Трансформаторное железо (электротехническая сталь)

Одна из разновидностей черного металла — электротехническая сталь (или трансформаторное железо), обладающая улучшенными электромагнитными характеристиками. Добиться лучших показателей можно исключительно внедрением в состав компонента кремния, содержание последнего может варьироваться в пределах 0,8-4,8%, в зависимости от марки, наименования сплава. Такое название, железо, получило в результате специфики применения (данную электротехническую сталь содержат в себе трансформаторы разных типов).

Свойства кремния в составе

Основным отличием данного типа сплава, является кремний в составе, однако, легирование осуществляется не чистым элементом, а ферросилицием. Благодаря этому, происходит выведение из структуры металла кислорода, оказывающего наиболее негативное влияние на магнитные свойства железа. В конечном счете, имеет место восстановление железа из отдельных окислов, оксид кремния частично переходит в указанном состоянии в шлак. Это достаточно важный эффект, которым обладает трансформаторное железо, чем оно выделяется среди прочих наименований структур.

Отмечается и второй положительный эффект от внедрения в трансформаторное железо кремния. В результате такого действия, из металла будет выделяться непосредственно цеменит, который вполне легко заменяется графитом, образующимся в процессе. Как оксид железа, так и цеменит, способны увеличивать коэрцитивные силы в металле, что в будущем приводит к увеличению количества гистерезисных потерь. Если концентрация кремния превышает показатель в 4%, то наблюдается некоторое внимание общих потерь, выделенных и вихревые токи. Данное обстоятельство вызвано общим повышением электрического сопротивления данного типа стали в сравнении с отдельными марками, для которых легирование кремнием не было проведено. 

Химический состав трансформаторного железа

Наличие кремния в повышенном количестве будет способствовать тому, что снижается общий удельный вес оксидов железа. Вместе с тем (и это показали практические исследования структуры металла), имеет место и некоторый рост индукции насыщения Bs данного состава железа. Если увеличить процентное содержание кремния на уровень порядка 6,4%, то в трансформаторном железе индукция насыщения будет отмечена с максимальной величиной. Однако, стоит указать следующие характерные особенности состава:

• По химическому составу, электротехническая стать остается металлом легированной группы, содержание кремния в котором установлено не более чем 4,8%;
• При росте самой концентрации Si, наблюдаются некоторые ухудшения механических характеристик, сильно страдает показатель хрупкости, чего нельзя допустить, в противном случае, при чрезмерном добавлении данного элемента, сталь будет просто непригодной к эксплуатации в составе различного оборудования;
• Наряду с кремнием, для увеличения прочности добавляют также незначительное количество алюминия, уровень которого составляет в пределах 0,5%, не более, что указывается в наименовании структуры металла.

Собственно, по критериям химического состава, данный вид железа можно условно подразделить на две отдельные группы – динамную и трансформаторную.

 

 

Отнесение конкретной марки сплава к одной из этих категорий зависит от того, имеет ли место содержание отдельных легирующих примесей и насколько большим является их количество. В отношении динамной стали отмечается, что количество кремния установлено на уровне не более 0,8-2,5%, в то же самое время, чистое трансформаторное железо уже включает в себя в среднем порядка 3,0-4,5%, что также влияет на срок службы и особенности эксплуатации конкретного оборудования. 

Отличительные особенности изотропной и анизатропной сталей

Опираясь на сказанное выше, стоит отметить, характеристики самого легированного соединения железа слишком прямо зависят от процентного содержания кремния в структуре сплава.

Вторым же фактором является непосредственно внутренняя структура, образование которой имеет место в рамках производственного процесса. Важно отметить, как холоднокатаная, так и горячекатаная стали имеют различные по размеру ячейки. Для тех металлов, которые имеют крупнокриссталическую решетку, отмечается большая магнитная проницаемость, но значительно меньший показатель коэрцитивной силы (относительно групп металлов, имеющих мелкокристаллическую решетку). Размер зерна варьируется посредством применения в процессе производства термической и механической обработки.

Учитываются следующие особенности производства:

• Проведенный отжиг стали будет способствовать последующему понижению показателей внутреннего напряжения в металле. Данное обстоятельство будет приводить к тому, что количество кристаллов, которые образуют его структуру, будет неизменно возрастать;
• В свою очередь, горячая прокатка стали не может создать достаточно устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри самого металла, она остается хаотичной;
• Согласно исследованиям механических характеристик данной изотропной стали, она не может создавать устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри металла, в результате чего, она остается хаотичной. В конечном счете, сталь может характеризоваться независимостью своих магнитных свойств от направления движения частиц.

