Перемотаем трансформатор своими руками

Перемотка трансформатора без разборки

Поскольку его родные обмотки меня не устраивали (в основном по допустимому току), то решил убрать все его вторичные обмотки и намотать свои. Процесс сопровождался множеством «открытий» и ставящих в тупик вопросов, в процессе решения которых собралось много полезных деталей, которыми захотелось поделится с такими же новичками в этом деле, как и я.

В статье есть видео с подробностями некоторых этапов.

В чем мне здесь несправедливо повезло:

1. Было свободное время и никто не мешал.
2. Было много разных старых запасов, в т.ч. медного провода нужной длины.
3. Много информации в Интернет (особенно по части теории).

Заратустра меня простил.

Видео перемотки трансформатора

Время разных этапов этого видео:

26 мин 28 сек — экран из фольги между первичкой и вторичкой

27 мин 52 сек — как правильно последовательно соединить обмотки

36 мин 43 сек — как узнать направление витков при помощи батарейки и мультиметра

44 мин 14 сек — расчет и намотка новой вторичной обмотки

1 ч 24 мин 20 сек — просадка сетевого напряжения и другие потери

1 ч 30 мин 01 сек — ток холостого хода

1 ч 32 мин 14 сек — пайка алюминия

1 ч 33 мин 42 сек — итог

Исследование модифицируемого трансформатора

Трансформатор ТСА-30-1 оказался намотан алюминиевым проводом (буква «А» как раз означает алюминий).

Информации о нем в Интернет, к счастью, было достаточно, хотя реальность не совпала с найденным на него паспортом. По паспорту одна из обмоток должна была быть вроде бы как медной (провод ПЭВ-1, не имеет буквы «А» в названии как другие — ПЭВА), и я планировал ее не трогать, но в процессе работы оказалось, что эта обмотка тоже алюминиевая. Поэтому я ее тоже удалил. Т.е. осталась нетронутой только первичная обмотка.

Экран из алюминиевой фольги

В процессе разборки, я из любопытства отмотал немного пропарафиненной бумаги над первичной обмоткой хотел на нее посмотреть, и натолкнулся на один виток фольги, который присутствовал между первичной обмоткой и вторичной. Этот виток фольги шел внахлест вместе с бумагой, т.е. он не замыкался, и только один из концов был отрезком медного провода соединен точечной сваркой с корпусом. Такое разделение используют в качестве экрана от помех, хотя по поводу его эффективности идут споры. Трансформатор советский и экран был заложен на заводе изготовителе — я его трогать не стал.

Направление витков

Витки на трансформаторе были намотаны на разных катушках (левой и правой) абсолютно одинаково (не зеркально, а именно одинаково). В дальнейшем стало понятно, что такая намотка сделана исключительно для удобства при последующем последовательном соединении обмоток с разных катушек. Видимо, по той же причине направление разных вторичных обмоток чередуется. В этом случае перемычки между обмотками при последовательном соединении просто удобнее ставить с одной стороны.

Металлические клеммы

Клеммы этого трансформатора очень трудно паять и лудить, поскольку они судя по-всему сделаны не из меди. Медь, чем лучше ее прогреешь, тем лучше она паяется, а у стальных (?) клемм прогрев приводит к скатыванию припоя в шарик и его перетеканию с клеммы на жало паяльника. Нужно ловить один из начальных моментов прогрева, чтобы припой остался на клемме в приемлемом виде.

В исследуемом трансформаторе было тяжело вдвойне, т.к. к металлическим клеммам был припаян алюминий. Пришлось использовать для пайки ортофосфорную кислоту с последующей промывкой водой и сушкой на радиаторе.

Первичная обмотка

В этом трансформаторе две катушки, и каждая обмотка разделена на две равные части, которые намотаны на каждую из двух катушек, с последовательным соединением. Считается, что так выше КПД — равномернее нагрузка.

Первичная обмотка состоит из двух по 110v на каждой катушке, соединенных последовательно перемычкой. Кроме того к каждой из обмоток последовательно присоединена небольшая добавочная обмотка, которую я отсоединил и использовал в своих целях (превратив таким образом во вторичную). Напряжение этой добавочной пары — около 36v (при 230v в сети).

