Трансформатор тока своими руками: Трансформатор своими руками: инструкция + фото — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Трансформатор своими руками: инструкция + фото

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u₁; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u₂, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем. При протекании переменного тока i₁ в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф₁), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i₂. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i₁ от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной Ф₁ и вторичной Ф₂ обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

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.

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.

Как изготовить самостоятельно

Понижающий трансформатор можно выполнить как отдельное устройство либо расположить в блоке питания техники. По сути, это радиоэлектронный элемент и его под силу смастерить своими руками.

Сначала стоит подготовить инструменты и материал, произвести предварительный расчет. Для работы потребуется:

ленточная изоляция высокого качества;
сердечник, снятый со старого телевизора;
провода с эмалевой изоляцией;
простой станок для намотки, например, из доски (ширина – 10 см, длина – 40 см).

Пошаговые действия:

Изготовить каркас, вырезав из картона внутреннюю часть, немного большую в отличие от стержня сердечника. Если используется сердечник в виде буквы “О”, то потребуется 2 катушки. При сердечнике буквой “Ш” хватит одной катушки.
На круглый сердечник предварительно намотать изоляцию в 3 слоя после первичной обмотки.
Накрутить второй слой с и выведением наружу концов обмотки. Вторичная, равно как и первичная обмотка, прокладываются в идентичном направлении. Главное, не забывать выводить провода.
Вставить железные полоски в готовую катушку, обогнуть ими каркас с одной стороны, соединить внизу. Оставить между каркасом и сердечником воздушный зазор.
Сделать основание для трансформатора. На дощечку (толщина 5 см) прикрепить металлическими скобами 2 бруска (50х50 см) на расстоянии в 30 см друг от друга. Согнуть скобы так, чтобы огибали нижнюю часть сердечника.
Вывести на каркас концы обмоток, прикрепить к контактам.

На каждый Вольт должно прийтись по 10 витков. Рассчитать их нужное количество несложно. Сердечник можно вынуть из ненужного трансформатора любого типа или изготовить из жести. Подойдет консервная банка, из которой вырезается 80 полосок в длину 30 см, ширину – 2 см от. Отжигаются полоски их в печи, остужаются, очищаются от окалины и покрываются лаком. Можно с одной стороны оклеить тонкой бумагой.

Заметка! Все разметки и линии нельзя делать графитом.

Расчет конструкции производится по формуле P = U * I,. Из нее исчисляется мощность, которая выдержит вторичную обмотку.

Как организуется внеочередная проверка знаний?

Организует внеочередную проверку знаний:

служба ОТ;
непосредственный руководитель работ;
инспектор ГИТ или другой проверяющий;
специализированный центр по договору с компанией, сотрудники которой будут экзаменоваться. Нужно учитывать, что в центре можно проверять знания только тех сотрудников, которые там обучались. Например, по Положению 1/29 нельзя провести обучение силами предприятия, а на проверку знаний придти в специализированный центр.

Обучение по охране труда в специализированном центре имеет преимущество – в их комиссии по проверке знаний включаются представители надзорных органов. Поэтому к таким проверкам все готовятся особенно тщательно. Во время проверки состояния безопасности на предприятии удостоверение с подписью инспектора – дополнительный «+». В собственные комиссии предприятий их можно не включать – здесь достаточно руководителей и главных специалистов подразделений, специалистов по ОТ, представителей трудящихся. Минимальная численность комиссии – 3 человека. Включая должностных лиц в комиссию, нужно понимать сферу их деятельности и ответственности. Соответственно комплектуются группы. Например, включать в одну группу обучающихся грузчиков и электрослесарей нецелесообразно.

Перед экзаменом трудящимся можно и нужно раздавать билеты, списки контрольных вопросов, чтобы они могли лучше подготовиться к экзамену и не тратить время на изучение ненужного материала. А вот ответы на билеты раздавать нельзя. Эту информацию трудящиеся должны получить во время обучения. Можно проводить пробные проверки знаний, если есть время. Главная ценность такой подготовки – возможность проработать ошибочные ответы, детально разъяснить неправильно понятые положения

Нужно обращать внимание, чтобы трудящиеся не только знали требования правил, инструкций и норм, но и четко понимали, как реализовать их на практике. В этом помогает моделирование ситуаций в аудитории или при помощи автоматизированных обучающих комплексов

Как будет проводиться проверка, какой материал будет проверяться, решает ее инициатор. Поэтому, когда во внеплановую проверку вовлекается большое количество трудящихся, а срок плановой проверки знаний уже близок, можно совместить 2 вида обучения. При этом все вопросы можно проверить в рамках 1 экзамена с заполнением соответствующей документации. Называть мероприятие лучше плановой проверкой, потому что проведение внеплановой проверки ее не отменяет. Чтобы отметить расширенный формат мероприятия, можно назвать его, например «расширенной плановой проверкой знаний».

Материал, по которому проводилась внеплановая проверка знаний, включается в программы последующих обучений и инструктажей. Соответственно, устаревшие нормы из них убираются. Внесенные изменения утверждаются приказом или распоряжением.

Поскольку оперативно корректировать периодичность проверки знаний по охране труда в крупных организациях – дело не одного дня, при вводе новых нормативных документов государство дает специалистам по обучению время на адаптацию учебных программ. Например, документ утверждается и выкладывается в общий доступ в январе, а вступает в силу только в июле. За это время можно успеть организовать обучение трудящихся и избежать нарушений. Возможен другой путь, как это было сделано в ФЗ о спецоценке условий труда – документ был утвержден и сразу же введен в действие, но чтобы перестроиться под требования его положений, компаниям был дан определенный срок.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств. Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения. Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление

К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

S — сечение провода;
l — его длина;
ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Выбор инструментов

Чтобы сделать намотку для трансформатора максимально правильно, следует приобрести нужные для работы приспособления:

Часто для подобных целей применяют колодку из натурального массива, в которой делают отверстие для необходимой оси, а также подгоняют под требуемые каркасные размеры. Легче сделать всё это посредством дрели.

Её следует укрепить таким образом, чтобы размещение было параллельно настольной поверхности, в патрон вставляется непосредственно прут, на который заблаговременно нужно надеть колодку с трансформаторным каркасом. Желательно выбрать прут, который имеет резьбу. В данном варианте колодка просто фиксируется посредством гаек.

Также к элементу, без которого невозможно составить схему для собственноручного создания трансформатора, считается приспособление для размотки. Как правило, подобного типа устройства функционируют, как и приспособления для размотки, разница состоит в том, что в этом варианте можно не использовать ручку вращения.

Чтобы определиться с количеством требуемых витков, потребуется специальный прибор, к примеру, водяной счётчик. Для бесперебойной работы прибора необходимо соединить его со станком наматывающего типа посредством гибкого валика. При отсутствии данного приспособления можно подсчитать витки в уме.

Принцип функционирования

Провод, а также катушку необходимо закрепить в приборе намотке, при этом основу прибора – в приспособлении намотки. Следует проводить спокойные без срывов движения. Опустить провод на каркасную часть.

Между поверхностью, а также проводом должно оставаться 20 сантиметров, чтобы разместить руку на столе для удержания провода. Помимо этого на настольной поверхности должны располагаться дополнительные материалы, без которых невозможно создать собственными руками повышающий трансформатор.

Правой рукой нужно умеренно вращать устройство для намотки, а другой – держать провод

Важно ровная укладка провода. Далее нужно провести изоляцию каркаса, при этом имеющийся на проводе конец следует продеть через отверстие, чтобы быть зафиксированным в области оси прибора намотки.

Начало намотки следует проводить не спеша, максимально аккуратно: важно уметь навыки, чтобы обороты ложились максимально ровно.

Установить счётный прибор на ноль. Склеить изолирующий элемент, либо плотно прижать резиновым кольцом

Все обороты важно делать на пару витков уже в сравнении с предыдущими.

Конструкция и схема трансформатора тока

Обычно трансформаторы тока и амперметры используются вместе как согласованная пара, в которой конструкция трансформатора тока такова, чтобы обеспечить максимальный вторичный ток, соответствующий полномасштабному отклонению амперметра. В большинстве трансформаторов тока существует приблизительное соотношение обратных витков между двумя токами в первичной и вторичной обмотках. Вот почему калибровка трансформатора тока обычно для определенного типа амперметра.

Большинство трансформаторов тока имеют стандартную вторичную номинальную мощность 5 А, при этом первичные и вторичные токи выражаются в таком соотношении, как 100/5. Это означает, что ток первичной обмотки в 20 раз больше, чем ток вторичной обмотки, поэтому, когда в первичном проводнике протекает 100 ампер, во вторичной обмотке будет протекать 5 ампер. Трансформатор тока, скажем, 500/5, будет производить 5 А во вторичной обмотке при 500 А в первичной обмотке, что в 100 раз больше.

Увеличивая количество вторичных обмоток Ns, ток вторичной обмотки можно сделать намного меньшим, чем ток в измеряемой первичной цепи, потому что, когда Ns увеличивается, Is уменьшается пропорционально. Другими словами, число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Трансформатор тока, как и любой другой трансформатор, должен удовлетворять уравнению ампер-виток, и мы знаем из нашего учебника по трансформаторам напряжения с двойной обмоткой, что это отношение витков равно:

из которого мы получаем:

Коэффициент тока устанавливает коэффициент витков, и, поскольку первичный обычно состоит из одного или двух витков, тогда как вторичный может иметь несколько сотен витков, соотношение между первичным и вторичным может быть довольно большим. Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100А. Вторичная обмотка имеет стандартный рейтинг 5А. Тогда соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100А-5А или 20: 1. Другими словами, первичный ток в 20 раз больше вторичного тока.

Однако следует отметить, что трансформатор тока с номиналом 100/5 не совпадает с трансформатором с номиналом 20/1 или подразделениями 100/5. Это связано с тем, что отношение 100/5 выражает «номинальный ток на входе / выходе», а не фактическое соотношение первичных и вторичных токов. Также обратите внимание, что число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально. Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения

Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения.

Так, например, трансформатор тока с отношением, скажем, 300 / 5А можно преобразовать в другой из 150 / 5А или даже 100 / 5А, пропустив основной первичный проводник через его внутреннее окно два или три раза, как показано ниже. Это позволяет более высокому значению трансформатора тока обеспечивать максимальный выходной ток для амперметра, когда используется на меньших первичных линиях тока.

