Как сделать понижающий трансформатор?

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 см2.

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 мм2, 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.

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.

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.

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.

1. Несколько важных моментов, которые необходимо знать, перед тем как приступить к намотке трансформатора;

2. Как определить первичную обмотку?

3. Перемотка трансформатора своими руками. Практический пример;

4. Методика перемотки вторичных обмоток трансформатора.

Если у Вас возникла необходимость в блоке питания с нестандартным напряжением, а нужного не нашлось, то не расстраивайтесь – его можно изготовить самостоятельно! Если это не импульсный блок питания, то одним из важных элементов БП будет являться качественный трансформатор. Трансформатор под необходимые напряжения можно сделать своими руками, зачастую, при соблюдении всех правил намотки, самодельный трансформатор будет намного лучше, чем заводского изготовления.

Для намотки трансформатора существует упрощенные методы расчета, которые вполне хорошо себя зарекомендовали в радиолюбительской деятельности. Как намотать трансформатор с нуля по одному из таких методов мы поговорим в следующих статьях, а в этой затронем лишь пошаговую перемотку трансформатора с уже имеющейся первичной обмоткой. Так что перед прочтением объемной статьи заварите пару чашек кофе/чая и наберитесь терпения 🙂

Далее будут перечислены 6 наблюдений из собственного опыта, которые следует учесть перед началом работы.

Несколько важных моментов, которые необходимо знать, перед тем как приступить к перемотке трансформатора:

1) Перед измерением напряжений вторичных обмоток не лишним будет и измерить напряжение в сети 220В (запишите в блокнот, при каком напряжении производились измерения). Изменение значения питающей сети приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформатора.

Перепады напряжения сети происходят, в основном, от её загруженности потребителями в вашем доме в зависимости от времени суток. Подобная ситуация наблюдается при смене подстанций. Например, напряжение сети 220В у Вас дома, на даче или на работе может быть разным. Так же просадка напряжений на вторичных обмотках может быть из-за качественных показателей трансформатора.

Упомянуто это обстоятельство было по той причине, что мне пришлось при конструировании анодно-накального трансформатора учитывать данный факт и делать дополнительные отводы на вторичной обмотке (можно и на первичной, под определенное напряжение сети). Трансформатор предназначался для испытателя радиоламп и было важно обеспечить прибор определенными питающими напряжениями. При несоответствии величины требуемого напряжения подключались питающие провода на другие отводы вторичных обмоток трансформатора.

2) Все действия с включенным в сеть 220В трансформатором необходимо производить с подсоединенной лампочкой накаливания 60-80Вт в разрыв одного провода, между сетевой вилкой и трансформатором. Лампочка выступает в роли предохранителя. Если вдруг Вы неправильно скоммутировали обмотки и произойдёт короткое замыкание в обмотках, то лампочка загорится и предотвратит последствия ошибки, если все хорошо, то лампочка не будет светиться. После того, как удостоверились, что все в порядке, лампочку можно исключить.

3) Еще один нюанс касаемо трансформаторов заводского изготовления. Нередко, чтобы снизить затраты на производство в целях экономии медной проволоки, на заводе недоматывают первичную обмотку, вследствие чего трансформаторы работают с повышенной индукцией. В этих случаях магнитопровод трансформатора будет на гране насыщения: гудеть, сильно греться и иметь большой ток холостого хода. Так же выходные напряжения будут сильно просаживаться под нагрузкой. Ведь величина тока ХХ один из важных показателей качественного трансформатора. Чем меньше ток ХХ, тем лучше.

Чтобы замерить ток холостого хода в цепь первичной обмотки включают микроамперметр. Микроамперметр подсоединяют последовательно к одному проводу между сетевой вилкой и самим трансформатором, при этом нагрузка на вторичных обмотках должна быть отключена. В зависимости от габаритной мощности трансформатора определяют соответствие приемлемого тока ХХ для этого трансформатора.

4) При сборке трансформатора в обязательном порядке необходимо изолировать стягивающие шпильки диэлектриком (кембрик, бумажная трубочка) от пластин магнитопровода. Так же плотно без зазоров собрать пакет пластин магнитопровода.

Плохо собранный трансформатор может свести на нет правильный расчет обмоток трансформатора, увеличив тем самым вихревые токи (токи Фуко), а они приведут к большому току холостого хода со всеми его «прелестями».