Если попробовать использовать технологию повторной холодной прокатки стали, то можно добиться определенной текстурованной структуры, с четко выраженной пространственной ориентацией кристаллических элементов в трансформаторном железе. В конечном счете это позволит гарантировать получение анизотропной стали, в рамках которой ребра решетки всех кристаллов установлены непосредственно в направлении последующее прокатки. Если попробовать расположить саму анизотропную сеть в строго правильном направлении, достигается высокая магнитная проницаемость, вместе с тем понижается и показатель коэрцитивной силы.

Само по себе производство данного сплава налажено в виде своеобразного листового проката, который предусматривает ширину одной полосы в пределах 240-1000 мм. Также, данный металл выпускается отдельными листами или же рулонами, длина которых может существенно варьироваться, в пределах 720-2000 мм. Отличается в данном случае и толщина листа, которая может начинаться с показателя в 0,05 мм и заканчиваться значением в 1,0 миллиметр. Лист очень тонкий, при его транспортировке обеспечиваются все необходимые меры предосторожности. Показатели толщины позволят выбрать оптимальное значение для конкретного случая эксплуатации. Помимо прочего, классификация всех электротехнических сталей предусматривает наличие отдельных типов – сортовой и резанной ленты.

Форма трансформаторного железа

Рассматривая структуру трансформатора, можно отметить наличие множества пластин, которые носят вид букв «Е» или «Ш» (в перевернутом виде). Как раз эти пластины и изготавливаются из того самого трансформаторного железа, их можно было видеть в огромном количестве разбросанным по дворам. Появлялись такие элементы после разбора и ремонта трансформаторов, сердцевина которых просто была невостребованной.

Выделяют четыре отдельные маркировки трансформаторного железа, которые проставляются в виде отдельных цифр на пластине. К примеру, первая цифра устанавливает состояние структуры металла, соответствующий класс его прокатки. Вторая цифра отображает уже процентное соотношение количества Si, которое входит в сплавжелеза, третья позволяет определить сами электромагнитные характеристики, которые присущи данному материалу. Последние цифры в маркировке позволяют увидеть количественное значение всех указанных выше характеристик, особенное значение уделяется показателям из третьего пункта.

Важно четко понимать, какие именно характеристики требуется принимать к сведению, чтобы не ошибиться в своем выборе.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

Электротехническая сталь — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Трансформатор с шихтованным магнитопроводом из электротехнической стали

Электротехни́ческая сталь, также имеет названия динамная сталь, трансформаторная сталь, кремнистая электротехническая сталь — сплав железа обычно с кремнием, иногда легированный алюминием, готовый продукт выпускается в виде тонких листов толщиной от 0,05 до 2 мм.

Магнитомягкий ферромагнитный материал. Имеет улучшенные ферромагнитные свойства для применения в знакопеременных магнитных полях.

Используется при изготовлении магнитопроводов различного электротехнического оборудования — электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, магнитопроводов реле, феррорезонансных стабилизаторов напряжения и др.

В зависимости от требуемых свойств, электротехническая сталь содержит различное количество кремния. В зависимости от технологии производства электротехнические стали разделяют на холоднокатаные (изотропные или анизотропные; количество кремния до 3,3 %) и горячекатаные (изотропные; количество кремния до 4,5 %). Нередко в качестве легирующей добавки в электротехнической стали может содержаться алюминий (до 0,5 %). Иногда электротехнические стали условно разделяют на динамную (изотропную), трансформаторную (анизотропную), релейную (изотропную, нелегированную).

Электромагнитные свойства[править | править код]

Как правило, электротехнические стали стараются выполнить:

Относительная магнитная проницаемость μ/μ₀ электротехнической стали сильно зависит от величины приложенного поля. К примеру, сталь электротехническая сернистая Э43 в слабых полях имеет μ/μ₀ = 600—1000, в средних полях — до 11000.^[2]

Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05—1 мм. Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и индукцией), изотропностью свойств (разницей в значениях свойств металла вдоль и поперёк направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами покрытия. Снижение удельных потерь в стали обеспечивает уменьшение потерь энергии, а повышение максимальной индукции стали позволяет уменьшить габариты, снижение анизотропии свойств улучшает характеристики устройств с вращающимися магнитопроводом. Электротехническая сталь обычно поставляется в отожжённом состоянии. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800—850°С. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжённом виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.