Ссылки по теме

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
/ Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
Библия электрика
/ Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10
/ Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
/ Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
/ Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
/ Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
/ Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36

Монтаж составных частей, требующих разгерметизации бака трансформатора

После выполнения подготовительных работ трансформатор подается по рельсовому пути либо в мастерскую ТМХ, либо в машзал на фундамент или монтажную крестовину.
Монтаж составных частей силового трансформатора ведут без ревизии активной части и подъема «колокола», если не было нарушений условий транспортировки, выгрузки с повреждениями внутри бака трансформатора и хранения их.
Разгерметизацию силового трансформатора для установки составных частей (вводов, цилиндров, ТТ) следует производить в ясную сухую погоду. До этого следует подготовить рабочее место: установить подмости, стеллажи, ограждения. При разгерметизации принимаются меры к предохранению изоляции от увлажнения в процессе монтажа.
Очень эффективным устройством, значительно замедляющим процесс увлажнения изоляции при разгерметизации, является установка осушки воздуха «Суховей». Установка «Суховей» служит для глубокой осушки и очистки от механических примесей воздуха, используемого для подачи в бак трансформатора при его вскрытии, и производстве ревизии активной части. Опыт применения такой установки показывает, что воздух, прошедший через установку «Суховей», во много раз меньше увлажняет твердую изоляцию активной части трансформатора

Время разгерметизации в этом случае может быть значительно увеличено, но при этом не должно превышать 100 ч, а допустимое время разгерметизации больших люков под трансформаторы тока и вводы – 3 ч на каждый.
Работы во время разгерметизации силового трансформатора следует вести по разработанному часовому графику и выполнять с большой осторожностью и аккуратностью во избежание загрязнения внутреннего объема бака и падения внутрь инструментов и посторонних предметов. Монтаж составных частей силового трансформатора производят в следующем порядке

Удаляют из бака бакелитовые цилиндры вводов и крепеж к ним. Снимают транспортные детали и детали крепления отводов Проводят внешний осмотр креплений активной части и состояния механизма и контактов устройства РПН. Устанавливают патрубки вводов, встроенные ТТ. При установке вводов 110 кВ силовых трансформаторов мощностью до 100 МВА масло сливать не требуется.
Для установки ввод следует застропить, поднять, произвести центровку над патрубком, опустить, закрепить его и присоединить токоведущий стержень к отводу обмотки

При монтаже герметичных вводов перед установкой необходимо проверить и отрегулировать давление масла во вводе, обратить особое внимание на правильное размещение и установку соединительных трубок, а также контрольных манометров.
При монтаже наклонных вводов строповка, подъем и установка вводов выполняются с помощью специальной траверсы, полиспаста или талрепов.
После окончания монтажа внутренних частей остатки трансформаторного масла сливают (у трансформаторов, транспортируемых без масла) через донную пробку и герметизируют бак для последующего вакуумирования и заливки или доливки масла в трансформатор

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Сборка повышающего трансформатора

Разбирают сердечник. Так как использован О-образный его тип из трансформаторного железа от телевизора, то это легко сделать, так как он состоит из двух половин. Надевают на «рога» обе катушки и соединяют обе части аппарата, зажимают крепежные детали.

Схема устройства однофазного трансформатора.

При использовании отдельных пластин для сборки вначале по мощности трансформатора определяют толщину его пакета и, соответственно, нужное число Ш-образных или О-образных листов (по справочнику). Затем их поочередно вставляют в отверстие на гильзе катушки и стягивают шпильками и гайками (в пластинах есть для этого специальные отверстия).

Если при включении трансформатора слышен шум или дребезг, то надо поплотнее закрутить крепеж. Это делают до тех пор, пока «жужжание» не прекратится. Производят испытание: включают трансформатор в сеть вторичной обмоткой – на первичной стороне должно появиться напряжение 12 В.

Если это условие выполнено, то трансформатор собран правильно.

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:

P2=U2*I2

Где:

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=√Р1

Где:

S в сантиметрах;
Р1 в ватт.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

w’=50/S

Где:

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:

w1=w’*U1

w2=w’*U2

w3=w’*U3

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:

I1=P1/U1

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

d = 0.8*√I

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:

s= w*d²*0.8

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.

Оцените статью:

Токовый трансформатор своими руками

Иногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока.

Что это такое?

Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный!

Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод.

ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.

Основные соотношения

Проделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:

Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:

Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:

К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке ( да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.

Применения

Раз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.

Запаздывание по фазе

Для автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала.

Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов

Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е.

Для предыдущего примера с трансформатором Тесла, возьмем сердечник R25.3 из материала N87 фирмы Epcos. В качестве паразитной емкости, возьмем 1нФ. Не спрашивайте, откуда такая емкость. Мне она кажется значительно большей, чем может возникнуть в любой реальной ситуации. Модель выглядит так:

Результаты симуляции при к. связи = 1

Как видно, отличаются только амплитуды. Сигнала. Никакого запаздывания нет в обоих случаях. Такое поведение сохраняется вплоть до очень высоких частот и до очень маленьких коэффициентов связи. Таким образом, можно сделать вывод, что фаза сигнала практически не зависит от паразитных параметров.

Каскадирование токовых трансформаторов

Люди всегда были ленивыми. Некоторым лениво встать из-за компа, а некоторым – мотать тысячи витков в ТТ. Поэтому придумали соединять трансформаторы последовательно. Решение спорное, и поэтому попробуем его проанализировать при помощи того-же симулятора. Включим последовательно два трансформатора на том-же сердечнике с обмоткой по 33 витка на каждом. Замечу, что паразитная емкость в каждом из трансформаторов сильно уменьшилась, что не удивительно.

Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.

Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно.

Прямоугольный выходной сигнал

Часто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:

Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы.

Далее идет диодная “вилка” которая защищает вход последующей микросхемы от пробоя отрицательным напряжением.

Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.

Конструкция

Заметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях.

Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч.

Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о GDT.

Чем больше проницаемость сердечника, тем больше к. связи и точнее показания, однако больше становится и паразитная индуктивность, добавляемая в измеряемые цепи. Это часто нежелательно. На практике, в качестве сердечника для ТТ может использоваться практически любой феррит, работающий на необходимой частоте. Для низкочастотных применений используют обычное трансформаторное железо.

В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.

Промышленные ТТ

Естественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений. Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”

Еще почитать

К моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое.

Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории.

Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.

Подбор материалов

Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.

Пропитка нужна для повышения времени работы, но, она повышает паразитную емкость катушки. Для этой цели применяют лак. Для простого трансформатора можно использовать масляный лак. Покрывается каждый слой. Сразу все слои пропитать невозможно. Лак не должен быстро засохнуть до окончания намотки.

Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см 2 .

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.

Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Изготовление каркаса катушки трансформатора своими руками

Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.

На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

Окончание изготовления трансформатора своими руками

Припаиваем выводные концы обмоток, изолируем поверхность простого трансформатора, подписываем на нем данные характеристики и производим сборку сердечника. После этого надо проверить этот простой трансформатор своими руками.

Замеряем ток самодельного трансформатора вхолостую, он должен быть минимальным. Смотрим на нагрев. Если греется сердечник, то неправильно подобрано железо. Если нагрелись обмотки, значит, есть короткое замыкание. Если нормально, то замыкаем ненадолго вторичную обмотку, треска и сильного гудения не должно быть.

Пример как сделать самодельный трансформатор

Перейдем к изготовлению самого трансформатора. По готовому сердечнику рассчитаем мощность трансформатора, витки и провод, намотаем первичную и вторичную обмотки, соберем трансформатор полностью.

Чтобы мотать трансформатор напряжением 220 на 12 вольт нам необходимо подобрать магнитный сердечник. Подбираем магнитный сердечник Ш-образный, и каркас от старого трансформатора. Чтобы определить мощность, выдаваемую простым трансформатором, необходимо произвести предварительный расчет.

Расчет трансформатора

Рассчитываем диаметр провода первичной обмотки. Мощность трансформатора Р₁ = 108 Вт:

где: I₁ – ток в первичной обмотке;

тогда ток в первичной обмотке:

Возьмем I₁ = 0,5 ампера.

Из таблицы диаметр провода в зависимости от тока выбираем допустимый ток 0,56 А, диаметр 0,6 мм.

Самодельный трансформатор своими руками можно намотать без станка. На это уйдет два-три часа, не больше. Приготовим полоски бумаги для прокладки ее между слоями провода. Полоску вырезаем шириной равной расстоянию между щечками катушки трансформатора плюс еще пару миллиметров, чтобы бумага легла плотно, по краям витки не залезали друг на друга.

Длину полоски делаем с запасом два сантиметра для склеивания. По краям полоску слегка надрезаем ножницами, чтобы при изгибе бумага не рвалась.

Затем приклеиваем полоску бумаги на каркас, плотно пригладив ее.

Намотка первичной обмотки

Теперь берем провод от старой катушки, у которой провод с хорошей не потрескавшейся изоляцией. Конец провода вставляем в гибкую трубочку изоляции от старого использованного провода соответствующего подходящего диаметра. Просовываем конец обмотки в отверстие каркаса катушки (они уже имеются в старом каркасе).

Катушка мотается плотно, виток к витку. Намотав 3-4 витка, нужно прижать витки, друг к другу, чтобы намотка витков была плотной. Чтобы мотать трансформатор после намотки первого слоя, необходимо посчитать количество витков в ряду. У нас получилось 73 витка. Делаем прокладку полоской бумаги. Наматываем второй слой. Во время намотки нужно все время держать провод в натянутом состоянии, чтобы намотка получалась плотной. После второго слоя также делаем прокладку из бумаги. Если не хватает длины провода, то соединяем с ним другой провод путем спайки. Лудим лакированный провод, нагрев конец паяльником на таблетке аспирина. При этом лак хорошо снимается.

Когда намотка первичной обмотки закончена, то конец провода изолируем в трубочку и выводим наружу катушки. Между первичной и вторичной обмотками делаем обмоточную изоляцию. Можно мотать трансформатор дальше.

Вторичная обмотка

Рассчитаем диаметр провода вторичной обмотки самодельного трансформатора. Мощность вторичной обмотки примем:

Допустимый ток во вторичной обмотке будет равен:

Из таблицы диаметр в зависимости от тока: диаметр для тока 5,55 А – ближайшее значение в таблице 6,28 ампера. Для такого тока необходим диаметр провода 2 мм.

Берем провод, который мы получили при сматывании старого трансформатора. Наматываем провод вторичной обмотки по такому же принципу, как и первичную обмотку. Провод вторичной обмотки намного жестче, поэтому, чтобы он ровно ложился при намотке, периодически его необходимо осаживать ударами молотка через деревянный брусок, чтобы не повредить изоляцию. У нас получилось 3 слоя вторичной обмотки. Получился готовый намотанный каркас простого трансформатора.

Сборка трансформатора своими руками

Для ускорения сборки берем по две Ш-образные пластины. Вставляем их внутрь каркаса поочередно с двух сторон по две штуки.

Перекрывающие пластины пока не ставим. Они будут установлены позже. Если вставлять все пластины сразу всем пакетом, то между пластинами появляются зазоры и индуктивность всего сердечника падает. После сборки Ш-образных пластин самодельного трансформатора вставляем перекрывающие пластины, также по две штуки.

После сборки сердечника аккуратно обстукиваем его плоскости молотком для выравнивания пластин. При помощи стоек и шпилек будем стягивать сердечник. По правилам на шпильки надеваются бумажные гильзы для снижения потерь в сердечнике.

Концы обмоток зачищаем и лудим. Затем припаиваем к выводным планкам, которые можно прикрепить к каркасу трансформатора. Получился готовый трансформатор своими руками.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Самоделки из двигателя от стиральной машины:

1. Как подключить двигатель от старой стиральной машины через конденсатор или без него
2. Самодельный наждак из двигателя стиральной машинки
3. Самодельный генератор из двигателя от стиральной машины
4. Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат
5. Гончарный круг из стиральной машины
6. Токарный станок из стиральной машины автомат
7. Дровокол с двигателем от стиральной машины
8. Самодельная бетономешалка

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Целью является практическая реализации обогрева дома с использованием техники индукционной плавки металлов. Идея, не обладает новизной и состоит в том, чтобы индуктор разместить вокруг трубы отопления. Нагревая трубу, тем самым мы нагреваем воду которая циркулирует в системе отопления. Базовой предпосылкой, которая может значительно снизить затраты на электроэнергию является колебательный контур (индуктор->конденсаторы) который работает в резонансе. Возникает повышение напряжения примерно в десятки раз, которым и осуществляется нагрев металла.

