Данная статья не претендует на звание бестселлера научно популярной литературы, а скорее руководством для начинающих. В статье рассказывается сам процесс намотки, а не его расчёт.
Рано или поздно в практике каждого радиолюбителя возникает вопрос о том чем питать то или иное устройство. Самые ходовые мощности УНЧ это 2*100 или 2*200. Поэтому оптимальным вариантом есть «бублик» на 150 ватт габаритной мощности, в первом случае такой нужен один для 2 каналов, в другом парочка для двойного моно. Тороидальный трансформатор обладает лучшим соотношением размер-мощность, высокий КПД, а также минимальными помехами. Именно поэтому их так любят аудиофилы. Рассмотрим процесс намотки этого типа трансформаторов более подробно.
Основное, что должен знать и главное понимать человек который мотает трансформатор:
- длина провода (количество витков) это напряжение;
- сечение проводника- это ток которым можно нагружать его;
- если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
- если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного) , это опять таки тепло;
- перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.
Итак, что нужно для намотки:
- Трансформаторное железо в форме тора (далее я напишу где взять);
- Лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод);
- Скотч малярный (бумажный);
- Клей ПВА;
- Тканевая изолента или киперка;
- Кусочки провода в изоляции;
- И последнее, но главное — это желание.
ТРАНСФОРМАТОРНОЕ ЖЕЛЕЗО
Рассказывать о том как рассчитать мощность железа я не буду для этого есть уже очень много статей… Расчёт мощности сложен с практической точки зрения, так как не известна марка стали, качество её производства. Поэтому два сердечника с одной габаритной массой имеют разные параметры. Рассмотрим пример намотки сердечника на уже «отработанном» сердечнике. Один из самых легко доставаемых сердечников, качество которого достойно внимания. Является сердечник из советского стабилизатора «Украина-2»(сн-315). В своё время их много погорело, и на рынке можно достать такой аппарат за 20 грн… Нас интересует тор. Намотан этот бублик алюминиевым лакопроводом, мы нещадно его сматываем (или скусываем), нам необходим сердечник (аккуратно чтобы не повредить сердечник). Алюминиевый провод можно использовать для других целей (веники скручивать или провода), или как в моём случае я его переплавляю для других целей (делаю радиаторы). После сматывания получается красивый сердечник с габаритами 96-54-32 мм, соответственно наружный, внутренний диаметр и высота. Ниже приведён пример такого сердечника (Рис.1). Габаритная мощность такого сердечника не менее 120 ватт (проверено на практике).
Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально (понимаю что лень но нужно). Минимальный радиус окружности 3мм. На Рис.1 видно что углы уже обработаны, и тор готов к намотке. Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.
Что-бы изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту из шириной около 25мм (Рис.2), тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем (читаем дальше).
После этих операций сердечник готов к намотке и мы переходим к следующему шагу.
ЛАКОПРОВОД
Лакопроводом я называю электрический проводник изоляция которого сделана из лака (по культурному намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В). К примеру провод ПЭВ-2, диаметром 1,6мм имеет толщину изоляции около 0,06-0,07мм, а «чёрный» 0,1-0,11мм.
Расчёт сечения провода очень интересный процесс. На эту тему в интернете есть много литературы, и писать о всяких расчётах и тонкостях я не буду (Google в помощь). В зависимости от выбранной вами плотности тока будет разное сечение провода. Главное, что требуется это правильно соотношение мощностей. Необходимо чтоб мощность вторичной обмотки не привышала больше возможности первичной. Как известно КПД трансформаторов в виде тора очень высок и равняется около 97%, поэтому при намотке тора мощностью в 200 ватт, 6 ватт потерь это мелочь которой можно пренебречь. Считаем, что мощность первичной обмотки больше или равна мощности сумме всех вторичных обмоток.