5) При перемотке трансформатора следует взять в расчет заполняемость окна магнитопровода медной проволокой. Может возникнуть ситуация, когда неправильно выбранный магнитопровод с маленьким окном не позволит намотать необходимое количество витков проволокой рассчитанного диаметра. Почти во всех советских брошюрах или пособиях для радиолюбетелей по намотке приводятся формулы по расчету заполняемости окна магнитопровода.

6) Количество намотанных витков проволоки в обмотке можно примерно узнать, не разбирая трансформатор. Для тороидальных трансформаторов все намного проще по подсчету витков на вольт. Достаточно намотать на «бублик» поверх всех обмоток несколько витков изолированного провода, включить трансформатор в сеть и замерить напряжение.

Для Ш-образных почти все так же, но при условии, что есть зазор между магнитопроводом и катушкой. Если есть возможность продеть провод и обмотать его вокруг катушки трансформатора, то в этом случае можно аккуратно просунуть гибкий изолированный длинный провод в зазор и сделать несколько витков (на сколько провода хватит). Укладку провода на катушке необходимо сделать плотно, ровными витками друг к другу. Концы только что сделанной обмотки расправить, чтобы они не закоротили. Остаётся только вставить сетевую вилку в розетку и замерить напряжение мультиметром.

Напряжение будет соответствовать количеству сделанных проводом витков. Дальше вступают простые законы математики по вычислению количества витков на один вольт. Считаете, сколько намотано витков, и измеряете напряжение, далее вычисляете, сколько необходимо витков для одного вольта. Затем перемножаете полученное количество витков (на один вольт) на требуемое напряжение в обмотке — все просто!

Как определить первичную обмотку?

Если Вы не знаете, как подключить трансформатор, то первым делом необходимо найти первичную обмотку. Первичную обмотку в понижающем трансформаторе можно определить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления. В большинстве случаев сетевая обмотка имеет самое высокое сопротивление, так как намотана на большое количество витков.

Обратите внимание, что первичная обмотка в маломощных трансформаторах наматывается тонким обмоточным проводом и располагается (как правило, но бывают исключения) ближе всех к стержню магнитопровода. Рассмотрите контактные лепестки на каркасе катушки трансформатора, концы обмоток выходят наружу и запаиваются на лепестки контактов. Так можно визуально оценить толщину проволоки и какие выводы обмоток находятся ближе всех к внутренней стороне каркаса катушки.

Так же с большим сопротивлением может быть и высоковольтная анодная обмотка в повышающем анодно-накальном трансформаторе, но в любом случае необходимо проверять через лампочку и замерять напряжение на других обмотках. Например, на накальную обмотку подать напряжение 6,3В и замерить напряжение на других обмотках. Сетевая (первичная) обмотка намотана на 220-230В, на ней должно быть примерно такое же напряжение.

Определить обмотки можно с помощью мультиметра в режиме «прозвонка» (так же измерение сопротивления). На контактной площадке катушки трансформатора ставите щуп на один лепесток и поочередно вторым щупом дотрагиваетесь до других лепестков. Когда находите второй конец обмотки, то мультиметр звуковым сигналом (показаниями сопротивления на экране) оповещает Вас об этом. Таким образом «вызваниваете» обмотки. Чтобы не запутаться следует предварительно срисовать расположение контактов на катушки и помечать в процессе определения обмоток на замыкание. Если обмотка имеет несколько выводов, то начало и её конец можно узнать по наибольшему сопротивлению для данной обмотки (средняя точка будет иметь среднее значение сопротивления).

Выполнив несложные действия с определением обмоток, Вы самостоятельно сможете подключить неизвестный Вам трансформатор. С этим намного проще, если на катушках трансформатора указана заводская маркировка. В этом случае по информации из справочника можно определить параметры и нумерацию выводов обмоток трансформатора.

Перемотка трансформатора своими руками. Практический пример

Теперь, уяснив некоторые моменты, о которых нужно знать, приступаем к перемотке трансформатора. Далее будет описан пример перемотки в «живом формате рассказа», если бы я под диктофон записывал в хронологическом порядке все свои действия для Вас :). Итак, кнопка «Запись» включена, пленка кассеты с характерным шуршанием наматывает пленку с одной катушки на другую. Вечер, на столе горит настольная лампа, а в воздухе витает запах канифоли … 🙂

Друг попросил собрать двуполярный источник питания для питания синтезатора «Юность-21». Необходимо было получить на выходе стабильные +/- 10 вольт. В своих радиолюбительских запасах специфического трансформатора не нашлось. Решено было самостоятельно изготовить под необходимые параметры. За основу переделки был взят трансформатор броневого типа с Ш-образным магнитопроводом, ранее работавший в блоке питания одноканального усилителя. По предварительным подсчетам общая нагрузка на трансформатор в усилителе составляла 3А, что соответствовало с запасом для нагрузки проектируемого блока питания.