Для изотропной тонколистовой электротехнической стали в различных странах приняты следующие стандарты: ГОСТ 21427.2-83, ASTM A677/A677M-89, EN 10106-96.

• Лит.: Дубров Н. Ф., Лапкин Н. И., Электротехнические стали, М., 1963; Дружинин В. В., свойства электротехнической стали, 2 изд., М., 1974.
• Электротехническая сталь — статья из Большой советской энциклопедии. 
• ГОСТ 3836-83 Сталь электротехническая нелегированная тонколистовая и ленты. Технические условия.
• ГОСТ 21427.1-83 Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия.
• ГОСТ 21427.2-83 Сталь электротехническая холоднокатаная изотропная тонколистовая. Технические условия
• Дружинин В. В. Магнитные свойства электротехнической стали/В. В. Дружинин. — М.: Энергия, 1974—240 с.
• Казаджан Л. Б. Магнитные свойства электротехнических сталей и сплавов / Под. ред. В. Д. Дурнева. — М.: ООО «Наука и технологии», 2000—224 с.

Марка трансформаторного железа. — Комплектующие и компоненты

В два провода — изолированно — изоляцией служит слой лака. при тех 2в ( ну макс. 10 В ) на 50 витках — вполне достаточно. Можно включить провода последовательно, т.е. эквивалент 100 витков — и добавить параллельно к трем параллельным обмоткам по 100 вит — т.е. 4 параллельные обмотки. Все это необходимо для снижения активного сопр. вторички — допустим итоговое будет равно 0.2 Ом. Умножаем на квадрат коэфф. трансформации, допустим К = 25 .Получим приведенное = 125 ом — т.е на столько вырастает значение Ra, да плюс омическое первички — скажем 250 ом — имеем Rа = 4000 +125+250 = 4375 — почти на 10 % больше расчетного. Т.е в итоге и вых мощность упадет. и лампа получается чуть в другом режиме. Поэтому при расчете надо заложить Rа = 3600 ом — в итоге получим то , что хотели — и мощность достаточна, и лампа в запланированном режиме.

Насчет марок стали : применять-то можно все, результат будет разным. Полезно стремится к лучшему, а жизнь обычно накладывает свои коррективы. Я применял, кроме Ш железа и разные ТС, ТП, ТПП. Для 6П14П — сгодится сердечник ШЛМ 25*40, окно 15*44 — допустим, от ТП210 или ТПП287. .сейчас буду мотать на подобном — правда для пары 6Ф6С, но не суть, Ra = 3.5 ком, ток = 70-90 ма, провод 0.236 по меди, должно влезть около 3600 первички. А дальше видно будет.

Кстати, если не проблема изготовить каркасы — одного ТСШ170 — хватит на оба канала ( располовинить ) по 8-9 квадрат для каждой 6П14П — хватит, и окно 19*53 — приличное.

ТС 180 — рекомендовать язык не поворачивается, для 6п14п — проблемно, низка индуктивность, перематывать — так провода на один ТС 180 уйдет столько, что хватит, скажем на ЧЕТЫРЕ! ОСМ-0.1! ТС 80 ( у меня есть ТП-100) — ПЛ 21*32, окно 23*60 — хорошо на двухтакты. Товарищ несколько уже сделал — и на ел84, и 6п6с, и 6с19п . Просто иногда попадаются ТС60 — на таком же железе, — посчитайте сами, что за сталь, если в питании снизили передавемую мощность на 40 %. Но если другого вообще нет, и в ближайшую пятилетку не предвидится — можно использовать и такое, в соответствующее число раз увеличив число витков и снизив максимальную индукцию. Но сопротивление провода-то возрастет , толстый — в окно не влезет, вот и снизится КПД. Поэтому каждый для себя решает сам, в соответствие со своими возможностями.

Удачи.

