Трансформатор 24в своими руками

Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор

Большинство электронных устройств для своей работы нуждаются в определённом типе питания, отличающегося от поступающего из промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможной электронной техники.

Конструкция и принцип работы

Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.

Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

• магнитопровод (сердечник);
• обмотки;
• каркас для расположения обмоток;
• изолятор;
• различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).

Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.

По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:

1. Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
2. Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
3. Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
4. Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
5. Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.

К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

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.

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

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.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

Мощность устройства определяется произведением площадей S и Sо, умноженных на коэффициент: P=1,9* S * Sок.

Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле: S=h*(D-d)/2, где:

• S- площадь сечения;
• h- высота конструкции;
• D- наружный диаметр;
• d — внутренний диаметр.

Для вычисления площади окна используется формула: Sок=3,14*d2/4.

Количество витков во вторичной обмотке равно произведению W2=U2*50/Sок.

Далее остаётся рассчитать количество витков в первичке. Для этого используется выражение: W1=(Uвх*W2)/Uвых, где Uвх — напряжение на входе, а Uвых — напряжение на выходе устройства.

Такую методику расчёта можно применить почти для любого вида тороидального трансформатора. Но для расчёта некоторых изделий существует своя методика.

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

4. Мощность сердечника: Рс = 2,76 * 113 * 60 (Вт) ≈ 18712,8 Вт.

5. Количество витков первичной обмотки: W1 = 40 * 220 / 60 = 147 витков.

6. Количество витков для вторичной обмотки: W2 = 42 * 60 / 60 = 42 витка.

7. Площадь провода вторички находится исходя из наибольшего рабочего тока: Sпр = 200 А /(8 А/мм2) ≈ 25 мм².

8. Вычисляется площадь провода первички: S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм².

Такой вариант расчёта применим не только для сварочников, но и с успехом может быть использован для других типов. Как видно, никаких трудностей при расчёте возникнуть не должно.

Токовый трансформаторный прибор

Трансформатор тока своими руками сделать несложно, но перед его изготовлением понадобится выполнить расчёт. Такой расчёт отличаетчя от общепринятого в связи с конструктивными особенностями изделия. Начинается он с необходимой величины тока вторички (единица измерения ампер): Iам = Iпер / Iвт, где:

• Iпер — величина тока первичной обмотки, умноженная на число витков в ней;

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

Для того чтобы разобраться, как правильно выполнить расчёт, проще рассмотреть практический пример самодельного токового устройства. Пусть на выходе токового устройства необходимо получить 4 вольта, а ток ограничить уровнем 5 ампер.

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

1. Берётся ферритовое кольцо, для примера 20×12х6 из 2000hМ.
2. Мотается 100 витков провода. Эти витки составляют вторичную обмотку, так как первичная — это просто один виток проволоки, пропущенный через феррит.
3. Значение тока во вторичке будет равно: I/Kтр = 5 / 100 = 0,05 A. где Ктр — коэффициент трансформации трансформатора (отношение количества первичной обмотки к вторичной).
4. Величина нагрузочного шунта рассчитывается согласно закону Ома: R = U/I. Получается R= 4/0,05 = 80 Ом.

Таким образом можно выполнить расчёт для любых требуемых параметров. Независимо от формы тока на входе, на выходе токового устройства напряжение всегда двухполярное. В качестве шунта вторичной обмотки используется именно сопротивление, а не диод. Если есть необходимость в диоде, то вначале подключается резистор, а затем диод или диодный мост. Во втором случае сопротивление включается в диагональ моста.

Самостоятельное изготовление

Цена на готовые изделия велика, при этом не всегда удаётся найти прибор с требуемыми параметрами. Поэтому целесообразно изготовить трансформатор или автотрансформатор своими руками. Кроме изготовления трансформатора с нуля существует возможность перемотать неисправное устройство.