Классические индукционные схемы, как показала практика замены выходящих из строя транзисторов, требует дорогой элементной базы. За основу была взята схема индукционного нагрева использующая ZVS (zero voltage switching) метод переключения транзисторов. Схема взята с сайта http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V – 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца – L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания – два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

Напряжение на каждом из транзисторов относительно корпуса по 800 Вольт, не важно где мерять. Частота работы схемы без металлической трубы в индукторе, 321 Кгц, ток потребления 1,7 Ампера. При добавлении металлической трубы частота понижается до 138 Кгц, ток потребления вырастает до 5А. Труба 0,5 дюйма, индуктором с внутренним диаметром 85 мм нагревается в районе средней точки до вишневого цвета.

Лучше всего в таких схемах использовать плёночные конденсаторы фирм Evox Rifa,Faratronic,Pilcor. КПД поднимется,да и количество кондёров потребуется в разы меньше.

Ток потребления определяется заполнением индуктора металлом. Стоит использовать под бесшовную трубу с максимальной толщиной стенок. При токе потребления более 12 ампер, транзисторы STP40N10 долго не живут. Рекомендованное на сайте водяное охлаждение не используется. Греются радиатор и индуктор, конденсаторы холодные. Для охлаждения транзисторных радиаторов я использовал вентилятор от компьютера. При необходимости отвод тепла можно организовать на тот же стояк отопления.

Трансформатор тока.

Вторым, не менее, если не более интересным способом нагрева теплоносителя является трансформатор тока. Трансформатор тока представляет из себя ферритовое кольцо, установленное на проводе идущем от блока конденсаторов к индуктору. Подойдут ферритовые кольца, любой магнитопроницаемости. В том числе и кольцо из трансформаторного железа. Чем ниже магнитная проницаемость магнитопровода, тем меньший радиус кольца допустим, тем ниже частота тока на выходе, тем сильнее греется магнитопровод. В случае использования трансформаторного железа эффективность нагрева максималена. Ферритовые кольца с внутренним диаметром менее 60мм для длительной работы схемы не использовать. При малом, внутреннем, диаметре ферритового кольца, менее 50мм , резко растает ток потребления, необходимый для поддержания резонанса, транзисторы выходят из строя. В случае использования сердечника от ТВС необходим зазор, это не по феншую. В случае встречной намотки обмоток, как показано на фотографии, эдс отсутсвует.

Ниже представлена схема подключения нагрузки. Лампу 220В 95W включать без диодного моста можно, но при этом следует уменьшить число витков трансформатора тока примерно до пяти, иначе лампа эффектоно сгорит. На сдвоенную пару витков, используемых в намотке обращать внимание не стоит. Так же следует поступить с парой проводов черный и красный, на транзисторных радиаторах к ним подключались высоковольтные конденсаторы от СВЧ печей. Конденсаторы сильно грелись, пришлось их заменить, провода пусть пока будут.

Ферритовые кольца размещенные в индукторе увеличивают частоту до 400 кГц, токовый трансформатор ее понижает до 100 кГц. Яркость свечения лампы регулируется частотой за счет увеличения либо уменьшения сердечника из ферритовых колец в индукторе.

На тестере видно, что при подключении нагрузки ток вырос на два ампера. (В первом случае ток необходимо умножить на 100) Это примерно равно мощности используемой лампы. Безвомездного съема энергии с токового трансформатора нет. Подключение активной нагрузки увеличивает ток потребляемый устройством. А вот использовать ферритовые кольца для нагрева теплоносителя в дополнение к индуктору – очень интересный вариант.

Дуговой разряд.

На каждые три-четыре витка токового трансформатора приходится 1000 вольт. Попытка замера напряжения на большем числе витков закончилась неудачей по причине выхода из строя тестера. Можно предположить, что напряжение на токовом рансформаторе около пяти-шести тысяч вольт, поэтому третьим источником тепла, в предлагаемой схеме является дуговой разряд. Как его еспользовать для нагрева теплоносителя, я пока не решил. Плавится все с чем дуговой разряд находится в тесном контакте.

Промежуточный итог.

1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
4. Использование дугового разряда – проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

Пример страниц руководства:

Скачать руководство полностью:

Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Рис. 1: принципиальная схема трансформатора

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁ = P₁/ U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I₂ = P₂/ U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник		Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм²	Ток, А	Сечение жил. мм²	Ток, А
0,5	11	—	—
0,75	15	—	—
1	17	—	—
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85
25	115	35	100
35	135	50	135
50	175	70	165
70	215	95	200
95	265	120	230
120	300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы. Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
Уложите первый слой изоляции под первичку. Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Рис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой
Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
Зафиксируйте выводы обеих катушек.
Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Список использованной литературы

Подъяпольский А.Н. «Как намотать трансформатор» 1953
Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы — где найти такой расчет. Прочитал статью [1 ]; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет).

Немного теории

Итак, прежде всего немного теории [4]. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I1 x W1 — I2 x W2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I1 x W1 = I2 x W2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W2 = I1 x W1 / I2

Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1, мы вычислим U2 и потом Rc. Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться Rc. И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены.

На рис. 2 (точки — начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc.

Если нагрузка не согласованная по току — это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге — выход его из строя.

Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 [3].

Витой или ленточный магнитопровод — одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое.

Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах — 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях [4] (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7…0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника [5]:

(1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод.

Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт — магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы [6].

Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи.

Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись ССЫЛКОЙ.

Адрес администрации сайта: [email protected]

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V — 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца — L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания — два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

Трансформатор тока.

Дуговой разряд.

Промежуточный итог.

1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
4. Использование дугового разряда — проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

Пример страниц руководства:

Скачать руководство полностью:

А.Мищук — Индукционный нагрев. Техника съема энергии с трансформатора тока.pdf

суть работы, как сделать самодельное понижающее устройство на 10 ампер

Для того чтобы понизить напряжение промышленной сети, используются трансформаторы 220 на 12 вольт. Такое значение амплитуды необходимо для питания различной техники, в том числе и осветительных приборов. Понижающий трансформатор может располагаться непосредственно в блоке питания или быть выполнен как отдельное устройство. Этот радиоэлектронный элемент можно приобрести в специализированных магазинах, но при желании несложно изготовить и своими руками.

Суть работы устройства

Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.

Появление трансформатора стало возможным после изобретения индукционной катушки в 1852 году механиком из Германии Румкорфом. Его устройство было похоже на катушку для наматывания ниток, но вместо последних использовалась проволока. Внутри катушки располагалась другая такая же конструкция. При подаче тока на нижнюю катушку фиксировалось напряжение и на верхней. Объяснялось это явлением, названным индуктивностью.

Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочков фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.

Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.

Принцип действия

Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:

Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами.
Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.

Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).

Таким образом, трансформатор представляет собой замкнутый контур (сердечник) на котором располагаются катушки (обмотки). Их количество может составлять от двух и более штук (исключение автотрансформатор). Катушка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а которая соединяется с нагрузкой — вторичной.

При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.

Характеристики и виды изделия

Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:

U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
I1, I2 — сила тока в обмотках.

По виду сердечника трансформаторы на 12 В разделяются на кольцевые, Ш-образные и П-образные. По конструктивному же исполнению они бывают: броневыми, стержневыми и тороидальными (кольцевыми). Стержневой тип собирается из П-образных пластин. На броневом виде используются боковые стержни без обмоток. Этот вид самый распространённый, так как обмотки надёжно защищены от механических повреждений, хотя при этом эффективность охлаждения уменьшается.

Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.

К основным параметрам изделия относят:

Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
Количество обмоток.
Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.

Самостоятельное изготовление

Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками можно рассмотреть на конкретном примере. Пускай стоит задача изготовить преобразователь с 220 В до 12 в с выходным током 10 А.

Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».

На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.

В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.

Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).

На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.

Расчёт конструкции

Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.

Исходя из того, что мощность передаётся через сердечник, то величины P1 будет зависеть сечение магнитопровода. Находится сечение сердечника из выражения: S = (P 1)^½ = 150 = 12.2 см². Теперь можно найти и необходимое количество витков в первичной обмотке для получения одного вольта: W =50/ S = 4.1. То есть для напряжения 220 вольт потребуется намотать 917 витков, а для вторичной — 48 витков.

Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I)^½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d ². Она соответственно составит — 0,3 мм² и 5 мм².

Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.

Техника намотки

Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.

Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.

Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.

Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.

Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.

Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.

Схемы датчиков тока на основе трансформатора тока

В статье предложены варианты пассивных и активных (на ОУ широкого применения и на специализированной микросхеме)датчиков, собранных на основе трансформатора тока.

Нередко требуется измерять или контролировать ток, потребляемый от электрической сети различными нагрузками, например электроприборами.

Для этих целей широко применяют как пассивные резистивные датчики и датчики на основе трансформаторов тока, самодельных или выпускаемых серийно, так и различные активные датчики на основе специализированных микросхем с гальванической развязкой от сети и без неё.

Основное назначение такого датчика тока — преобразовать переменный ток в переменное или постоянное напряжение, пропорциональное этому току.

Когда на выходе необходимо получить постоянное напряжение, совместно с пассивными датчиками потребуется применение выпрямителей, усилителей ИТ. д., и такие датчики, конечно, более востребованы.

Далее речь пойдёт о датчиках с использованием трансформатора тока. Основа такого датчика — трансформатор, по первичной обмотке (один или несколько витков) которого протекает ток нагрузки, а во вторичной наводится напряжение, пропорциональное этому току. Основной параметр трансформатора — коэффициент трансформации тока, который показывает, во сколько раз ток во вторичной обмотке (на низкоомной нагрузке) меньше, чем в первичной.

Датчик можно сделать пассивным, применив для получения постоянного напряжения простейший однополупериодный выпрямитель, или активным, с использованием различных микросхем.

В статье рассмотрены три варианта датчиков: на основе диодного выпрямителя, на основе выпрямителя на ОУ и на основе специализированной микросхемы ZXCT1009 [1, 2].

Передаточные характеристики этих датчиков показаны на рис. 1 при условии, что первичная обмотка трансформатора тока — один виток провода, через который протекает синусоидальный ток. При увеличении числа витков первичной обмотки крутизна передаточной характеристики пропорционально увеличится.

Рис. 1. Передаточные характеристики датчиков.

Принципиальная схема

Схема датчика на основе диодного однополупериодного выпрямителя показана на рис. 2 Конденсатор С1 подавляет импульсные сетевые помехи, выпрямитель собран на конденсаторе С2 и диоде VD1.

На выходе интегрирующей цепи R1C3 формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднему значению тока нагрузки.

Все детали установлены на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 3.

Рис. 2. Схема датчика на основе диодного однополупериодного выпрямителя.

Датчик налаживания не требует. Выпрямительный диод должен быть диодом Шоттки, но если чувствительность не нужна и датчик рассчитан на ток более 0,5 А, можно применить обычный выпрямительный или импульсный диод, например, серий 1N400x, 1N4148, КД522. Поскольку датчик пассивный, его чувствительность и крутизна передаточной характеристики относительно невелики (см. рис. 1).

Рис. 3. Печатная плата для схемы датчика.

Активный датчик тока

Чтобы повысить чувствительность, можно использовать активный датчик тока, например, применив ОУ. Схема такого варианта показана на рис. 4 На двух ОУ DA1.1 и DA1.2 собран двухполупериодный выпрямитель [3].

Рис. 4. Схема активного датчика тока на LM358AM.