Железо для тороидального трансформатора — Морской флот

Основным элементом блока питания является трансформатор. Иногда его можно приобрести в специализированных магазинах, на радиорынке либо через интернет. Но чаще всего трансформатор с необходимыми параметрами купить не удается. Для изготовления трансформатора самостоятельно вначале нужно определиться с типом железа. Наиболее распространены трансформаторы из Ш-образных пластин. Вместе с тем, трансформаторы на тороидальном железе (бублик из железной ленты) в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин имеют меньший вес и габариты. Также торы отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД. При равномерном распределении обмоток по периметру тороидального сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформатора. Хотя при построении качественного усилителя экраном пренебрегать не стоит.

Кроме этого, даже на самом лучшем железе при индукции 15000 Гс в тороидальном трансформаторе ток намагничивания имеет форму импульсов с пикфактором 5. 50. Это является источником мощных помех с довольно широким спектром. Более-менее синусоидальным ток х.х. становится при индукции менее 6000 Гс для стали 3410 и 8000. 9000 Гс для 3425. Пониженная индукция заметно удорожает и утяжеляет трансформатор, что для серийной аппаратуры крайне нежелательно. Однако, для снижения помех в усилителе мощности звуковой частоты имеет смысл идти на снижение индукции в трансформаторе блока питания. В данном случае работает правило — «Чем меньше индукция, тем лучше».

Для расчета параметров тороидального трансформатора очень удобно пользоваться калькулятором. Он позволяет быстро посчитать параметры трансформатора, имея в наличии готовый тор. Для Hi-End УМЗЧ рекомендуется индукцию в сердечнике из российского (советского) железа не выбирать более 1,0 Тл. Для импортного железа (тор из старого ИБП) допустимо 1,2 Тл. В таком случае будет получена низкая магнитная наводка и минимальный акустический шум от трансформатора.

Перед намоткой тороидального трансформатора необходимо подготовить выбранный сердечник: вначале снять фаску полукруглым напильником со всех острых краев бублика, затем по торцу тора обвести карандашом и вырезать из плотной бумаги (открытки) щечки, приклеить щечки на боковинки тора, обклеить внешнюю и внутреннюю сторону сердечника обычной бумагой. Возможны другие варианты изоляции сердечника. Главное предотвратить возможное замыкание первичной обмотки на сердечник трансформатора в результате возможного продавливания изоляции и повреждения лака обмоточного провода на острых краях тора при намотке.

Для намотки тороидального трансформатора я использую челнок из дерева или текстолита на концах которого делаю вырезы в виде ласточкиного хвоста. Челнок легко изготовить из деревянной ученической линейки длиной 20 – 30 см. А чтобы она не треснула вдоль при намотке на нее моточного провода «ласточкин хвост» укрепляется бумажным скотчем (3 – 4 витка в поперек). При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить широко распространенный моточный провод ПЭВ-2 или ПЭТВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06-0,12 мм или батистовая лента, я же использовал фторопластовую пленку.

После намотки расчетного количества витков первичной обмотки желательно измерить ток холостого хода трансформатора. Для этого подключаем тестер последовательно с первичной обмоткой в режиме амперметра. Для избегания всяких ЧП последовательно с первичкой можно включить лампочку на 220 В и мощностью 40 Вт. Лампочка будет гореть если число витков мало. Если транс намотан правильно, то нить накала должна иметь розовый оттенок. Тороидальный трансформатор имеет большие пусковые токи, в момент запуска перегрузки могут достигать 160 раз. Поэтому запуск трансформатора необходимо делать не через тестер, а при помощи «перемычки», которая потом размыкается и ток начинает течь через тестер.

Для измерения тока холостого хода я использую следующую схему:

Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включаю резистор номиналом 10 Ом, подаю напряжение сети и замеряю на нем падение напряжения. Соответственно ток холостого хода равен I=U/R. В моем случае 0,045 В / 10 Ом = 0,0045 А. или 4,5 мА.

Норма тока холостого хода для каждого трансформатора индивидуальна и обычно не превышает 50 мА при напряжении 220 В. Здесь основное правило — «Чем ниже ток х.х., тем лучше», тем форма тока холостого хода больше похожа на синус.

Для тороида в блоке питания УМЗЧ ток х.х.:

• 20-30 мА — «удовлетворительно»,
• 10-20 — «хорошо»,
• меньше 10 мА — «отлично».

Для вычисления количества витков первичной обмотки любым подручным проводом (в моем случае мгтф) наматываю вторичную обмотку, подав сетевое напряжение на первичную обмотку замеряю напряжение на вторичной обмотке.