Для изготовления изделия потребуются трансформаторное железо и провод. Железо представляет собой пластины собранные в виде тора и образующие магнитопровод. Его можно купить либо взять со старых разобранных приборов. Например, взять пластины от промышленных трансформаторов и, используя приспособление в виде разрезанного кольца, скатать из металла пластинки в виде бублика. Пластинки собрать, сердечник обтянуть стеклотканью и залить лаком.

Витки обмоток изготавливаются из медного провода нужного диаметра. Сама намотка не вызывает сложностей:

1. Наматывается первичная обмотка. Для этого один конец проволоки закрепляется на расстоянии около трёх сантиметров от поверхности железа, а оставшаяся часть провода сворачивается в виде полоски.
2. Полоска с проводом поочерёдно продевается через внутреннее отверстие сердечника, обматывая его грани, и равномерно распределяется по всей поверхности. В конце вывод фиксируется и выводится в районе начала обмотки на таком же расстоянии, что и начало.
3. Сверху первичная обмотка проматывается слоем диэлектрика (стеклотканью).
4. Таким же способом наматывается вторичная обмотка.
5. После выполнения требуемого количество витков сверху наматывается стеклоткань, и трансформатор покрывается лаком.

Если в процессе намотки необходимо выполнить отвод, тогда наматываемый провод разрывается. На место разрыва впаивается отвод, а основной провод мотается дальше. Место отвода, как правило, тщательно изолируется. Закрепление концов обмоток обычно выполняется с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника или проложенного провода. Полоску продеваемого провода лучше разместить на «челнок». Изготавливается он из небольшого пластикового профиля с прорезями в торцах для фиксации проволоки.

Такая работа требует внимательности и аккуратности, особенно при наматывании первичной обмотки. Для изготовления нескольких устройств целесообразно использовать станок для намотки тороидальных трансформаторов. Своими руками такой прибор выполнить сложно, но возможно.

Намоточный станок своими руками

Один из возможных вариантов — сделать станок, оснащённый регулируемым укладчиком и счётчиком витков, используя принцип велосипедного колеса.

Колесо надевается на штырь в стене, при этом его обод снабжается резиновым кольцом. Для того чтобы на обод надеть сердечник, предварительно потребуется его разрезать, а затем снова скрепить, получив цельный круг. Намотав на него необходимую длину проволоки, один ее конец подсоединяется к свободно расположенному на ободе сердечнику. Катушка передвигается по ободу полными кругами, в результате чего проволока укладывается на каркас. При этом для подсчёта оборотов используется велосипедный счётчик.

Создание более совершенного устройства потребует применение шаговых двигателей с позиционированием их положения. Для этого используются микроконтроллеры и электронный счётчик. Такое конструирование требует определённых навыков в радиоэлектронике.

Originally posted 2018-07-04 07:14:26.

Источник

Трансформатор 220 на 24 вольта постоянного тока

Трансформатор 220 на 24 вольта где применяется? На самом деле устройства данного типа необходимы для различных электроприборов, которые способны работать от сети в 24 В. Для этого постоянный ток от розетки 220 В нужно преобразовать. С этой целью подбираются трансформаторы.

К оборудованию на 24 В относятся компрессоры, распределители и также электродвигатели. Также многие приводы работают от сети с напряжением 220 В. В данном случае важно отметить, что трансформаторы выпускаются различной мощности. На сегодняшний день на рынке представлены модели даже на 20 Вт. Однако есть очень мощные модификации, которые активно используются на производстве.

Устройство простого трансформатора

Основным элементом трансформатора является реле. Непосредственно катушки устанавливаются с различными обмотками. Магнитопроводы имеются с сердечниками. По параметру проводимости тока они довольно сильно различаются. Также важно упомянуть, что в некоторых модификациях предусмотрены специальные расширители. В данном случае многое зависит от параметра рабочей частоты.