Взяв во внимание габаритную мощность трансформатора и толщину проволоки вторичной обмотки, прикинул, что первичная обмотка должна быть намотана проволокой подходящего диаметра (замеры микрометром после смотки вторичной обмотки это подтвердило). Измерение тока холостого хода так же подтвердило пригодность выбранного трансформатора (не нужно было доматывать первичку). Оставалось лишь разобраться с вторичной обмоткой.

Для двуполярного блока питания необходимо иметь две симметричные обмотки рассчитанные на 1 Ампер нагрузки (на трансформаторе под переделку они уже имеется). Подключаем трансформатор в сеть 220В и замеряем напряжения на отводах обмоток. Полученные значения записываем на черновик для последующих расчетов. Далее разбираем трансформатор для его перемотки.

Откручиваем шпильки и убираем кронштейны трансформатора. Перед нами Ш-образный магнитопровод броневого типа. Он состоит из Ш-образных пластин и I-образных пластинок, которые между собой чередуются и перекладываются определенным образом.

Для облегчения процесса разбора аккуратно счищаем лак/краску. Удаление лакокрасочного покрытия (если это необходимо) производят крайне осторожно, чтобы не повредить поверхность пластин и не оставить заусенец, которые могут замкнуть между собой пластины магнитопровода. По возможности обходимся без этих манипуляций.

Важно сохранить без деформаций и повреждений все составляющие магнитопровода, так мы в последующей сборке сохраним габаритную мощность трансформатора и соберем его без особых затруднений.

Вначале необходимо удалить I-образные пластинки. Аккуратно подцепляем ножом или плоской тонкой отверткой подцепляем и вытягиваем их все. После этого поочередно вынимаем из каркаса катушки трансформатора Ш-образные пластинки.

После того, как катушку трансформатора отделили от магнитопровода, приступаем к дальнейшим действиям. Перед нами сейчас стоит задача подсчитать количество витков во вторичных обмотках. Первичную обмотку не трогаем.

Две вторичные обмотки по итогам измерения имеют одинаковые напряжения и симметричны друг другу (зеркально отображают количество витков). Узнаем количество витков одной обмотки – будем знать, сколько их у другой. После подсчета не придется сматывать полностью все витки, мы лишь подсчитаем, сколько необходимо смотать проволоки для того, чтобы получить нужное напряжение.

Такой подсчет витков нам поможет удостовериться в правильности предыдущих измерений, когда мы на катушку наматывали провод для подсчета, сколько приходится витков на один вольт

Усевшись за стол в спокойной обстановке перед собой располагаем листок бумаги, ручку (карандаш) и катушку трансформатора. Начинаем разматывать проволоку и считаем сматываемые витки. После каждых десяти сматываемых витков на листке бумаге помечаем отметкой, например, вертикальную черточку, что будет соответствовать 10-ти виткам. Так же будем поступать при намотке проволоки на катушку. Это нужно для того, чтобы не запутаться и не сбиться со счета. Так же можно использовать простой калькулятор, приплюсовывая значения витков.

Несколько советов:

-Перед работой проследите, чтобы вокруг Вас не было острых поверхностей предметов мебели, по которым может тереться или зацепиться сматываемая проволока (не повредите эмалевую изоляцию обмоточных проводов!);

-Сматывайте проволоку на отдельную катушку. Так она будет уложена ровно без повреждений, что позволит использовать её повторно;

-Так же важно аккуратно сматывать проволоку, чтобы избежать в процессе образовывающихся петель и заломов – так мы сохраним проволоку относительно ровной и не повредим эмалевое покрытие медной проволоки при её выгибании.

Методика перемотки вторичных обмоток трансформатора

У нас первая вторичная обмотка по измерениям 2,02 вольта. Сматываем проволоку и подсчитываем витки. 2,02 вольта соответствует 12 виткам. 12 витков делим на 2,02 вольта и получаем 5,94 витка на один вольт. Далее, при расчетах, напряжение, которое должны получить, мы будем умножать на 5,94 витка. Полученное значение будет равное тому, сколько нам нужно будет намотать витков, чтобы получить требуемое напряжение.