У меня на 4 витках вторички тестер показывает 0,581 В. Соответственно количество витков первичной обмотки будет равно: U сети х N вторички / U вторички. На момент измерений в сети было 230 В. В цифрах получаем: 230 В х 4 витка / 0,581 В = 1583 витка.

Еще пару слов о намотке трансформатора. В целях максимального уменьшения помех, излучаемых тороидальным трансформатором, необходимо равномерно заполнять моточным проводом каждый слой обмоток. Если первую половину обмотки вы укладывали витки вправо, то вторую половину обмотки витки необходимо укладывать влево, не меняя при этом направление укладки самих витков вокруг сердечника. Если необходимо намотать две одинаковые обмотки (характерно для УМЗЧ) на шпулю сматвается двойной провод, а затем со шпули укладываются витки двух вторичек одновременно, как показано на фото.

В моем случае три слоя первички уложены в одну сторону, и еще три слоя в другую. Выводы первички сделаны как можно ближе друг к другу. Две вторички намотаны аналогично, два слоя укладывались в одну сторону и еще 2 слоя в другую. С соблюдением данных правил мною был изготовлен тороидальный трансформатор мощностью 120 Ват для усилителя Василича с N-канальным выходным каскадом Алексея Никитина, обеспечивший минимальные наводки на входные цепи УМЗЧ.

Буду рад если мой опыт изготовления тороидальных трансформатором будет полезен Вам.

На сегодняшний день многие домашние электрики задумываются о том, как сделать тороидальный трансформатор. Этот спрос на него обеспечен тем, что он имеет сердечник, который значительно лучше по сравнению с другими. Он имеет меньший вес, который может отличаться в полтора раза. Также и КПД этого трансформатора будет значительно выше.

Вот основные причины, которые останавливают многих мастеров при его изготовлении:

1. Достаточно сложно найти подходящий сердечник.
2. Его изготовление занимает много времени.

Тороидальный трансформатор и его расчет

Для того чтобы значительно облегчить расчет тороидального трансформатора вам необходимо знать следующие данные:

1. Выходное напряжение, которое будет подаваться на первичную обмотку U.
2. Диаметр сердечника внешний D.
3. Внутренний диаметр сердечника d.
4. Магнитопровод

Площадь поперечного сечения S будет определять мощность трансформатора. Оптимальным значением на сегодняшний день считается 45-50 см. Рассчитать это значение достаточно просто и сделать это можно с помощью формулы:

Наиболее важной характеристикой сердечника считается площадь его окна S. Этот параметр будет определять интенсивность отвода избытков тепла. Оптимальное значение этого параметра может составлять 80-100 см. Вычисляется он по формуле:

Благодаря этим значениям вы легко рассчитаете его мощность по формуле:

P = 1,9 * S_c * S_{, где Sc и S необходимо брать в квадратных сантиметрах, а P получится в ваттах. Затем вам потребуется найти число витков на один вольт:}

Когда значение k вам станет известным, то можно будет рассчитать количество витков во вторичной обмотке:

Производить расчеты лучше, если в качестве исходного значения использовать напряжение на вторичной обмотке:

W₁ = (U₁ * w₂) / U₂, где U₁ – это напряжение, которое подводят к первичной обмотке, а U₂ снимаемое со вторичной.

Сварочный ток проще всего регулировать с помощью изменения числа витков в первичной обмотке, так как здесь существует меньшое напряжение.

Изготовление тороидального сердечника

Тороидальные трансформаторы содержат в своей конструкции сложный сердечник. Лучшим материалом для его изготовления считается трансформаторная сталь. Для того чтобы изготовить сердечник тороидального трансформатора вам необходимо использовать стальную ленту. Ее необходимо свернуть в рулон, который будет иметь форму Тора. Если у вас уже есть такая форма, то никаких проблем возникнуть не должно.

Если значение внутреннего диаметра d будет недостаточным, то часть ленты необходимо отмотать. В результате этого у вас возрастут оба диаметра, и увеличится площадь всей поверхности. Правда при этом у вас может уменьшиться площадь поперечного сечения.

Хороший готовый сердечник вы также можете найти на лабораторном автотрансформаторе. Вам следует перемотать его обмотки. Измерительные трансформаторы имеют более простой сердечник.