Пример расчёта. Нужно намотать трансформатор. Первичная обмотка рассчитана на 220В. Вторичных обмоток две по 28В. Диаметр провода первичной обмотки 0,6мм в лаке. Толщина лака около 0,06мм и того «чистый» диаметр провода первичной обмотки около 0,54мм. Подставляем в формулу площади круга и получаем сечение 0,228 мм2(если вы не знаете как я это рассчитал то купите усилитель и не заморачивайтесь). И так за пропорциею получаем 220В/28В*2=3,92 это значит что вторичная обмотка должна иметь сечение в 3,92 раза толще за первичную обмотку. Как вы видите я не использовал мощность и соответственно плотность тока. Каждый берет плотность тока какую считает правильной (для себя я принимаю 4А/мм2, и мои мысли подтверждают реальный тест транса который я дальше опишу).
Для сердечника который описан выше лучше использовать провод по первичке не менее 0,6мм в диаметре. Провод такого сечения и необходимой длины можно найти в старых ламповых телевизорах, ввиде петель размагничеваний. На рынке всегда есть люди которые занимаются покупкой старых телевизоров («барахольщики»), у них можно найти необходимый провод. У нас на рынке есть два вида петель: маленькие и большие, меньшие по 20 грн, большие по 50.
Маленькие по диаметру, таких в телевизорах используется по 2 штуки. Диаметр такой половинчатой петли размагничивания около 40-50см, сечения проводника где-то около 0,6мм. При качественной укладке этой петли хватает на намотку первичной обмотки одного тора с запасом в пару метров.
Если же использовать большую петлю, то длина провода такой буквально в полтора раза больше маленькой по этому выгоднее покупать маленькие петли. Бывает попадается петля от лампового, цветного телевизора, длина провода в такой петле аналогична но сечение провода может достигать 0,7мм. Если вам такая попалась значит повезло.
И так вы нашли петлю размагничивания как правило она обмотана киперной тканью (тряпочная полоска), а сверху прозрачной лентой или изолентой. Возле выводов проводов находится стык, где можно зацепится и аккуратно размотать петлю. Не нужно срезать, спиливать, срывать изоляцию вы можете повредить провод, кроме того эта изоляция нам ещё понадобится. После сматывания у нас остаётся красивый провод который можно использовать. Некоторые перематывают провод на «челнок», лично я так не делаю, зачем провод лишний раз изгибать, если он и так нужной формы, кроме того если наматывать маленькие торы, то челнок займёт больше места и может не пролезть в окно, а также повредить лак. Перед тем как начать его наматывать необходимо сделать скрутки чтоб провод не разъезжался. Для того чтоб делать скрутки необходимо взять кусочки одножильного провода (желательно в ПВХ-изоляции) длиной по 5-7см. Обматываем петлю по кругу из несильно плотным шагом, потом в ходе намотки чтоб добавить (отмотать провода) нужно будет просто прокрутить эту пружинку и провод отделится (смотрим фото Рис.3).
Теперь наша петля имеет один конец с наружной части, а другой где-то внутри, нам нужен именно наружный. Далее вернёмся к железу которое у нас уже обработано и обмотано изолентой или киперкой. Помните мы не заклеивали край вот зачем (смотри на Рис.4). С той стороны где будет верх транса(выводы вверх выходят) на углу тора делаем надрез по центру изоленты и продеваем туда лакопровод уже в изоляции это будет отвод начала обмотки. Некоторые рекомендуют припаивать кусочек гибкого многожильного провода в изоляции и делать такой отвод. Меня такой вариант не устраивает потому что таким образом я не знаю какой провод находится в первичке, а так даже через десяток лет микрометром померил и знаешь что можно жать с него, а с отводом кто знает что там за сечение. Хотя дело ваше.
Изготовим выводы для провода. Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения. Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень не нужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался. Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов). Рекомендую за раз «натягать» изоляции и пользоваться. (Рис.2).
Отечественные обмоточные провода
Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105…200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.
Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002…2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.
Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку — эмалевое покрытие по цвету близко к черному.
Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02…2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4…20 мм2) имеют лакированную изоляцию на поливинил-формалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).
ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 — эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05…1,6 мм), они имеют изоляцию на основе полиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.
Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.
ПРОЦЕСС НАМОТКИ
Для намотки транса вам потребуется 4-5 вечеров и по 2 часа времени, почему не менее 4 дней поймёте дальше.
Один конец провода мы уже запустили и прижали. Далее начинается самое муторное намотка. Мотать рекомендую так. Берём транс (пока что железо), одеваем перчатку или берём в руку какую либо ветошь из натуральной ткани. Усаживаемся на диван или кровать включаем фильм который уже видел или музыку (чтоб не сильно отвлекаться), и начинаем мотать. Каждый виток продеваем в кольцо железа. Мотать нужно виток к витку из внутренней стороны (некоторые умудряются с наружной, каким образом не представляю).
Рекомендации по ходу намотки
Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно (пунктир красная линия) к касательной (чисто красная), а слегка наклонено в сторону намотки(желтый), как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной (Рис.5). Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам. Если у вас провод погнутый он идеально не уложится поэтому он должен быть максимально прямым, для этого во время намотки его нужно сильно натягивать тем самым его выпрямляя. Вот зачем нужны перчатки или ветошь, если не применять перчатки то пальцы и ладонь очень быстро устают и болят. Если наматывать провод сечением больше 1,5мм (очень тяжело) то рекомендую провод для простоты выпрямления слегка перегибать под натяжкой.
(Отец моего друга мотает сварочники 50 герц, вторичка шинка медь 35 квадратов укладывает руками идеально ровно, так он изгибает 5 копеек украины в пельмень- пальцами).
Когда намотали слой до конца. Между слоями необходимо делать межслойную изоляцию. Мне повезло и у меня есть некоторые заначки лакоткани, причем ткань такая что тянется и пропитана чем то липким. Такая если прилипает друг до друга(сложилась) то её очень сложно разделить. От неё слипаются пальцы. Такая лакоткань идеальный изолятор, кроме того обмотка не дребезжит даже при перегрузке. Но такое есть у очень малого числа людей. Теже функции изолятора очень хорошо реализовать при помощи малярного скотча.
После того как намотали слой берём и изолируем его при помощи малярного скотча. Делаем полосочки шириной где-то по 15мм. И этими полосками обматываем транс изначально что-б про изолировать внутреннюю часть намотки провода (изнутри бублика). Затем изолируем пробелы с наружной части бублика. В результате изоляции скотчем получится, что изнутри изоляция накладыванием слоев, станет в два раза толще, с наружи одинарная. После того как обмотали необходимо обильно смазать тор клеем ПВА, это делается для того что-б скотч не разматывался, а также он станет крепче и как будто цельный. Помимо всего клей будет удерживать обмотки что-б те не «гудели». Клея жалеть не нужно, смазываем пальцем и слегка втираем. После чего тору необходимо высохнуть. Я обычно мотаю тор вечером, намотав слой пропитываю клеем, а сам тор для хорошей циркуляции воздуха, ложу на игольчатый радиатор. За ночь тор высыхает и его можно мотать дальше. Вот почему минимум 4 вечера потребуется на намотку (4 вечера- 4 слоя). При необходимости можно ускорить процесс высыхания феном. Мотаем следующий слой… сам процесс намотки аналогичен и ни чем не отличается. По окончанию намотки конец намотки помещаем в такую же изоляцию как в начале обмотки. Затем конец обмотки закрепляем малярным скотчем, изолируем обмотку при помощи скотча малярного и пропитываем клеем.