Принцип работы такого выпрямителя основан на использовании ОУ с однополярным питанием. При подаче на неинвертирующий вход ОУ он будет усиливать сигнал положительной полуволны переменного напряжения и ограничивать сигнал отрицательной полуволны.

На ОУ DA 1.1 собран неинвертирующий усилитель с малым коэффициентом усиления (около 2), а на ОУ DA1.2 — усилитель с коэффициентом усиления около 10.

Конденсатор С1 подавляет импульсные и высокочастотные помехи. резистор R1 обеспечивает номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока Т1. Резистор R2 и диод VD1 ограничивают минусовое напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA 1.1, исключая перегрузку входа ОУ по напряжению.

Положительную полуволну усиливает сначала ОУ DA1.1, затем — ОУ DA1.2, и усиленный в десять раз сигнал появляется на его выходе. Отрицательную полуволну инвертирует и усиливает ОУ DA1.2. поэтому на его выходе формируется полуволна плюсового напряжения. В результате обеспечиваются двухполупериодное выпрямление и одновременно усиление переменного напряжения.

Подборкой резисторов R3-R6 можно подобрать желаемый коэффициент передачи устройства К = R6/R4. при этом соотношение сопротивления резисторов R3 и R5 находят из равенства R5/R3 = (К-1)/(К+1).

Выходной сигнал ОУ DA 1.2 поступает на интегрирующую RC-цепь R7C3, и на конденсаторе C3 формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднему значению тока нагрузки.

Рис. 5. Печатная плата.

Рис. 6. Расположение деталей на печатной плате.

Рис. 7. Внешний вид собранного датчика.

Все детали установлены на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 5, а расположение элементов — на рис. 6.

Одна сторона платы (противоположная установке деталей) оставлена металлизированной, на ней лишь раззенкованы отверстия под крайние выводы разъёма ХР1.

В отверстия в левом нижнем и правом верхнем углах необходимо вставить и с обеих сторон платы пропаять отрезки лужёного провода. Плату можно изготовить из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита.

В этом случае вышеупомянутые отверстия в углах платы соединяют отрезком провода со стороны. противоположной расположению деталей. Внешний вид варианта смонтированной платы показан на рис. 7.

В этих конструкциях применены элементы для поверхностного монтажа. Резисторы — типоразмеров 0805, 1206. оксидные конденсаторы — танталовые типоразмеров С, D. неполярные — К10-17в. Вилка ХР1 — три контакта от однорядной угловой вилки серии PLD-10R.

Трансформатор тока Т1 был снят с платы источника бесперебойного питания. Маркировка на трансформаторе — FALCO 9418. К сожалению, в Интернете никаких конкретных данных найти не удалось, но по своим параметрам (индуктивность и сопротивление обмотки) он близок к трансформаторам тока AS-103 или AS-104 фирмы Talema.

Еще одна схема датчика тока

Если габариты датчика тока не имеют значения, для его изготовления можно применить выводные детали. Схема такого устройства показана на рис. 8, номиналы некоторых элементов изменены по причине их наличия. Чертёж печатной платы этого варианта устройства показан на рис. 9, а внешний вид смонтированной платы — на рис. 10.

Рис. 8. Схема датчика тока с измененными деталями.

Рис. 9. Печатная плата для схемы датчика тока.

Рис. 10. Внешний вид датчика тока.

Датчик тока на микросхеме ZXCT1009F

Упростить схему активного датчика и увеличить крутизну передаточной характеристики датчика тока можно, применив специализированную микросхему ZXCT1009F.

О возможности применения этой микросхемы для измерения переменного тока было рассказано в [2]. Схема устройства показана на рис. 11. Назначение элементов R1 и С1 такое же, как в ранее описанных устройствах.

Диод VD1 защищает вход микросхемы DA1 от нештатной полярности входного напряжения. Эта микросхема работает как однополупериодный выпрямитель, напряжение на выходе интегрирующей цепи R3C2 будет пропорционально среднему значению тока нагрузки.

Рис. 11. Схема датчика тока на микросхеме ZXCT1009F.

Рис. 12. Печатная плата.

Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате.

Детали устройства смонтированы на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, чертёж которой приведён на рис. 12. Расположение элементов показано на рис. 13, а внешний вид варианта смонтированной платы — на рис. 14. Применены элементы для поверх ностного монтажа.

При выборе напряжения питания активных датчиков не следует забывать о так называемом коэффициенте амплитуды Ка (или крест-факторе) потребляемого нагрузкой тока, который характеризует отношение амплитуды потребляемого тока Іа к его действующему (или эффективному) значению Іэф: Ка = Iа/Iэф.

Дело в том, что многие бытовые устройства, питающиеся от сети, имеют встроенный импульсный источник питания с выпрямителем на входе.

Сглаживающий конденсатор выпрямителя заряжается только вблизи максимума сетевого напряжения, и от сети потребляется ток только в эти моменты. Для переменного тока прямоугольной формы Ка = 1, для синусоидального — Ка = 1,41, а для импульсного источника — Кa = 2…4.

Рис. 14. Вид датчика.

Это означает, что в активных датчиках максимальное неискаженное выходное напряжение ииыима,с должно быть больше, чем напряжение Uвых на выходе датчика (см. рис. 1), по крайней мере, в Ка, раз, а напряжение питания — ещё больше.

Например, для датчика на ОУ (двухполупериодный выпрямитель) при Uвых = 2 В и Ка = 2 напряжение питания Uпит >= 4 В для ОУ структуры rail-to-rail или Uпит >= 5…6 В для обычного ОУ.

Поскольку на микросхеме ZXCT1009F собран одполупериодный выпрямитель, при тех же условиях напряжение питания должно быть примерно в три раза больше, чем Uвых. При этом не следует забывать, что для питания самой микросхемы требуется напряжение не менее 1,5…2 В.

Поскольку интегрирующие цепи на выходе датчиков высокоомные, к их выходам следует подключать нагрузку, сопротивление которой, по крайней мере, в десять раз больше сопротивления резистора в интегрирующей цепи.

Каждый из датчиков требует калибровки, которую можно провести с помощью амперметра действующего значения переменного тока, источника переменного напряжения, в качестве которого можно применить вторичную обмотку понижающего трансформатора, включённого в сеть, и мощного переменного резистора.

И. Нечаев, г. Москва. Р-06-19.

Литература:

ZXCT1009. HIGH-SIDE CURRENT MONITOR. diodes.com.
Нечаев И. Микросхема ZXCT1009F и конструкции на её основе. Часть 1. Измерение большого постоянного и переменного токов. Приставка к мультиметру. — Р-11-2018.
Anthony Н. Smith. Full-Wave Active Rectifier Requires No Diodes. — radiolocman.com.

Дешевое изолированное измерение сетевого тока

В зависимости от стоимости намотки тонкого эмалированного медного провода через ферритовый тороид, практическим ответом может быть намотка собственного тороида. Это, конечно, просто создание того, что производители продают как «трансформаторы тока». Если вы можете сэкономить, используя всего несколько витков вторичной обмотки или небольшого кольцевого сердечника, то вы выиграете.

Есть два способа использования тороидальной намотки на токоведущем кабеле для обнаружения или измерения тока.Первый — трансформатор тока, второй — трансформатор напряжения с приводом от тока. Они ведут себя совсем по-другому.

В трансформаторе тока происходит короткое замыкание вторичной обмотки или, по крайней мере, нагрузки резистором очень низкого номинала, нагрузочным резистором. Это снижает напряжение, а протекающий вторичный ток нейтрализует большую часть первичного тока и, таким образом, предотвращает насыщение сердечника. «Типичное» ядро с вторичной обмоткой приличного объема, которая почти закорочена, вряд ли будет насыщаться.Коэффициент передачи будет постоянным от детали к детали и в зависимости от температуры, в которой преобладает отношение витков. Никакой особой проницаемости не требуется, только чтобы она была «высокой». Доступны керны с относительной проницаемостью от 2k до 10k.

Поток сердечника можно рассчитать следующим образом. Рассчитайте вторичный ток по коэффициенту витков. Рассчитайте вторичное напряжение, исходя из этого и общего вторичного сопротивления, обмотка + нагрузочный резистор. Рассчитайте необходимое трансформаторное напряжение на виток.Теперь вычислите скорость изменения магнитного потока (поле B умноженное на поперечное сечение сердечника), необходимую для генерирования этого напряжения на виток, и преобразуйте это в пиковый поток. Обратите внимание, что этот расчет не требует длины керна или проницаемости.

В трансформаторе напряжения с приводом от тока вы оставляете вторичную цепь разомкнутой и определяете напряжение. Вторичный ток для противодействия первичному току отсутствует, поэтому необходимо использовать низкую проницаемость сердечника, чтобы ограничить поток ниже уровня насыщения. Коэффициент передачи будет зависеть от проницаемости керна, которая будет варьироваться в зависимости от части и температуры.Поэтому измерительные трансформаторы обычно работают в токовом режиме. Это также можно рассматривать как катушку Роговского с сердечником.

Чтобы вычислить магнитный поток сердечника, мы разделим пиковый первичный ток на магнитную длину сердечника, чтобы получить пиковое поле H. Это умножается на проницаемость, чтобы получить максимальную плотность потока. Относительная проницаемость керна обычно должна быть низкой, в пределах низких 100, может быть, даже высокой 10. Эти сердечники рекламируются как подходящие для катушек индуктивности.

Конечно, в обоих режимах, если вам нужно только обнаружение первичного тока, а не линейное измерение , тогда не имеет значения, насыщается сердечник или нет.

Достижимая стоимость в значительной степени зависит от ваших количеств. Если хотите 1-10, можете сами их накрутить, пока смотрите телевизор. Если вы хотите 100, вы и ваши друзья можете их сделать. Если вы хотите 1000000, вы можете заказать изготовленную на заказ деталь у компании, производящей тороидальные обмотки, с учетом ваших требований. Если вы хотите от 1000 до 100000, то у вас проблемы, о нестандартной детали и речи быть не может. Лучшее, что вы можете сделать, — это попытаться заключить сделку по приличному количеству уже сделанной детали.

Трансформаторы тока

: как спроектировать

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 20 января 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 21 ноября 2020 г.

Если вам нужно измерить ток от источника переменного тока, трансформатор тока может быть недорогим и точным вариантом.Вы можете найти трансформаторы тока, разработанные специально для применения в линиях электропередач 50/60 Гц и более высоких частотах, которые больше подходят для промышленного / научного оборудования или мониторинга процессов. Трансформаторы тока являются бесконтактными и бесконтактными, что означает, что для многих моделей вам не нужно пропускать переменный ток через печатную плату. Вместо этого провод проходит через отверстие трансформатора, или сам трансформатор может открыться, чтобы позволить ему защелкнуться на проводе.

Провод, проходящий через трансформатор тока, служит как одиночной обмоткой трансформатора, так и первичной обмоткой.Корпус трансформатора имеет от десятков до тысяч обмоток, образующих вторичную обмотку. В отличие от трансформаторов напряжения, трансформатор тока имеет обратное соотношение. Это означает, что трансформатор тока с соотношением 1000: 1 будет создавать 0,001 А во вторичной обмотке на каждые 1 А через провод, являющийся первичной обмоткой.

Вы можете найти трансформаторы тока с коэффициентами намотки, подходящими для измерения от одного ампер до тысяч ампер и выше, что позволяет использовать их в гораздо более широком диапазоне приложений, чем датчики тока на печатной плате / кондуктивные датчики.