Еще к одному способу изготовления тороидального сердечника относят использование пластин от неисправного промышленного трансформатора. Сначала из этих закрепок вам потребуется изготовить обруч. Его диаметр должен составлять 26 см. Внутрь этого обруча необходимо постепенно вставлять пластины. Следите за тем чтобы они не разматывались.

Если тороидальный трансформатор наберет необходимое сечение, тогда его магнитопровод готов. Для увеличения S _{вам необходимо сделать два тороида. Они должны иметь одинаковые размеры. Их края необходимо будет закруглить с помощью напильника. Из картона необходимо сделать два специальных кольца и две полоски для Тора. После их наложения все элементы следует обмотать изоляционной лентой. Теперь ваш магнитопровод готов.}

Намотка тороидального трансформатора

Намотка тороидального трансформатора – это достаточно сложный процесс, который занимает много времени. Тороидальный трансформатор имеет одну из наиболее сложных намоток. Наиболее простым способом считается использование специального челнока. На него следует намотать провод нужной длины и затем его через отверстия. Он имеет сложную конструкцию, но это не влияет на принцип работы трансформатора тороидального. После пропуска через челнок у вас начнет формироваться соответствующая обмотка.

Челнок обычно изготавливается из дерева. Его толщина составляет 6 мм длина 40 см, а ширина 4 см. В его торцах вам следует сделать полукруглые вырезы. Для оценки его длины вам необходимо намотать провод на челнок, а значение умножить на количество витков. В этом случае запас должен составлять 20%.

Намотку необходимо делать с помощью кругового челнока. В качестве заготовки вам могут послужить согнутые пластмассовые трубы или обруч. Обруч необходимо распилить в одном месте и продеть его сквозь внутреннее окно сердечника. Провод в нескольких местах следует зафиксировать изолентой. Она не даст вашему проводу рассыпаться.

Надеемся, что благодаря этой статье вы самостоятельно сможете изготовить тороидальный трансформатор своими руками.

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

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

Виды трансформаторов

В зависимости от формы магнитопровода различают три вида трансформаторов:

• Броневой. Имеет квадратную форму с двумя боковыми, одним центральным и двумя поперечными стержнями. При этом эффективно используется только центральный стержень. Именно на него надевается обмотка. Поэтому КПД данного устройства не очень высокое. Образует два витка магнитного поля. Данный трансформатор рассчитан на большие нагрузки. Этим объясняется его очень большой вес.
• Стержневой. В каком-то смысле похож на первый вид. По форме это половинка от броневого магнитопровода. Имеет в своём составе два боковых сердечника и два поперечных. Магнитное поле одновитковое, и, как следствие, мощность у него меньше. КПД у такого трансформатора составляет 40%.
• Тороидальный. Своё название получил за счёт оригинальной формы. В математике существует такое понятие, как тороидальная поверхность. Если говорить проще — это объёмный круг или форма бублика. Благодаря такой форме магнитопровода тороидальные трансформаторы имеют самый высокий уровень КПД, приближающийся к 100%. Поэтому такие трансформаторы всегда имеют меньшие размеры при одинаковой мощности, по сравнению с другими видами. Ввиду того, что обмотки равномерно распределяются по всей площади сердечника, происходит более эффективное охлаждение витков. Что, в свою очередь, позволяет максимально нагружать такие устройства без возникновения опасности перегрева.

Материалы пластин

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

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

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

Тороидальный трансформатор своими руками

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

Преимущества и недостатки тора

Тор обладает несомненными достоинствами по сравнению с другими видами:

• Относительно небольшие размеры.
• Очень сильный выходной сигнал.
• Обмотки имеют маленькую длину, и, как следствие, эти устройства характеризуются небольшим сопротивлением и очень высоким КПД.
• Благодаря своей форме легко устанавливаются и также легко демонтируются в случае необходимости.

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

Расчет мощности тороидального трансформатора

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

Мощность будущего трансформатора рассчитывается по следующей формуле:

U — напряжение холостого хода

cos f — коэффициент мощности, равный 0.8

n — коэффициент полезного действия, равный 0.7

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

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

U — напряжение тока на первичной обмотке.

I — ток вторичной обмотки, или сварочный ток.

S — площадь сечения магнитопровода.

Количество витков на вторичной обмотке вычисляется по следующей формуле:

Тороидальный сердечник

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

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

Особенности намотки тора

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

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

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

Приспособления для намотки

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

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