а второй – фиксировать провод. Необходимо, чтобы провод ложился ровно, виток к витку.
5. Трансформаторный каркас заизолировать , а выведенный конец провода продеть сквозь каркасное отверстие и ненадолго зафиксировать на оси намоточного устройства.
6. Намотку следует начинать без спешки: необходимо «набить руку», чтобы получалось укладывать обороты друг рядом с другом.
7. Нужно следить, чтобы угол провода и натяжение были постоянными. Мотать каждый последующий слой «до упора» не следует, т. к. провода могу соскользнуть и провалиться в каркасные «щечки».
8. Счетное устройство (если есть) установить на ноль либо внимательно считать витки устно.
9. Изолирующий материал склеить или прижать мягким кольцом из резины.
10. Каждый последующий оборот на 1-2 витка делать тоньше предыдущего.

О намотке катушек трансформатора своими руками смотрите в видео-ролике:

Соединение проводов

Если в ходе наматывания произойдет разрыв, то:

• тонкие провода (тоньше 0,1 мм) скрутить и заварить;
• концы проводов средней толщины (менее 0,3 мм) следует освободить от изоляционного материала на 1-1.5 см, скрутить и спаять;
• концы толстых проводов (толще 0,3 мм) нужно немного зачистить и спаять без скрутки;
• место спайки (сварки) заизолировать.

Важные моменты

Если для намотки используется тонкий провод, то количество витков должно превышать несколько тысяч . Сверху обмотку необходимо защитить бумагой для изоляции или дерматином.

Если трансформатор обмотан толстым проводом, то наружная защита не требуется.

Испытание

После того, как с намоткой будет закончено, необходимо испытать трансформатор в действии , для этого следует подключить к сети его первичную обмотку.

Чтобы проверить прибор на возникновение коротких замыканий, следует последовательно подключить к источнику питания первичную обмотку и лампу.

Степень надежности изоляции проверяется посредством поочередного касания выведенным концом провода каждого выведенного конца сетевой обмотки.

Проводить испытание трансформатора следует очень внимательно и осторожно, дабы не попасть под напряжение повышающей обмотки.

Если неукоснительно следовать предложенной инструкции и не пренебрегать ни одним из пунктов , то намотка трансформатора вручную не будет представлять никаких сложностей, и справиться с ней сможет даже новичок.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

Речь пойдёт о «ленивой намотке». Это когда лень считать витки. https://сайт/

Самые интересные ролики на Youtube

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://сайт/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).

Индукция.

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита
	6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
	200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в .

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален "Используемой мощности трансформатора".

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

Что для этого нужно?

Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.

Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.

1 – кольцевой сердечник.

2 - прокладка.

3 – витки обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.

По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.

Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.

w = π(D – 10S – 4d) / d , где:

w – число витков первичной обмотки,

π – 3,1416,

D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S – толщина изолирующей прокладки,

d – диаметр провода с изоляцией,

/ – дробная черта.

Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано .

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке:

Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.

● Мощность – 50 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,35мм.

w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).

Реально поместилось – 114 витков.

● Мощность – 20 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,23мм.

w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).

Реально поместилось – 176 витков.

● Мощность – 200 Ватт.

Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.

Провод – Ø1,0мм.

w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).

Реально поместилось 58 витков.

В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.

То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.

Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

34 (мм) * 120 (витков) * 1,1 (раз) = 4488 (мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать , то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.

На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.

И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался - как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство - импульсный трансформатор . Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности - они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП ).
После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» - это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.

Рисунок 1 - Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

Великая битва или какой материал выбрать?

Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника» . Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали - альсифер или как его еще называют синдаст.

Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?

Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким , то есть легко намагничиваться и размагничиваться:

Рисунок 2 - Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл

2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность.

Насыщение

Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.
В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко

4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности.

Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.

Феррит - является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко ) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше…
Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 о С и это у самый простых и дешевых марок.

Рисунок 3 - Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах

И наконец-то самый главный пункт - на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все - индукция насыщения . Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях - этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

Несколько слов об альсифере и чем он отличается

1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 о С - подходит? Еще лучше чем феррит!
2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно - это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.
3) индукция насыщения до 1,2 Тл! , в 4 раза больше чем у феррита! - главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно - определенно плюс.

Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.

Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.
Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».

Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу

Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора

Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент - зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста , а он относится к - прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.
Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.
Если в кратце - зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост» , там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:

А)
Рисунок 4 - Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)

Б)
Рисукок 5 - Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа

Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все!
Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.

Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51 . Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо - в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа - ExcellentIT 8.1 .

Привожу пример расчета на 2 кВт:


Рисунок 6 - Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий

Как производить расчет:

1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию:
а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов
б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше - мы будет слышать работу транса и свист, если выше , то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц
в) коэф. заполнения окна - важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут
г) плотность тока - этот параметр может быть до 10 А/мм 2 . Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм 2 - в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм 2 - можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать - снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.

2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В - это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект

Скин-эффект

Скин-эффект - эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»

3) Выделено зеленым. Тут все просто - топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.

4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.

5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните - не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки.
Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.

Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0 . Расчет для нашего трансформатора приведу:


Рисунок 7 - Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя

В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.

Стадии изготовления

Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.
Главное правило намотки импульсного трансформатора - все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!

Стадия 1:

Рисунок 8 - Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки

Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.

Стадия 2:

Рисунок 9 - Изолируем вторичную обмотку

Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.

Стадия 3:

Рисунок 10 - Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас
Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!

Стадия 4:

Рисунок 11 - Выводим хвост первичной обмотки

Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.

Стадия 5:


Рисунок 12 - Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена
Стадия 6:

Рисунок 13 - Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке

Киперная лента

Киперная лента - хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога - миткалевой ленты - из-за использования более толстых нитей.
Спасибо википедии.

Стадия 7:

Рисунок 14 - Так выглядит законченный вариант трансформатора

Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант - пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.

Намотка дросселя

Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.

Стадия 1:


Рисунок 15 - Обматываем кольцо фторопластовой лентой

Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!

Стадия 2:

Рисунок 16 - Наматываем нужное количество витков и изолируем

В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.
ИИП Добавить метки