В этом проекте мы рассмотрим несколько способов преобразования выхода трансформатора тока во что-то более полезное для взаимодействия с микроконтроллером. На первый взгляд это может показаться довольно простой задачей, но если вы углубитесь, трансформаторы тока станут немного интереснее, особенно если вы их раньше не использовали. Таким образом, этот проект будет немного более практичным и практическим, чем некоторые из моих предыдущих проектов. Во-первых, мы вытащим макет, функциональный генератор и осциллограф, чтобы понять трансформаторы тока.Затем мы фактически построим плату прецизионного выпрямителя, чтобы иметь возможность оптимально использовать трансформатор тока с входом АЦП микроконтроллера. Вы можете найти файлы печатной платы и схемы для этого проекта на GitHub.

Базовый выход трансформатора тока

Используя закон Ома (V = IR), мы можем преобразовать выходной ток трансформатора в полезное напряжение. Я использую Talema AC1010 в качестве трансформатора тока для всего, что описано в этой статье. Для этого датчика нагрузочный резистор 100 Ом будет генерировать среднеквадратичное напряжение 1 В для 10 А на проводе, проходящем через трансформатор тока.

Соединив трансформатор и резистор параллельно, вы можете просто подключить один конец структуры к земле, а другой — к АЦП, чтобы получить ваши показания. Однако это, вероятно, очень плохая идея. Я представляю эту схему только для того, чтобы показать самый простой способ увидеть трансформатор тока в действии.

Вот как будет выглядеть выходной сигнал АЦП на моем осциллографе. Это выходной сигнал моего функционального генератора для имитации 7-амперной нагрузки, а не фактический выходной сигнал датчика тока — мы скоро к этому вернемся.

Здесь следует отметить несколько важных моментов:

Размах сигнала составляет 2 В, но я сказал, что это нагрузка 7 А (т.е. 0,7 В)!
Форма волны переменного тока, поэтому от + 1 В до -1 В, что не понравится микроконтроллеру.

Трансформаторы тока просто преобразуют ток в линии, поэтому фактический ток будет среднеквадратическим (RMS) сигнала. Функциональный генератор выдает почти идеальную синусоидальную волну, но в зависимости от вашей нагрузки ток в реальной цепи трансформатора тока может быть не таким идеальным.Грубую оценку тока можно определить, считывая только пиковое напряжение, но для получения точного измерения тока вам потребуется выполнить множество измерений, чтобы определить общую площадь под кривой, которая представляет собой потребление тока.

С размахом выходного сигнала 2 В, сосредоточенным вокруг земли, это не очень удобно для микроконтроллеров. Нам нужно что-то сделать с сигналом, чтобы его можно было использовать.

Отвод земли

Поскольку трансформатор тока представляет собой просто плавающее напряжение на нагрузочном резисторе, единственный способ получить опорное напряжение трансформатора — это привязать его к земле.Вместо того, чтобы связывать его с землей, мы можем вместо этого привязать одну ногу к напряжению смещения постоянного тока, полученному через резистивный делитель. Вместо этого это обеспечит смещение постоянного тока для сигнала переменного тока.

Это простой делитель напряжения, который будет иметь половину входного напряжения 3,3 В в средней точке между резисторами, что дает смещение 1,65 В постоянного тока. Теперь наш сигнал полного размаха 2 В должен колебаться около 1,65 В для диапазона от 0,65 В до 2,65 В.

Мы можем показать это с помощью осциллографа. Я использую очень дешевые комплектные резисторы, которые не дают мне достаточно 1.65В в центре делителя напряжения. Синий — это размах сигнала 2 В, а желтый — сигнал со смещением постоянного тока.

У меня есть нагревательная подушка мощностью 1,1 кВт для предстоящего проекта, если я пропущу ее через трансформатор тока AC1010 и те же резисторы, я получу синусоидальную волну напряжения смещения. Обратите внимание на то, что форма волны не так совершенна, как у функционального генератора; реальные нагрузки почти никогда не будут идеальными синусоидальными волнами.

Разрешение АЦП

Обратной стороной этого метода измерения является то, что мы смещаем напряжение формы волны, чтобы удерживать его в пределах диапазона нашего АЦП, а это означает, что существует значительная часть диапазона напряжений, которую мы не используем эффективно.

Относительно недорогой современный микроконтроллер ARM Cortex будет иметь 12-битный АЦП, в то время как некоторые новые модели поставляются с 14-битными или 16-битными АЦП в стандартной комплектации, а некоторые старые — с 10-битными. Однако в этой статье я буду работать над предпосылкой 12-битного АЦП.

Простой 12-битный АЦП даст 212 или 4096 возможных значений. Применительно к диапазону 3300 мВ это дает нам разрешение около 0,8 мВ. Нагрузка, изображенная выше, имеет полный размах напряжения 1219 мВ и должен быть около 4.Нагрузка 5-4,7А. 1219 мВ дают нам возможные 1523 значения напряжения, отображаемого с нашим расчетным разрешением, что соответствует примерно 3 мА на значение АЦП при использовании нашего нагрузочного резистора 100 Ом (помните: это среднеквадратичное значение!). Этого более чем достаточно для датчика на 10 ампер. Однако, если вы начнете считывать все большие и большие значения силы тока или использовать трансформатор тока с гораздо большим числом витков, чем AC1010, это может не соответствовать вашим требованиям.

Тем не менее, это смещение постоянного напряжения по-прежнему является самым простым способом считывания показаний трансформатора тока, для чего требуется всего 3 резистора.Вы также должны включить TVS-диоды для ограничения нагрузки, чтобы гарантировать, что она не может превысить максимальное номинальное напряжение микроконтроллера во время всплеска тока.

Прецизионный выпрямитель

Вы можете использовать мостовой выпрямитель для выпрямления формы волны из трансформатора тока, но прямое напряжение диодов значительно снизит вашу способность измерения тока. Диод может легко удалить более половины вашего диапазона измерения тока, делая нечитаемым все, что меньше половины диапазона ампер датчика.Еще хуже то, что прямое напряжение диода изменяется в зависимости от напряжения, температуры и других условий, поэтому выпрямленное напряжение вряд ли будет особенно полезным.

Вместо простого мостового выпрямителя мы можем построить прецизионный выпрямитель с использованием двух операционных усилителей. Один операционный усилитель даст вам однополупериодный выпрямитель, которого может хватить для некоторых измерений силы тока. Тем не менее, стоимость дополнительных компонентов для двухполупериодного выпрямителя незначительна, поэтому мы могли бы использовать его даже в ситуациях, в которых было бы достаточно полуволнового выпрямителя.Прецизионные выпрямители широко используются в таких измерительных приборах, как это, и представляют собой фантастический способ генерировать пригодное для использования напряжение. В качестве бонуса, поскольку вы используете операционные усилители, вы также можете усилить выпрямленную форму волны, пока вы на ней.

Я использую дешевый операционный усилитель AD8542 с двумя усилителями в одном корпусе. Несмотря на то, насколько удивительно точна настройка операционных усилителей в наши дни, наличие обоих усилителей в одном корпусе значительно увеличивает вероятность того, что оба усилителя будут применять одинаковое усиление, что очень важно.В моем окончательном проекте я также буду использовать резисторы 0,1% по той же причине.

Наконец, у меня есть простой RC-фильтр 600 Гц на выходе операционного усилителя для удаления любых шумов переменного тока, которые могли быть уловлены. Этот фильтр имеет достаточно высокую частоту среза, чтобы не влиять на сигнал 50 Гц.

В прототипе на моей макетной плате, однако, используются загадочные резисторы, которые, как утверждается, составляют 5%, поэтому наши результаты не так точны.

Обратите внимание, что отрицательная волна немного ниже по напряжению, чем положительная.Это потому, что резисторы, которые я использую, не очень хорошо согласованы.

Поскольку мы тестируем это с нагревательным элементом в качестве нагрузки, ошибка не так заметна. Как и раньше, синий — это сигнал, выходящий из трансформатора тока, а желтый — выход прецизионного выпрямителя.

Поскольку я даю операционному усилителю опорное заземление (а не отрицательное напряжение для работы), у нас есть небольшое смещение постоянного тока 103 мВ для выпрямленного сигнала. Это смещение приемлемо для моего приложения, поскольку оно согласовано и, следовательно, может быть запрограммировано в микроконтроллер во время тестирования платы.

Разрешение АЦП

Для той же нагрузки, приложенной с помощью метода смещения напряжения, у нас был сигнал 1219 мВ. Тем не менее, с прецизионным выпрямителем и двукратным усилением на выходе мы фактически имеем 2066 мВ размаха для этого сигнала. Мы только что удвоили разрешение!

Поскольку на этот раз мы также можем посмотреть на исходную форму волны с помощью осциллографа, мы можем рассчитать среднеквадратичное напряжение для формы волны, чтобы определить потребляемый ток. 442,9 мВ должно означать, что мы получаем 4.429А через ТЭН. Если это верно, то наш 12-битный АЦП дает разрешение считывания тока 1,71 мА, что достаточно для моего приложения.

Датчик тока правильный?

Вопрос в том, как я могу проверить правильность текущего измерения или, по крайней мере, близкое к нему? Каждое устройство будет иметь свой собственный допуск и точность, а логарифмические графики таблицы данных AC1010 затрудняют определение допуска для этой части с нагрузочным резистором 100 Ом. Вместо этого мы можем рассчитать нашу ожидаемую нагрузку и сравнить ее с измеренной формой сигнала от датчика.В идеале я бы сделал это с несколькими загрузками, но в этой статье я просто воспользуюсь одной, чтобы увидеть, насколько мы хотя бы отдаленно близки к ожидаемому результату.

Измерение нагревательного элемента

Я использовал 4-проводное измерение сопротивления для измерения нагревательного элемента. После того, как мой мультиметр на некоторое время усреднил показания, он установился на уровне 50,262 Ом.

Измерение нагрузочного резистора

Учитывая, насколько плохи некоторые из резисторов 10 кОм, которые я использую, я был приятно удивлен, обнаружив, что резистор нагрузки 100 Ом, который я использовал, имеет номинал 99.983 Ом.

Измерение мощности переменного тока

После того, как сопротивление нагрузочного резистора оказалось так близко к указанному на этикетке значению, я не ожидал того же от моего переменного напряжения. Другие страны, в которых я жил, утверждают, что на них есть 240 В, но я измерил 270 В переменного тока у стены. В Великобритании 240 В + 10 / -20%, а в моем доме 239,632 В! Для меня это просто потрясающе.

Собираем все вместе

Теперь вернемся к закону Ома, V = IR, наш 239.623 В при нагрузке 50,262 Ом означает, что мы должны увидеть 4,76766 А. В последнем тесте с прецизионным выпрямителем мы измерили 4,429 В RMS от датчика. С нагрузочным резистором на 99,983 Ом это должно равняться 4,4297А, то есть примерно на 7% ниже.

Вы можете купить более точные трансформаторы тока, но они дешевые, и для моего применения достаточно 10% допуска.

Конструкция прецизионного выпрямителя

Прецизионный выпрямитель имеет довольно простую конструкцию и очень часто используется в точных измерительных приборах.Первый операционный усилитель инвертирует сигнал, а ссылка на землю отсекает отрицательное напряжение, давая нам только положительный наполовину выпрямленный сигнал. Чтобы обеспечить симметрию выпрямленного сигнала, коэффициент усиления первого операционного усилителя равен единице (R3 = R6). Второй операционный усилитель объединяет два сигнала, и с резисторами R8 и R5, установленными на 5 кОм и 10 кОм, мы удваиваем выходное напряжение.