Изоляторы в трансформаторах предназначены для защиты сердечника от перегрузок. Для выпрямления постоянного тока в устройствах устанавливаются трансиверы. Выпускаются они ортогонального и подстроечного типа.

Понижающие модификации

Понижающий трансформатор с 220 на 24 вольта часто встречается с мощностью от 100 Вт. Используются устройства данного типа, как правило, для электроприводов. Магнитопроводы с реле у многих моделей имеются с ленточными сердечниками. Также важно отметить, что обмотки в устройствах на 3 кВт устанавливаются концентрические. Однако на рынке представлены модификации с трехслойными аналогами. Всего выводов у понижающих устройств имеется два.

Некоторые модификации выпускаются с клеммами. Весит понижающий трансформатор 220 на 24 вольта не более 5 кг. По параметру проводимости тока модели довольно сильно различаются. В данном случае необходимо учитывать тип трансивера. Отечественные трансформаторы в основном продаются с ортогональными аналогами. Однако зарубежные компании отдают предпочтение подстроченным трансиверам. Показатель перегрузки тока у моделей в среднем составляет 5,5 А. Некоторые устройства выпускаются с переключателями для регулировки фазы.

Тороидальные модели

Трансформатор тороидальный 220 на 24 вольта отличается тем, что в нем предусмотрен компаратор. За счет указанного элемента осуществляется изменение тактовой частоты от сети. Также важно упомянуть о том, что многие устройства оснащены стабилитронами. Магнитопроводы в аппаратах устанавливаются обычные.

Непосредственно обмотки для трансформаторов используются концентрического типа. Применяются данные устройства чаще всего для двигателей небольшой мощности. Также они подходят для многих типов компрессоров. Регуляторы в устройствах, как правило, отсутствуют. Изоляторы применяются композитного типа. В среднем параметр проводимости тока у моделей не превышает 50 мкСм. В свою очередь перегрузку аппараты с мощность 80 Вт способны выдерживать в 3 А.

Масляные модели

Масляный трансформатор 220 на 12–24 вольта оснащается специальным теплообменником. Непосредственно для охлаждающей жидкости используются каналы. Сердечники во многих модификациях предусмотрены ленточного типа. Обмотки чаще всего применяются трехслойные. Отдельного внимания заслуживают реле. Устанавливаются они с различной проводимостью. В среднем для масляных конфигураций указанный параметр колеблется в районе 60 мкСм.

Катушки в устройствах устанавливаются с магнитопроводами. Непосредственно выводов для подключения оборудования имеется два. Некоторые конфигурации производятся с клеммами. Для электроприводов масляные устройства подходят идеально. Трансиверы во всех моделях устанавливаются лишь ортогонального типа.

Как сделать устройство своими руками?

Сделать трансформатор 220 на 24 вольта своими руками довольно сложно. В первую очередь для понижающей модификации потребуется большая катушка с хорошей проводимостью тока. Для того чтобы обеспечивать стабильную рабочую частоту, обмотка должна быть предусмотрена концентрического типа. Непосредственно для подключения оборудования применяются выводы, которые представляют собой просто проводники.

В данном случае расширители устанавливаются обычные. Использовать их можно от любого поломанного трансформатора. Если рассматривать модификации с переключателями, то для них придется делать отдельно стойку. Для того чтобы сбои не происходили часто, применяются изоляторы. В наше время наиболее надежными принято считать композитные аналоги.

Модель на 80 Вт

Трансформатор 220 на 24 вольта постоянного тока на 80 Вт больше всего подходит для обычных компрессоров. На производстве модели данного типа встречаются довольно редко. Расход электроэнергии у них незначительный, однако мощности для нормального электропривода однозначно не хватит. Магнитопроводы в устройствах применяются, как правило, с низковольтной обмоткой.

Сердечники при этом встречаются штампованного типа. Если рассматривать конфигурации с высокой проводимостью тока, то у них предусмотрены специальные компараторы. Однако чаще всего устанавливаются обычные отводы. Также существуют модели со стабилизаторами. В данном случае параметр перегрузки тока в среднем составляет 3,5 А. Переключатели у моделей на 80 Вт никогда не используются.