Есть ещё один хороший вариант изоляции между слоями. Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин:воск. Паровая баня берем в кастрюлю набираем воды и ставим кипятится(нам нужен пар). Сверху устанавливаем емкость в которой помещен трансформатор и воск-парафин. Трансформатор зарание подвязываем на проволоку, конец оставляем(когда смесь потечёт за эту нить нужно в мокать трансформатор как пакетик чая в чашке). Когда будете окунать трансформатор нужно осторожно дабы капли воска не попали на пламя, очень сильно горючь!!! Ранее именно таким «расстовором» пропитывались выходные трансформаторы для ламповых УНЧ, Хотя и другие качественные трансы тоже. Когда смесь разогрета она имеет очень высокую текучесть почти как у воды, в результате чего бумага стает буквально пропитана парафином и воском. Однако этот вариант будет изначально не эффективен если транс будет греться (теплый) при температуре в 50 градусов, воск уже достаточно мягкий и не будет сдерживать провод от вибрации 50Гц, хотя и будет выполнять функции диэлектрика. (Правда именно из-за вибрации и трения провода перетираются и получается замкнутый виток, который приводит к повреждениям уже в ходе эксплуатации).
Для импульсных трансформаторов рекомендую в качестве пропитки использовать не скотч, а бумагу+ клей БФ-2. Этот клей прежде всего применяется в изготовлении катушек для динамиков. Но в импульсном трансформаторе тоже очень хорошо себя проявил. При неоднократной перегрузке не малейшего писка на частоте преобразования в 15КГц. Разматывая обмотки из каркаса, они снимались шлейфом шириной у 8 жил.
В ходе намотки периодически измеряем ток холостого хода, для этого необходимо подключать тестер последовательно с первичной обмоткой в режиме амперметра(читаем инструкцию на тестер). Измерять ток х.х. необходимо очень осторожно ведь работа от сети! Для избегания всяких ЧП рекомендую последовательно с первичкой включить лампочку на 220В, мощности порядка 40Вт. Лампочка будет гореть если число витков сильно мало, если транс намотан правильно то она должна быть лишь с розовым оттенком, что говорит о низком токе который через неё протекает. Трансформатор имеет большие пусковые токи, в момент запуска трансформатора перегрузки могут достигать 160 раз. Поэтому запуск трансформатора необходимо делать не непосредственно через тестер, а при помощи «перемычки» которую потом размыкаешь и ток начинает течь через тестер. Перемычку можно реализовать простым замыканием щупов тестера, которые потом разомкнуть. Каким должен быть ток холостого хода я напишу ниже.
Для трансформаторов у которых низкий ток потребления рекомендуется использовать резистор 10 или 100 Ом(2-5Вт) который включается последовательно с первичной обмоткой. Измерив падение напряжения на резисторе, при помощи закона ома перещетать ток. Такой метод является более предпочтительный нежели первый, но в тоже время более опасным при высоком токе потребления- резистор превращается в уголь за доли секунд!!!
О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяет для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.
Намотаный мною трансформатор по моей методике имеет ток х.х. равным 11мА (при 4 слоях первички).
Если последовательно всё делать, то получится нечто похожее:
ПРОЦЕСС ТЕСТИРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяется для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.
Очень полезно будет посмотреть форму тока холостого хода, в первичной обмотке при помощи осциллографа. НО!! это нужно делать в очень специальных условиях! Для этого необходим развязывающий трансформатор (220/220В), при том что индукция должна быть очень низкой что-б не вызывать дополнительных искажений формы «синуса». А также латр. Этот пункт теста рекомендую делать только очень опытным специалистам, последствия чреваты выгоранием осциллографа!!!
При использовании моих параметров намотки я «снимал» с такого транса 150 ватт на протяжении нескольких часов (дольше не было времени).
Планируется дополнить статью такими «изюминками»… пока что очень бегло…
Внутреннее сопротивление.
Все трансформаторы и источники энергии (блоки питания) имеют такой абстрактный параметр как внутреннее сопротивление. Как это понимать?! В случае с трансформатором это сопротивление будет равняться активному сопротивлению обмоток. Когда вы подключаете к трансу нагрузку, то протекающий ток и сопротивление обмоток создают просадку напряжения. Что-б просадка по напряжению была минимальной необходимо увеличивать сечение проводника (снизив его сопротивление). Но в тоже время необходимо учитывать этот факт при эксплуатации, что габаритная мощность обмоток будет выше габаритной мощности сердечника, внимательно что-б не перегрузить первичку.
Секционная намотка.
Заниженная индукция.
Неявный виток.