R2 и C1, как упоминалось ранее, образуют RC-фильтр на выходе.

Требования к максимальному напряжению

Максимальное напряжение, которое могут выдавать операционные усилители, равно V + минус прямое напряжение на диоде.Это следует учитывать при проектировании прецизионного выпрямителя. Если усиление слишком велико при попытке использовать весь диапазон напряжений, который может считывать АЦП, вы обрежете верхнюю часть осциллограммы.

Максимальный ток

Вы также должны оставить некоторый запас для скачков силы тока. Фактические текущие нагрузки, которые будет считывать этот датчик, должны быть меньше, чем нагрузка 1100 Вт, которую я применил к нему для тестирования. Однако даже на полном диапазоне у этого прецизионного выпрямителя будет около 2.Выход 8В при полной нагрузке 10А. Этого должно быть более чем достаточно для моего приложения, но имейте это в виду на тот случай, если это не для ваших приложений.

Давайте спроектируем печатную плату!

Конструкция платы для этого проекта очень проста, так как на ней всего несколько компонентов и ничего высокочастотного. Это был бы очень хороший первый проект печатной платы для нового пользователя Altium.

Я планирую использовать 6 таких трансформаторов тока в следующем проекте, поэтому я хотел поработать над тем, чтобы конструкция была как можно меньше.Я добавил к плате фиксирующий соединитель серии Molex SL 70553, который сделает ее практичной автономной платой для измерения тока внутри части механизма или другого оборудования. С трансформатором тока, определяющим ширину, и разъемом, определяющим длину платы, мы получаем площадь 25×25 мм для размещения схемы. Я использую компоненты 0603, чтобы сделать этот проект «дружественным для новичков» к сборке и ручной пайке. Версия MSOP-8 операционного усилителя AD8542 может несколько противоречить этому, но она также доступна в корпусе SOIC-8, который можно легко разместить в дополнительном пространстве на плате.Изменение конструкции для использования более крупной ИС может стать хорошим упражнением для новичка.

Я также добавил в конструкцию несколько больших развязывающих конденсаторов 1206. Если эта плата находится на конце кабеля, всегда хорошо иметь немного дополнительной встроенной емкости.

Поскольку эта конструкция составляет 50 или 60 Гц, в зависимости от страны, в которой вы живете, нет сигналов, требующих согласования импеданса или каких-либо других соображений, которые усложняют процесс разработки платы.

Трансформатор тока выглядит огромным на этом трехмерном изображении, что действительно показывает, насколько мала эта плата.На самом деле трансформатор тока AC1010 меньше, чем я ожидал, несмотря на то, что он смоделировал его в 3D, чтобы добавить в свою библиотеку Altium с открытым исходным кодом.

Примечание к схеме

Если вы планируете использовать его с моделью трансформатора тока на 15 А или 20 А, вы можете подумать о замене резистора 5 кОм на резистор 10 кОм, или, возможно, даже более высокого, чтобы обеспечить усиление второго каскада операционного усилителя. не ограничивайте сигнал. Резистор 5 кОм хорошо подходит для датчика 10 А.

Наконец

Надеюсь, этот проект развенчал для вас мифы о трансформаторах тока. Вы можете найти файлы дизайна печатной платы и схему для этого проекта на GitHub. Дизайн бесплатный и с открытым исходным кодом, поэтому не стесняйтесь использовать его как хотите.

DC бесконтактные токовые клещи для осциллографа DIY

0.0 Базовое введение

Иметь осциллограф — это очень хорошо. Это очень полезный инструмент. Но с помощью базовых пробников вы могли наблюдать только значения напряжения.Что, если мы хотим наблюдать за током ???

Существует много типов пробников для осциллографов, каждый со своей областью применения. Пробник обеспечивает очень важную связь между измеряемым объектом и осциллографом. В этом видео мы поговорим о токовых пробниках, а точнее о неинвазивных токовых пробниках, что означает, что нам не нужно напрямую подключать их к разомкнутой цепи, чтобы проводить измерения. Токи можно измерить, измерив напряжение на известном сопротивлении.Основным недостатком является то, что для установки этого шунтирующего резистора необходимо разомкнуть цепь. Мы видели такой измеритель тока в одном из моих прошлых руководств по мультиметру на базе Arduino. У вас есть ссылка на этот учебник ниже.

См. Руководство по мультиметру Arduino здесь:

В этом видео мы сделаем что-то другое, потому что это дополнительное сопротивление также может повлиять на измерение своим напряжением нагрузки. Токи также можно измерять с помощью токоизмерительного щупа, также известного как токовые клещи.У этих пробников нет недостатков шунтирующих резисторов, как мы только что описали. Токовый зонд просто зажимается над токоведущим проводом, и цепь не нужно размыкать, что является огромным преимуществом.
Токовые пробники примерно делятся на два типа: токовые клещи переменного и постоянного тока. Я попытаюсь объяснить, как работают оба этих типа. Чтобы понять это, давайте сначала взглянем на мои токовые клещи hantek, которые я только что получил. Это очень полезный инструмент.

Чем как доза это работает? Для этого я сначала открою корпус и осмотрю его компоненты.Как я догадался, схема довольно простая. На наконечнике у нас есть металлический магнитный сердечник, который пропускает через него магнитный поток. Здесь тоже должен быть какой-то датчик и все. Затем у нас есть основная схема, в которой мы, вероятно, найдем усилитель и схему селектора шкалы, поскольку у нас есть две разные шкалы на выбор. Вот выходной сигнал осциллографа. Итак, зная эти компоненты, позвольте мне теперь немного объяснить, как все это работает.

Купите зажим hanteck здесь:

1.0 Токовые клещи переменного тока

Как я уже сказал, токовые пробники делятся на два типа: токовые клещи переменного и постоянного тока. Токовые клещи переменного тока в основном представляют собой трансформатор. Первичная обмотка — это проводник, по которому проходит измеряемый ток, в данном случае простой провод, а вторая обмотка закреплена на сердечнике и подключена к осциллографу. Это пассивный пробник, который может работать только с переменными токами. Обычный трансформатор не справляется с постоянным током. Таким образом, принцип действия датчиков постоянного тока сильно отличается от датчиков переменного тока.Давайте сначала посмотрим, как создать собственный пробник переменного тока. Все, что нам нужно, это сердечник трансформатора и немного медной проволоки для создания наших обмоток.

Все, что нам нужно, это сердечник трансформатора и немного медной проволоки для создания наших обмоток. Ток, проходящий через измеряемый провод, создаст вокруг него магнитное поле, как говорит нам закон электромагнитного поля. Благодаря ферритовому сердечнику зажима это магнитное поле будет направлено через этот ферритовый сердечник. Поскольку ток является переменным, магнитный поток изменится, и это приведет к току, индуцированному во вторичной обмотке, как мы можем видеть на фотографии выше.Если индуцируется ток, между двумя концами обмотки будет падение напряжения. Затем мы могли бы измерить это падение напряжения с помощью нашего осциллографа.

Напряжение на вторичном выходе равно напряжению на первичной обмотке, умноженному на соотношение между током первичной обмотки и током вторичной обмотки. Допустим, мы не знаем ни одного из этих значений. Но с помощью мультиметра переменного тока мы контролируем ток через измеряемый провод и одновременно выходное напряжение на осциллографе.Мы делаем несколько измерений и строим график, чтобы узнать шкалу зажима.

Вы можете купить такой модуль напрямую за несколько долларов, как это (фото ниже). Этот модуль уже дает нам тогда шкалу выходного напряжения 15А на вольт. Итак, у нас должно быть 100 мВ для тока 1,5 А, проходящего через этот провод. Я подключаю этот трансформатор к осциллографу и подаю сигнал переменного тока через провод. Вот и все, вот и у меня на осциллографе есть переменный ток.Довольно просто, верно.

Если мы построим собственный трансформатор, мы должны быть осторожны при вычислении масштаба в зависимости от количества сделанных нами обмоток и зная, что первичная обмотка будет только одна, поскольку через сердечник будет проходить только один провод. Но если я приложу к этой цепи постоянный ток, то на моем осциллографе будет отметка. Это потому, что ток в трансформаторе индуцируется только при изменении магнитного потока. Таким образом, постоянное магнитное поле не будет индуцировать ток в обмотке, поэтому на выходе будет 0.

1.1 Соберите токовые клещи переменного тока

Нам понадобится

Гнездовой разъем BNC LINK eBay
Зажим трансформатора LINK eBay
Конденсатор 10 пФ LINK eBay
Резистор 9 м LINK eBay

Загрузите схему здесь:

2.0 Токовые клещи постоянного тока

Итак, постоянное магнитное поле не будет индуцировать ток в обмотке, поэтому на выходе будет 0. Итак, как мы можем измерить и наблюдать постоянный ток? В этом типе зонда мы также будем использовать ферритовый сердечник, который будет переносить магнитное поле.Сердечник снабжен воздушным зазором, в котором будет находиться датчик, в данном случае датчик Холла, который измеряет магнитный поток в сердечнике. Так что теперь нам больше не нужен переменный ток, поскольку мы можем напрямую измерить значение магнитного потока. Ток в первичном проводе, который является измеряемым проводом, намагнитит сердечник. Это магнитное поле измеряется датчиком.

The Current Sense Transformer — Блоги — Виртуальный класс для университетской программы ADI

The Current Sense Transformer

В прошлых блогах мы обсуждали текущие измерительные функции ADALM1000 (SMU).Каналы SMU ALM1000 могут измерять постоянный ток от -200 мА до + 200 мА. Благодаря частоте дискретизации 100 KSPS он также может измерять переменный ток. Но измеряемый ток должен течь в канал SMU или выходить из него. Это ограничивает диапазон напряжений, к которым должен быть привязан ток, от 0 до + 5В. Для измерения тока в более широком диапазоне напряжений можно использовать ИС монитора токового шунта, например AD8210 из комплекта аналоговых деталей ADALP2000. Каналы SMU ALM1000 используют этот же чип для измерения тока.Диапазон рабочего входного синфазного напряжения AD8210 составляет от -2 В до +65 В относительно заземляющего контакта ИС. Большой диапазон напряжений, но все же недостаточный для безопасного измерения силы тока бытового прибора или осветительного прибора, работающего от 120 В переменного тока. Итак, что мы можем использовать для этого? Введите трансформатор считывания тока.

Трансформатор считывания тока — это трансформатор, который оптимизирован или спроектирован для выработки переменного тока во вторичной обмотке, который пропорционален току, «воспринимаемому» или измеряемому в первичной обмотке.Как и любой трансформатор, трансформаторы тока изолируют измерение токов в цепях высокого напряжения до гораздо более низкого напряжения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока высокого напряжения. В нашем случае это может быть SMU ALM1000.

Принцип работы базового трансформатора тока немного отличается от принципа действия обычного трансформатора напряжения. В отличие от силового трансформатора, используемого для повышения или понижения напряжения, трансформатор тока часто состоит только из одного или нескольких витков в качестве первичной обмотки.Эта первичная обмотка может быть либо с одним плоским витком, либо с катушкой из сверхпрочного провода, намотанной вокруг сердечника, либо просто с проводом, вставленным через центральное отверстие, как показано на фотографии зажимного трансформатора пробника тока (модель LCTC- 0250) рис. 1. У этого токового «зонда» зажимы открываются, так что его можно зажать вокруг проводника, по которому проходит измеряемый ток, без необходимости отсоединять провод. Токовые пробники, подобные этому, предназначены для использования в сетях переменного тока с частотой 50/60 Гц.Датчик LCTC-0250 имеет диапазон измерения тока до 100 А и встроенный резистор тока к напряжению (нагрузке), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ / А.

