Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками
Содержание:
Что делает трансформатор
Принцип работы основан на электромагнитной индукции. Переменный ток создает вокруг проводника переменное магнитное поле, а оно, изменяясь, создает электродвижущую силу.
Когда мы подаем напряжение на первичную обмотку, ток в этой обмотке создает переменный магнитный поток. Он действует как на первую обмотку, так и на вторую, создавая в ней ЭДС. При включении в сеть потребителя в обмотке появляется электрический ток.
Схема эта работает только на переменном токе. При постоянном токе магнитный поток не меняется, и если вторичную обмотку в поле такого тока не вращать руками (что в нашем случае и не получится), то никакой ЭДС оно создавать не будет.
Упрощенное математическое выражение работы
Когда-то М. Фарадей проводил эксперимент, который показал, что напряжение в петле, представляющей собой проводник, зависит от изменения магнитного потока через эту петлю за единицу времени:
U=-ΔΦ/Δt
Когда у нас таких петель много, к примеру, N, то и равенство будет выглядеть немного по-другому:
U=-N*ΔΦ/Δt
Соответственно, на первой и на второй обмотках напряжения будут:
U1=-(N1)*ΔΦ/Δt
U2=-(N2)*ΔΦ/Δt
Поскольку магнитный поток и время для наших обмоток — одна и та же величина, то можно найти соотношение между напряжениями в обмотках:
U1/U2=N1/N2=n
И это n называется коэффициентом трансформации напряжения.
Если принять в качестве допущения, что всю свою мощность первая обмотка трансформирует в магнитный поток, а тот, в свою очередь, создает такую же мощность во второй, то получим следующее:
P1=(U1)*I1
P2=(U2)*I2
А если у нас P1=P2, то U1/U2=I2/I1
Представленные выше закономерности работают как идеальные. В реальности же работа трансформатора осложнена рядом побочных явлений, которые влияют и на работу самого устройства, и на работу сети в целом. Перечислим эти явления:
- Ток холостого хода. Наблюдается при включении трансформатора в виде резкого скачка и может привести к выходу из строя коммутационного оборудования, поэтому его учитывают при проектировании.
- Паразитные емкости и индуктивности. Образуются они в результате соседства проводников под напряжением в обмотке. В принципе, ими можно пренебречь, пока речь не идет о высоких частотах или перегрузках в цепи. Они ярко себя показывают во время грозы, приводя к неравномерным колебаниям напряжения с разным итогом — от падения напряжения до пробоя и выхода из строя. В высокочастотных трансформаторах паразитная индуктивность вносит уже существенные изменения в работу устройства, в котором такие трансформаторы стоят. Борются с этим явлением заземлением экрана между обмотками, применением хороших изоляторов для обмотки проводника.
- Побочные эффекты работы магнитного поля в ферромагнетиках сердечника. В железе, кобальте и никеле существует такое явление, как остаточная намагниченность, которое вносит свои коррективы в изменение напряжения в обмотках, вплоть до того, что оно все меньше напоминает по графику синусоиду. Помимо этого, магнитное поле индуцирует в сердечнике паразитные токи Фуко, что ведет к перегреву трансформатора. Проблемы эти отчасти решаются слоистой структурой сердечника, но не до конца.
Это интересно: Производство полимерно-песчаной плитки — оборудование и изготовление
Как повысить силу тока в трансформаторе?
Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.
Здесь можно выделить следующие варианты:
- Установить второй трансформатор;
- Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
- Поднять U;
- Увеличить сечение сердечника;
- Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
- Купить новый трансформатор с подходящим током;
- Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).
В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.
Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.
С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:
- Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
- Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
- Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
- В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.
Как определить количество витков вторичной обмотки?
Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.
Первый способ.
Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.
Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.
Второй способ.
Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.
Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:
ω1 / U1 = ω 2 / U2
ω 1 – количество витков в первичной обмотке,
ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,
U1 – напряжение на первичной обмотке,
U2 – напряжение на вторичной обмотке.
Пример:
Я раздобыл вот такой трансформатор без вторичной обмотки и опознавательных знаков.
Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.
Намотал я эту обмотку тонким проводом, который не жалко и которого у меня больше всего. Намотал «в навал», что значит, как попало.
Результаты теста.
Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.
Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.
Определяем количество витков на вольт при 216V:
100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт
Здесь на точности не стоит экономить, так как погрешность набегает при замерах. Благо, считаем-то не на бумажке.
Рассчитываем число витков первичной обмотки:
4,953 * 216 = 1070 вит.
Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.
1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт
Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.
Для моего трансформатора нужно рассчитать три обмотки. Две одинаковые «III» и «IV» по 12,8 Вольт и одну «II» на 14,3 Вольта.
4,864 * 12,8 = 62 вит.
4,864 * 14,3 = 70 вит.
Итоги
Как видно из статьи, повысить силу тока, не изменяя напряжение в сети, реально.
Главное — разобраться с особенностями конструкции устройства, которое подлежит корректировке, и иметь практические навыки работы с измерительными приборами и паяльником
Кроме того, важно осознавать потенциальные риски от внесения корректировок
Бывает, что, собирая то или иное устройство, требуется определиться с выбором источника питания
Это чрезвычайно важно, когда устройствам необходим мощный блок питания. Приобрести железные трансформаторы с необходимыми характеристиками на сегодняшний день не составляет труда
Но они довольно дорогостоящие, а большие размеры и вес являются их главными недостатками. А сборка и наладка хороших импульсных блоков питания весьма сложная процедура. И многие не берутся за это.
Далее, вы узнаете о том, как собрать мощный и при этом несложный блок питания, взяв за основу конструкции электронный трансформатор. По большому счету, разговор пойдет об увеличении мощности таких трансформаторов.
Для переделки был взят 50-ваттный трансформатор.
Планировалось увеличить его мощность до 300 Вт. Этот трансформатор был приобретен в ближайшем магазине и стоил примерно 100 р.
Стандартная схема трансформатора выглядит следующим образом:
Трансформатор представляет собой обычный двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор. Симметричный динистор является основным компонентом, осуществляющим запуск схемы, поскольку он подает первоначальный импульс.