Продолжим сматывать вторую вторичную обмотку. По измерениям она соответствовала напряжению 19,08 вольт. Проверим предыдущие расчеты на практике. Вторая вторичная обмотка получилась 112 витков. 112 делим на 5,94 и получаем 18,85 вольт.

Предполагаю, что небольшое расхождение появилось за счет того, что не учитывались значения второго знака после запятой и длина проволоки для отвода второго конца вторичной обмотки. Отрезок проволоки для отвода вторичной обмотки шел под прямым углом от нижней щечки каркаса катушки к верхней. На данный отрезок так же наводиться ЭДС (примерно ¼ витка), что и отразилось на расхождении. Возможно, на один виток ошибся и не посчитал его. Данную погрешность стоит так же учитывать при проектировании трансформатора.

Сматываем третью вторичную обмотку. Стоит обратить внимание, что при измерениях третья обмотка по показаниям вольтметра имела то же значение напряжения, что и вторая вторичная обмотка. Значит, четвертая вторичная обмотка у нас соответствует напряжению первой обмотки и имеет такое же количество витков.

На выходе проектируемого двуполярного блока питания необходимо напряжение плюс/минус 10 вольт постоянного напряжения. Чтобы на выходе блока питания было 10 вольт, нужно учесть некоторые моменты, а именно падение напряжения на элементах блока питания и «просадки» в сети питания 220В. По приблизительным прикидкам трансформатор для питания схемы блока питания должен выдавать 13-14 вольт переменного напряжения. Исходя из этого, мотаем две вторичные обмотки на 14 вольт.

Третью вторичную обмотку мы пока не трогали. Третья и четвертая обмотка в сумме дает нам 21,1 вольт, а это 124 витка для двух обмоток. 14 вольт умножаем на 5,94 витка и получаем значение 83,16 – это необходимое количество витков намотки для достижения 14 вольт. От 124 витков (21,1В) отнимаем 83,16 витка (14В) и получаем 40,84 – это значение количества витков, которое следует отмотать, чтобы получить в итоге обмотку, на выходе которой будет 14 вольт. Отматываем и получаем первую необходимую вторичную обмотку.

Чтобы повысить надежность трансформатора и исключить электрический пробой лаковой изоляции проволоки, необходимо плотно обвернуть изолятором катушку поверх первой вторичной обмотки. В качестве изолятора можно взять бумагу, которой обворачивают обмотки трансформатора заводского исполнения как ТС-180 либо иных, если такой не имеется, то можно поискать у себя на кухне бумагу для запекания. Отрезаем полосу бумаги на ширину катушки трансформатора с небольшим запасом и по краям делаем надрезы «гармошкой» размером 3-4 миллиметра. Укладываем бумагу и обворачиваем ею катушку в несколько слоев (не больше 2-3).

Поверх бумажной изоляции наматываем 83,16 витка для второй вторичной обмотки на 14 вольт. Намотку делаем ровно виток к витку, стараемся повторить заводскую укладку на катушке. По окончанию намотки катушку обворачиваем изоляционной бумагой на подобие как мы делали межслойную изоляцию между обмотками.

Теперь собираем трансформатор в обратной последовательности как мы его разбирали. Не забываем изолировать стягивающие шпильки от пластин магнитопровода (после сборки можно прозвонить тестером). При стягивании пакета пластин главное соблюсти баланс, не пережать (может быть повреждена резьба или лопнет шпилька) и недотянуть гайки по резьбе. Недостаточное стягивание пластин магнитопровода может привести к гулу трансформатора и повышенному току холостого хода.

Теперь через лампочку включаем трансформатор в сеть и измеряем напряжение на концах обмоток. Возможно, придется повторить процедуру сбора-разбора трансформатора несколько раз для достижения желаемого результата.

Благодарю Вас, что осилили прочтение объемной статьи! В интернете много примеров перемотки трансформаторов, в этой статье был описан собственный опыт по перемотке трансформатора своими руками, так же не стоит воспринимать статью как научный труд.

Так же советую найти брошюры в электронном виде советского периода, где все толково и грамотно изложено по данной теме.

В следующих статьях постараюсь подробно описать расчет и намотку трансформатора с нуля, расскажу, как сделать простой намоточный станок с укладчиком для намотки трансформаторов. Успехов!