Рисунок 1, Накладной трансформатор тока, модель LCTC-0250

Многие производители выпускают ряд индукторов для измерения тока, которые представляют собой тороидальную катушку с отверстием в центре, через которое пользователь пропускает провод (или петли провода) для измерения переменного тока, рис. 2. В зависимости от конкретной модели и типа Согласно спецификации эти типы трансформаторов тока предназначены для использования в системах управления импульсным источником питания и могут работать в диапазоне частот от 20 кГц до 200 кГц.Показана версия PE-51718 с центральным отводом 100: 1, 20 мГн. Размер без учета выводов составляет 20 мм в высоту, 11 мм в ширину и 10 мм в глубину, что достаточно мало, чтобы поместиться на макетной плате без пайки.

Преимущество использования такой катушки в качестве измерительного трансформатора заключается в том, что вы можете выбрать любое количество витков для первичной обмотки. До тех пор, пока центральное отверстие не будет заполнено, в зависимости от калибра используемого провода.

Рисунок 2, Pulse Engineering Center, отвод 100: 1 20 мГн, пример

Трансформатор тока со встроенной первичной обмоткой от CoilCraft показан на рисунке 3.Поскольку он полностью инкапсулирован, мы не можем сказать, как он устроен. Расчетный частотный диапазон для этого примера 200: 1, 80 мГн составляет от 1 кГц до 1 МГц.

Рисунок 3, CoilCraft 200: 1, 80 мГн, пример CS4200V-01

На рисунке 4 показан трансформатор измерения тока для поверхностного монтажа от Würth Elektronik. В этом примере первичная обмотка — это просто широкая металлическая полоса, которая проходит вверх и вокруг центральной вторичной обмотки. Производитель указывает индуктивность для этого примера 200: 1, 20 мГн на частоте 10 кГц, поэтому он, вероятно, также не предназначен для применения в линиях электропередач с более низкой частотой.

Рисунок 4, Würth Elektronik 200: 1, пример 20 мГн из семейства MID-SNS

Для тестирования этих трансформаторов тока я использовал ALM1000 и испытательную схему, показанную на рисунке 5. Пик-пик синусоидального сигнала 4 В генерируется каналом A AWG. Затем сигнал передается по переменному току через большой конденсатор на нагрузочный резистор 10 Ом, который преобразует напряжение в пиковый ток 400 мА. Ток измеряется первичной обмоткой, соединенной с землей. На вторичной стороне резистор нагрузки 100 Ом подключен к обмотке катушки, и результирующее напряжение измеряется каналом B в режиме Hi-Z.Другой конец катушки привязан к фиксированной шине 2,5 В для центрирования во входном диапазоне канала B.

Для зажимного зонда и катушки PE одна из более длинных перемычек из комплекта аналоговых деталей вставляется через центральное отверстие и используется в качестве первичной обмотки.

Рисунок 5, Схема проверки полосы частот с использованием M1K

Входная частота изменяется от 20 Гц до 1 кГц во всех следующих тестах. Первый график Боде предназначен для зонда с зажимом LCTC с одним проводом, проходящим через зажим.Помните, что зажим имеет встроенную нагрузку, поэтому внешний резистор 100 Ом не был включен в этот тестовый пример. Амплитудно-частотная характеристика очень плоская, в пределах дБ до 20 Гц.

Рисунок 6, График Боде токового датчика LCTC

Далее идет PE-51718. Как мы видим, характеристика ниже 1 кГц не совсем плоская, чего и следовало ожидать с учетом спецификации минимальной частоты 20 кГц. Более светлый набор кривых относится к одному проводу в качестве первичного, а более темный — для 4 витков в качестве первичного.

Рисунок 7, график Боде PE-51718

Далее у нас есть образцы CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796. Оба имеют отношение витков 200: 1. Более темные кривые относятся к устройству CoilCraft 80 мГн, а более светлые кривые — к устройству Würth 20 мГн. Как и ожидалось, более высокая индуктивность устройства CoilCraft дает лучший низкочастотный отклик. Устройство CoilCraft соответствует и превышает минимальную частоту, указанную в спецификации 1 кГц, а устройство Würth, вероятно, работает ровно выше нескольких кГц при использовании этого номинала нагрузочного резистора.

Рисунок 8, CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796 график Боде

Электронная нагрузка, преобразователь I в V

Одним из способов улучшить частотную характеристику любого трансформатора тока является замена резистивной нагрузки электронным решением, то есть схемой преобразования I в V на операционном усилителе. КМОП-операционный усилитель AD8541 с одинарной шиной питания используется в качестве преобразователя напряжения в напряжение, как показано на рисунке 9. Виртуальная земля на суммирующем переходе, вывод 2, представляет собой нагрузку с очень низким импедансом на вторичной обмотке.Резистор обратной связи 1 кОм преобразует ток в напряжение, которое измеряется каналом B на выводе 6.

Рисунок 9, Схема преобразователя I в V операционного усилителя

Чтобы проверить частотную характеристику с помощью операционного усилителя, CoilCraft CS4200V-01 (темная кривая) и Würth 750316796 (светлая кривая) снова сравниваются на рисунке 10. Обратите внимание, что вертикальный масштаб теперь составляет 3 дБ / дел. По сравнению с рисунком 8, наблюдается значительное улучшение равномерности отклика с спадом менее чем на дБ при 60 Гц.Отклик CoilCraft теперь примерно такой же ровный, как у датчика тока LCTC на рис. 6.

Рисунок 10, CoilCraft CS4200V-01 и Würth 750316796 график I — V Боде

Выполнение реальных измерений

В качестве реального примера давайте воспользуемся накладным датчиком тока модели LCTC-0250, который мы видели на первом рисунке, и M1k для измерения формы волны тока в гирлянде светодиодного праздничного освещения. Датчик LCTC-0250 имеет встроенный резистор тока к напряжению (нагрузку), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ / А.Гирлянда состоит из 35 последовательно соединенных белых светодиодов. Было раскручено около 30 см проволоки и 5 раз обернули одну ногу вокруг зажима. Чувствительность должна быть около 75 мВ / А (5 * 15 мВ / А).

Пробник подключается непосредственно ко входу M1k без какого-либо дополнительного усиления или фильтрации. Как вы можете видеть на рисунке 11, ток представляет собой простое 1/2 волны выпрямления, а пиковый ток составляет от 35 до 45 мА. Трудно увидеть точно из-за шума, а сигнал слишком слаб для правильного запуска и применения усреднения трассы.

Рис. 11. Форма кривой тока без обработки сигнала

Применив некоторое математическое волшебство, мы можем убрать шум и сделать «сигнал» достаточно большим (в 10 раз) для запуска и использовать усреднение трассы. Простой автомобильный цифровой фильтр с 20 отводами с общим коэффициентом усиления 10 применяется к захваченной кривой формы сигнала и используется усреднение кривой (установлено на среднее значение 8). Форма волны теперь красивая и чистая, а ток в размахе составляет 42 мА.

Рисунок 12, форма волны отфильтрованного тока

Трансформатор считывания тока своими руками

Я все о том, чтобы перепрофилировать вещи для других целей.Поэтому я решил посмотреть, смогу ли я сделать свой собственный трансформатор тока. Для начала нам понадобится катушка с высокой индуктивностью, которая будет использоваться в качестве вторичной обмотки. Нам также необходимо иметь возможность намотать несколько витков провода вокруг вторичной катушки первичной обмотки. У меня в мусорной корзине есть несколько различных реле на 12 В, которые мне не нужны. Эти реле имеют множество обмоток из тонкой проволоки. Индуктивность может быть довольно высокой. Итак, после некоторой деструктивной деконструкции на трех примерах (до и после модификации) я получил следующее:

Рисунок 13, Создание CST от реле 12 В

Начиная с первой попытки слева, это реле, скорее всего, для автомобильных приложений, претерпело, вероятно, большую часть разборки.Черная пластиковая крышка просто отрывается, но мне пришлось отрезать большую часть другого пластика, удерживающего лопаточные разъемы, и добавить перемычки для первичной и вторичной катушек. Для этого я добавил всего 4 витка первичной обмотки, но есть место и для других. Было добавлено немного горячего клея, чтобы проволока держалась на месте. Индуктивность катушки составляла около 350 мГн при сопротивлении постоянному току 82 Ом. Он достаточно хорошо работал на более высоких частотах, но относительно низкая индуктивность ограничивала отклик. Тот, что посередине, нуждался в наименьшей деконструкции.Сняв крышку, я просто намотал катушку на 6 витков и соединил выводы с контактными штырями (сначала я отрезал контакты от контактов). Он прекрасно вставляется в макетную плату. Индуктивность катушки была наивысшей для этого примера и составляла около 1,5 Гн при сопротивлении постоянному току 350 Ом. Эта более высокая индуктивность работает до самой низкой частоты. На третьем справа была наклеена крышка, поэтому потребовалось больше времени на резку с помощью вращающегося инструмента, чтобы получить только катушку. Опять же, для первичной обмотки было добавлено 6 витков.Индуктивность катушки составляла около 1,0 Гн при сопротивлении постоянному току 260 Ом. Нагрузочный резистор 100 Ом использовался для всех частотных испытаний, как и для других CST. ESR этих катушек намного больше, чем у серийно выпускаемых образцов. ESR для примера CoilCraft составляет всего около 4 Ом. Это будет существенно отличаться от частотной характеристики катушек DIY.

Эти трансформаторы тока DIY были протестированы вместе с коммерческим продуктом CoilCraft в качестве основы для сравнения частотной характеристики.Первый график для примера реле 1 (левая часть фото). Более темные кривые всегда относятся к продукту CoilCraft. Величина отклика значительно ниже, но чуть более пологая выше 100 Гц.

Рисунок 14, катушка номер 1 своими руками и CoilCraft.

Далее сравним вторую катушку DIY. Величина отклика также ниже и даже более плоская выше 100 Гц, чем у катушки DIY 1.

Рисунок 15, Самодельная катушка номер 2 и CoilCraft.

Далее сравним третью катушку DIY.Величина отклика также ниже и даже более плоская выше 100 Гц, чем у катушки DIY 2.

Рисунок 16. Самодельная катушка номер 3 и CoilCraft.

Для полноты картины на заключительном графике Боде сравниваются самодельные катушки 2 и 3, которые очень близки друг к другу по отклику.

Рисунок 17. Катушка номер 2 и катушка номер 3 своими руками.

Катушки такого типа не будут иметь плотной связи между первичной и вторичной обмотками. Нет такого же количества замыкания магнитного поля от полюса к полюсу, как у тороидальной катушки или катушки E-образной формы.Фактически, индуктивность изменилась с 1 Гн до 1,5 Гн для среднего примера, когда подвижная контактная часть реле была прижата к сердечнику.

У меня есть четвертый пример катушки от герконового реле на 12 вольт. Я удалил геркон, но для катушки нужен магнитный сердечник из какого-то материала, вставленный там, где переключатель должен иметь какую-либо индуктивность.

Но все же эти самодельные трансформаторы работали достаточно хорошо, и было интересно разобрать реле и посмотреть, как они устроены, а затем переделать их во что-то другое.