Устройство на 100 Вт

Трансформатор 220 на 24 вольта (100Вт) может применяться для электроприводов. Многие модификации оснащаются надежными системами защиты. Чаще всего производителями указывается маркировка ИП20. Все это говорит о том, что система заземления у модели применяется с композитными изоляторами. Если говорить про магнитопроводы, то они используются с вторичной обмоткой.

Довольно часто сердечники встречаются листового типа. Однако штампованных аналогов на рынке имеется много. По качеству листовым сердечникам они не сильно уступают. Проводимость тока у конфигураций на 100 Вт в среднем равняется 70 мкСм. Если говорить про перегрузки, то многое в данной ситуации зависит от производителя. Устройства с трансиверами встречаются редко. Однако трансформаторы на 100 Вт со стабилизаторами пользуются большим спросом.

Трансформатор на 120 Вт

Трансформатор 220 на 24 вольта на 120 Вт подходит для электродвигателей разной мощности. Сердечники во многих конфигурациях устанавливаются листового типа. Магнитопроводы, в свою очередь, имеются с высоковольтной обмоткой. Выводы в устройствах стандартно имеются в количестве двух. Некоторые модели производятся с клеммами для подключения к оборудованию. Системы охлаждения на сегодняшний день существуют различные. Однако чаще всего речь идет об обычном понижении температуры за счет циркуляции воздуха.

Катушки в трансформаторах часто устанавливаются на опорные кольца. В некоторых случаях у моделей есть расширители. Переключатели также используются в трансформаторах. Трансиверы применяются как ортогонального, так и подстроечного типа. В данном случае многое зависит от показателя рабочей частоты сети. Если она не превышает 40 Гц, то можно смело использовать ортогональные трансиверы. В противном случае для нормальной эксплуатации устройства подходят лишь подстроечные компоненты. Стабилизаторы применяются довольно редко.

Однодиапазонные устройства

Однодиапазонный трансформатор 220 на 24 вольта способен эксплуатироваться в сети с частотой ниже 45 Гц. В данном случае во всех моделях устанавливаются компараторы. За счет них показатель проводимости тока можно легко стабилизировать. Трансиверы встречаются в основном ортогональные. Непосредственно изоляторы уславливаются у моделей композитные. Магнитопроводы для преобразования тока применяются на высоковольтной обмотке. Катушки в данном случае обязательно имеются с опорными кольцами. Теплообменники у однодиапазонных трансформаторов отсутствуют.

Многодиапазонные модификации

Многодиапазонный трансформатор 220 на 24 вольта способен довольно просто использоваться от сети с частностью свыше 45 Гц. Скачки в системе происходят у моделей редко. За счет этого электрооборудование работает более качественно, и расход электроэнергии не сильно большой. Компараторы в таких модификациях имеются двухполюсного типа.

Проводимость тока у моделей превышает 80 мкСм. В свою очередь параметр перегрузки составляет обычно 5,5 А. Изоляторы в данном случае устанавливаются на отводах. Для избегания различных электромагнитных сбоев применяются переключатели. Теплообменники в конструкциях используются различной емкости. Для укрепления их применяются опоры и рейки. Система охлаждения у многих моделей предусмотрена жидкостного типа. Магнитопроводы используются с высоковольтной обмоткой.

Трансформаторы с диэлектриками

Модели с диэлектриками используются для компрессоров. На производстве устройства данного типа являются довольно востребованными. Они способны работать от однофазной цепи.

Также важно учитывать, что частотность моделей в среднем равняется 35 Гц. Таким образом, большие перегрузки тока происходят редко. Изоляторы в представленных моделях не применяются. Непосредственно диэлектрики устанавливаются возле магнитопровода.

Источник