Расчет вторичной обмотки трансформатора

Главная ошибка которую я допустил — расчитывал вторичную обмотку, исходя из напряжения в сети 220v. Между тем, напряжение в сети в пиковые нагрузки может проседать до 185v, — это почти на 20% ниже положенного! Поэтому, рассчитывая вторичную обмотку, надо исходить из этого показателя — не 220, а например 180. Иначе можно сильно просчитаться.

При расчете напряжения в трансформаторе блока питания следует учитывать:

Минимальное напряжение в сети

180 V

Падение напряжения на диодном мосту — более 2 V

Падение напряжения на стабилизаторе — например 3 V

Просадку напряжения на вторичных обмотках при увеличении тока нагрузки (умножаем в среднем на 1,02 — 1,06, в зависимости от предельного тока)

На рисунке ниже — напряжение на одном элементе диодного моста KBU801 при токе 8 A доходит до 1,08 V. Т.е. на всем мосту падение напряжения будет более 2 V (клинуть мышью для увеличения).

Для уточнения количества витков на вольт во вторичной обмотке можно сделать временную контрольную обмотку (например 10 витков) и замерять выдаваемое ею напряжение (обязательно проверить напряжение в сети!). После чего разделить эти 10 (витков) на полученное напряжение. Таким образом получим количество витков на вольт.

ВАЖНО! Необходимо делить витки контрольной обмотки на ее напряжение, а не наоборот!

Необходимо напряжение питания 20 V при максимальном постоянном токе 2 A.

Приблизительный подсчет выглядит примерно так:

20 + 3 = 23 V (падение напряжения на стабилизаторе)

23 + 2,2 = 25,2 V (падение напряжения на диодном мосту)

17,3 V (переводим постоянное напряжение после диодного моста с конденсатором в необходимое переменное вторички)

18,4 V (учитываем просадку напряжения в обмотке при максимальном токе нагрузки)

Если у нас идет например 4,4 витка на вольт при идеальных

220 V, то при напряжении

180 V в сети, нам понадобится

18,4 * 4,4 = 81 виток (для идеального напряжения

81 * (220/180) = 99 витков (для пикового падения напряжения до

220 V в сети, вторичная обмотка, содержащая 99 витков, будет выдавать около

22,5 V
(а при просадке в сети до

180 V, необходимые

Намотка

Я наматывал одновременно четыре параллельных провода. В результате получил четыре обмотки на каждой катушке в каждом ряду. Такое количество обмоток дает возможность, соединяя их последовательно (или параллельно), комбинировать необходимое напряжение (и ток).

Для лабораторного блока питания, используемого как инструмент при работе, это наиболее удобный вариант.

ВАЖНО! Для трансформатора имеющего сердечник в виде буквы «О», с двумя катушками справа и слева (такого, как рассматривается в этой статье), лучше всего каждую обмотку разделить на две (одинаковые), намотанные на разные катушки и соединенные последовательно. В этом случае будет выше КПД.

КСТАТИ при укладке на каркас, желательно слегка выгибать провод наружу перед каждым загибом на углах, чтобы витки потом не отходили в стороны от каркаса, образуя зазор при котором ухудшается плотность намотки. Я дополнительно еще придавливал провод сосновым бруском после каждого загиба на каркасе.

Расчет длины провода.
Перед намоткой необходимо замерять ширину каркаса и ширину окна между каркасами катушек (или каркасом и сердечником).
После этого необходимо рассчитать длину провода, и учесть его диаметр (с лаковой изоляцией!). Если намотка происходит без разборки сердечника, способом продевания провода в окно, то кусок/куски провода необходимой длины нужно будет «откусить» заранее, поэтому важно не ошибиться. Если провод достаточно тонкий (например менее ᴓ 0,5 мм) и длинный, то имеет смысл сделать тонкий челнок, на который намотать провод нужной длины — так его будет легче протаскивать в окно.

У меня здесь например внутренняя длина каркаса была 54 мм, и рассчитывая уложить 52 витка провода диаметром 1мм, я не угадал — последние пол витка мне пришлось делать частично внахлест (видимо я не учел толщину лаковой изоляции).
См. рисунок (для увеличения — нажать мышью):

При расчете возможностей окна нужно учитывать суммарную толщину изоляционных прокладок из бумаги или лакоткани между обмотками.