Заключение

Для измерения тока в линии питания переменного тока трансформатор измерения тока может безопасно изолировать высокие линейные напряжения от измерительной схемы. Это очень важное соображение безопасности. Широкий динамический диапазон 16-битного АЦП в ALM1000 позволяет использовать сильноточные (100 А) пробники, такие как LCTC, для измерения токов величиной до нескольких десятков мА напрямую без какого-либо усиления или фильтрации обработки сигнала.

Оставляйте свои комментарии и предложения ниже, как обычно.

Дуг

Ниже прилагается большая трактовка трансформаторов, написанная Кеном Коннором.

Неинвазивный датчик тока с Arduino

Идея неинвазивного измерения тока не нова. Доступны коммерческие устройства, которые могут измерять ток без какого-либо физического контакта. Однако эта тема не пользовалась популярностью среди DIY-сообщества из-за сложности и отсутствия компактных неинвазивных датчиков, которые можно было бы изучать при малой мощности. К счастью, у нас есть небольшие и надежные трансформаторы тока, которые можно использовать для измерения переменного тока без физического контакта.

Трансформаторы тока (ТТ) имеют те же физические части, что и обычный трансформатор. Они имеют разъемный сердечник, что означает, что первичная и вторичная катушки могут быть разделены. Они отличаются от обычных трансформаторов принципом работы. Первичная катушка индуцирует ток во вторичной обмотке, пропорциональный силе тока, проходящего через первичную обмотку (электромагнитная индукция).

Датчик CT показан выше. Разрезанные сердечники можно увидеть с помощью постоянного магнита. Мы открываем жилы и помещаем между ними токоведущий провод, а затем замыкаем жилы.Обратите внимание, что мы размещаем только анод или катод между сердечниками. Вставка обоих проводов одновременно не даст результатов или приведет к ошибочным результатам. Почему?

Ток течет от анода к катоду. Если мы поместим оба провода в сердечник одновременно, то анод нейтрализует электрическое поле катода из-за противоположной полярности. Следовательно, для измерения тока необходим один провод. Напомним, при физическом измерении тока цифровым мультиметром (DMM) мы перерезали провод и последовательно размещали щупы цифрового мультиметра.То же, что и в случае с КТ, только физический контакт отсутствует.

Выходной ток или напряжение трансформаторов тока прямо пропорциональны входному току. Выходной ток — это среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), а напряжение — в форме переменного тока. Нам нужно преобразовать обе величины в постоянный ток, чтобы измерить их с помощью Arduino или любого другого микроконтроллера.

Давайте начнем

Я решил использовать Arduino и предопределенную библиотеку под названием «Emon» Energy Monitor для измерения тока, протекающего через провод под напряжением.Чтобы выход CT был совместим с Arduino, мы должны преобразовать его в цифровую форму. Здесь у нас есть несколько вариантов.

Исправьте выходной сигнал с помощью диодного моста, а затем усилите его. Усилить? Потому что выход CT составляет 0-1 В или 0-50 мА в зависимости от типа.
Использование напряжения смещения для повышения выходного сигнала ТТ до уровня, приемлемого для Arduino. Смещение повышается с помощью делителя напряжения и одиночного конденсатора.

В библиотеке «Эмон» реализован второй метод.Итак, мы воспользуемся этим. Как смещение увеличивается, а сопротивление нагрузки поясняется на рисунке ниже.

Источник: https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ct-sensors/interface-with-arduino

Трансформатор тока рассчитан на вход 0–100 А на выходе 0–50 мА. Сосредоточьтесь на середине. Выходной сигнал датчика добавляется к средней точке.

При макс. В _CT = IR, где I = 70 мА и R = 33 Ом В _CT = 2,31 В. V _{Средняя точка} = 2.5 +2,31 = 4,81 В макс.

Нагрузочный резистор трансформатора тока на выходе по напряжению не требуется. В остальной части схемы уже есть внутренний резистор.

Код проекта:

Сначала загрузите библиотеку Emon и установите ее для Arduino ide. Создайте новый проект, включите заголовочный файл EmonLib и создайте экземпляр. В функции настройки я запустил серийный монитор на 9600 бит / с. Следующий оператор emon1.current (1,60.6), объявляет вывод аналогового 1 Arduino UNO в качестве входа (выход CT подключен к A1 Arduino UNO) 60.6 — калибровочная константа (обсудим позже).

В функции цикла emon1.calcIrms (1484) оператор вычисляет ток. В каждом цикле входного питания (50 Гц) библиотека Emon считывает 106 экземпляров тока. Для большей точности я хочу получить текущие экземпляры для 14 циклов, которые равны 1484. Наконец, для хранения результата используется переменная Irms . Как только ток известен, полную мощность можно рассчитать, умножив ток на 230 сетевого напряжения.

CT и сопротивление нагрузки неточны; есть некоторая погрешность. Эмон указал формулу и значения калибровки по умолчанию для известных сопротивлений и ТТ, чтобы скрыть эту погрешность. В нашем случае мы использовали нагрузочное сопротивление 33 Ом, максимальный вход ТТ — 1000 А, а выход — 50 мА. Калиброванное значение можно рассчитать по приведенной ниже формуле.

Принципиальная схема проекта:

Соберите схему и загрузите код в Arduino. Он подключает трансформатор тока к проводу под напряжением, и текущие значения открытого последовательного монитора Arduino начнут отображаться на последовательном мониторе Arduino.

Сделаем это своими руками: где купить запчасти?

DigiKey: трансформатор тока
DigiKey: Arduino un
DigiKey: Audio Jac
DigiKey: резистор
DigiKey: конденсатор

Подано в: Arduino, Microcontroller Projects
Как измерить постоянный и переменный ток с помощью трансформатора тока на эффекте Холла HSTS016L — блог о проектах DIY Solar и Arduino
Наш код предназначен для отображения значения, полученного из усреднения 1500 образцов почти за секунду. Каждая выборка записывается каждые 500 микросекунд (0,0005 секунды). Технически за 1 полный цикл переменного тока, работающего на частоте 50 Гц, можно получить 40 отсчетов. Каждое единичное значение выборки измеряется и возводится в квадрат индивидуально, и как только 1500 значений выборок составляют , накопленные , среднее значение из 1500 выборок затем становится квадратным корнем , чтобы получить среднеквадратичный ток значение, которое должно отображаться на последовательном мониторе и ЖК-дисплее.
Среднеквадратичное значение является более точным по сравнению с простым усреднением для измерения постоянного тока. Кроме того, значение RMS позволяет нам одновременно измерять переменный ток. Чтобы предотвратить начальное фантомное значение, код смещает любой ток менее 1% датчика. Например, если вы используете датчик на 50 А, любые значения ниже 0,5 А автоматически станут 0,0 А. Если вы хотите использовать для измерения малого тока, пожалуйста, выберите меньший номинальный ток .
Технически 500 микросекунд для 1500 образцов требует только 0.8 секунд на значение. Однако обработка микроконтроллера будет замедлена с 0,8 секунды до почти 1 секунды, поэтому эта настройка подходит для длительности отображаемого значения в 1 секунду, обеспечивая при этом высокую точность формы сигнала переменного тока. Среднеквадратичные значения для переменного и постоянного тока эквивалентны, поэтому один и тот же программный код и датчик могут использоваться для измерения переменного и постоянного тока.
Предыдущие сообщения Я использовал кнопку ЖК-дисплея для первоначального смещения настройки i , потому что я пренебрегал калибровочным штифтом белого цвета. В этом проекте мы будем использовать White Pin для калибровки начального смещения, поэтому при запуске не нужно нажимать кнопку. Однако для калибровки требуется дополнительный аналоговый вывод по сравнению с моим предыдущим методом, описанным в предыдущем посте.
Увеличение количества выводов трансформатора тока DENT
Один из наиболее часто задаваемых вопросов в нашем отделе техподдержки: «Могу ли я получить CT с более длинными отведениями или самостоятельно удлинить отведения? Какова максимальная длина проводов ТТ? » Стандартная длина кабеля для трансформатора тока DENT составляет 3 метра (для некоторых моделей доступна опция 7 метров).Иногда из-за планировки электрического помещения или других факторов возникает потребность в более длинных выводах трансформатора тока. Следовательно, необходимо удлинить отведения ТТ. Ниже приводится краткий обзор вариантов удлинения выводов ТТ в зависимости от типа ТТ. Обратите внимание, что приведенные ниже рекомендации по длине относятся ТОЛЬКО к приборам PowerScout Series и ELITEpro XC. Чтобы расширить количество потенциальных клиентов RoCoil для использования с TCA-5, обратитесь в службу технической поддержки, чтобы получить совет, относящийся к вашему применению. По вопросам, выходящим за рамки этой публикации, обращайтесь в службу технической поддержки DENT.
МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА
Провода трансформаторов тока с разъемным сердечником можно удлинить до 500 футов, используя удлинители того же типа / AWG.
ТИП ПРОВОДА
Номинальное напряжение 600 В, VW-1, 105 ° C, 20AWG, черно-белая витая пара, cURus
ВАРИАНТЫ ДЛЯ ЗАКУПКИ
Приобретите провод для сращивания своими руками в компании DENT по цене 1 долл. США за фут, используя номер детали ПРОВОД 20 AWG TWPR
Проволока в катушках длиной 1000 футов можно приобрести в отделе продаж Interconnect по номеру детали UL1015-20-0-9-Twist
.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ / МАТЕРИАЛЫ
Герметичные стыковые соединения Sure-Connect от McMaster-Carr (деталь 9895K13), для которых требуются обжимной инструмент и термофен.Всегда следуйте инструкциям производителя.
МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА
Провода RoCoil CT можно удлинить до 100 футов, используя удлинители того же типа / AWG.
ТИП ПРОВОДА
«Голый» RoCoil: Экранированный кабель с термопластической изоляцией, 1000 В переменного тока VW-1, 2x26AWG, 80 ° C, cURus
ВАРИАНТЫ ДЛЯ ЗАКУПКИ
Приобретите проволоку для сращивания своими руками в компании DENT @ 1,50 / фут, используя номер детали CBL ROCOIL
ТОЛЬКО мВ RoCoil : Самостоятельная сварка трансформаторов тока мВ RoCoil не рекомендуется.Свяжитесь с нами для уточнения деталей.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПОСОБ / МАТЕРИАЛЫ СКЛЕИВАНИЯ (ТОЛЬКО ДЛЯ ГОЛОВОЙ ROCOIL)
Герметичные стыковые соединения Sure-Connect от McMaster-Carr (деталь 9895K11), для которых требуются обжимной инструмент и термофен. Всегда следуйте инструкциям производителя.
МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА
Провода ТТ с твердым сердечником (тороид) можно удлинить до 500 футов, используя удлинители того же типа / AWG.
ТИП ПРОВОДА
UL1015 24 AWG, 7 нитей, черно-белая витая пара (1 виток на дюйм), номинальное напряжение 600 В
ВАРИАНТ ЗАКУПКИ
В настоящее время DENT не хранит этот провод.Его можно приобрести за катушку (10 000 футов) в компании Interconnect Sales.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПОСОБ / МАТЕРИАЛЫ СВАРКИ
Герметичные стыковые соединения Sure-Connect от McMaster-Carr (номер по каталогу 9895K11), для которых требуются обжимной инструмент и термофен. Всегда следуйте инструкциям производителя.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Чтобы загрузить копию этой информации в формате PDF, щелкните здесь.