Для точного расчета необходимой длины нужно сделать контрольный виток и замерять его длину. При этом, в каждом следующем ряду виток будет немного длиннее (скажется толщина нижнего ряда и толщина междурядной изоляционной прокладки). Надо понимать, что например при 50 витках ошибка длины в один миллиметр на виток даст погрешность 5 см на 50 витках. Также надо учесть запас на выводы (я добавлял к общей длине кусков по 10 см с каждой стороны, т.е. всего 20 см. — этого было достаточно и на выводы, и на возможную ошибку).

Направление витков

Я с трудом нашел информацию про направление витков обмотки, — для этого пришлось освежить школьный курс физики (правило буравчика и т.п.). Хотя этот вопрос неизбежно возникает у новичка.

Главное правило — направление витков обмотки не имеет значения. до тех пор пока возникает необходимость соединять обмотки друг с другом (последовательно или параллельно), либо в случае применения трансформатора в каких-нибудь устройствах, где важна фаза сигнала.

Последовательное соединение обмоток

При последовательном соединении обмоток трансформатора, нужно мысленно представить, что одна обмотка является продолжением другой, а точка их соединения — это разрыв единой обмотки, в которой направление вращения витков вокруг сердечника сохраняется неизменным (и конечно не может разворачиваться в обратную сторону!).

При этом любой вывод обмотки может быть началом или концом, а само направление вращения может быть любым. Главное, чтобы это направление оставалось одинаковым у соединяемых обмоток.

При этом, движение соединяемых обмоток сверху вниз катушки или снизу вверх не имеет значения (см. рисунок — увеличивается кликом мыши).

В трансформаторах, у которых сердечник имеет форму буквы «О», и катушки намотаны на двух каркасах справа и слева, действует те же правила. Но для простоты понимания можно мысленно «разорвать» сердечник (сверху или снизу), и представить, что он выпрямляется в один стержень, — так легче будет понять, как одна обмотка переходит в другую с сохранением направления вращения витков (по или против часовой стрелки). См. рисунок ниже (рисунок увеличивается кликом мыши).

Параллельное соединение обмоток

При параллельном соединении важна длина провода в обмотках.

Даже при одинаковом количестве витков, разные обмотки могут иметь разную длину провода (та обмотка, которая ближе к середине — будет короче, а та что дальше — длиннее). В результате этого могут возникать перетоки.

Если предполагается параллельное соединение обмоток, то лучше мотать их одновременно в два (три, четыре. ) провода. Тогда они будут одинаковой длины, что максимально исключит перетоки при их дальнейшем параллельном соединении.

Намотку в несколько проводов также используют при отсутствии провода нужного сечения (набирают большое сечение несколькими проводами меньшего).

Проверка направления витков при помощи батарейки и мультиметра

Если есть трансформатор, в котором нужно соединить две обмотки последовательно, но направление витков не видно и не известно, можно подать импульс постоянного тока от батарейки на одну из обмоток, наблюдая за скачком напряжения на другой обмотке.

Когда скачок напряжения в момент подключения батарейки на мультиметре (на второй обмотке) будет в «+», то точками соединения обмоток будут любые «+» и «-» разных обмоток (например «+» мультиметра и «-» батарейки, или наоборот). Два других конца при этом будут выводами этих обмоток после соединения (см. рисунок — кликнуть мышью для увеличения).

Направление витков на разных катушках

Повторюсь — не важно направление намотки, важно подключение обмоток.

Хотя есть одно «но». Если говорить об удобстве, то на таком типе трансформатора (с сердечником в виде буквы «О» и двумя катушками), удобнее правую и левую катушку мотать одинаково (не зеркально, а одинаково). В этом случае удобнее будет ставить перемычки при последовательном соединении двух обмоток на разных катушках — перемычки будут с одной стороны, и не через весь каркас сверху вниз.

См. рисунок (для увеличения — кликнуть мышью на рисунке):

Ток холостого хода

Если всё сделано правильно и сердечник трансформатора был собран (на заводе) качественно, то ток холостого хода (ток первичной обмотки, при полностью отключенной от нагрузки вторичной) должен быть в пределах допустимых норм.

В моем случае этот ток был 27 мА, что просто отличный показатель.

Амперметр надо включать в разрыв сетевого кабеля подключенного к первичной обмотке и, желательно соединив щупы мультиметра, включить трансформатор в сеть. После чего разъединить щупы и наблюдать показания. Соединять щупы перед включением в сеть необходимо для избежания выхода мультиметра из строя, т.к. у трансформатора может оказаться большой пусковой ток (в десятки раз выше номинального).

Источник