Расчет автотрансформатора своими руками

Расчет автотрансформатора своими руками

Перегрузка осветительных сетей часто приводит к чрезмерному падению напряжения. Все электроприборы при этом работают значительно хуже обычного, а радиоприемники иногда вообще перестают работать. Вполне понятно, что радиолюбители заботятся о том, чтобы обеспечить нормальный режим питания своего приемника.

Самое правильное и простое решение вопроса — повысить напряжение посредством трансформирования. Остается выяснить, каким образом это лучше сделать.

ПРЕИМУЩЕСТВА АВТОТРАНСФОРМАТОРА

Рис. 1. Трансформатор и автотрансформатор

Всякие трансформаторы, в том числе и силовые, достаточно знакомы радиолюбителям. Но применять обычный трансформатор в данном случае нецелесообразно, значительно выгоднее воспользоваться автотрансформатором. Чтобы убедиться в этом, сравним их между собой.

В целях упрощения пренебрежем потерями мощности, падением напряжения и током холостого хода. Условимся также, что нагрузкой является активное сопротивление.

Положим, что напряжение в сети равно U₁ вольт; мы хотим повысить его до величины U2 вольт и при этом получать мощность Р ватт. Тогда, как известно:

Здесь I, — ток, потребляемый трансформатором из сети, I 2 — ток, отдаваемый трансформатором нагрузке. Оба тока мы можем определить из уравнений:

Если мы остановимся на трансформаторе, то мы должны будем поместить на нем две обмотки (рис. 1а). Число витков должно соответствовать напряжениям U₁ и U₂. а сечения проводов обмоток должны быть рассчитаны на токи I₁ и I₂

Автотрансформатор имеет только одну обмотку (рис. 16); повышенное напряжение снимается со всей обмотки, а к сети присоединяется только часть ее. В этой части обмотки, как видно на рис. 16, токи I 1 и I 2 направлены навстречу друг другу, поэтому действительная сила тока I 3 равна разности между I 1 и I 2 т. е.

Ясно, что эта разность всегда меньше чем I₁ соответственно может быть уменьшено и сечение провода в этой части обмотки

Мы можем представить себе, что автотрансформатор получается из трансформатора посредством следующих изменений (рис. 1в).

Рис.2. Распределение отводов от обмотки трансформатора

Ту часть вторичной обмотки, в которой создавалось напряжение, равное напряжению сети, мы удаляем. На рис. 1в эта часть обмотки показана пунктиром. Оставшуюся часть вторичной обмотки присоединяем к первичной. Кроме того, в первичной обмотке уменьшаем сечение провода, так как ток в этой части обмотки уменьшается. В результате мы получили автотрансформатор с такими же электрическими данными что и тот трансформаторов котором мы произвели все эти изменения. Но у автотрансформатора оказалось меньше витков и провод стал тоньше, а поэтому мы можем уменьшить его размеры. Следовательно, сделать его легче и обойдется он дешевле.

Необходимо иметь в виду, что эти преимущества автотрансформатора сказываются тем

сильнее, чем ближе отношение — U 2÷ U 1 к единице.

Поэтому он особенно выгоден для небольшого повышения напряжения, как, например, при питании приемника от сети. Расчет. Примем следующие обозначения:

S — площадь сечения среднего стержня железного сердечника, т. е. произведение ширины стержня на толщину пакета железа. Размеры в сантиметрах;

F — площадь окна сердечника (отверстия в железе, сквозь которое проходят витки обмотки). Размеры — в сантиметрах.
U_min — наименьшее напряжение сети, па которое рассчитывается автотрансформатор;
n₀ — число витков обмотки, приходящееся на один вольт;
В — магнитная индукция в среднем стержне сердечника.

Цель расчета — найти такие основные размеры автотрансформатора, при которых были бы выполнены следующие требования.

Первое — обмотка должна поместиться на сердечнике. Для этого нужно соблюсти условие:

Второе — каждая часть обмотки должна давать соответствующее напряжение. Если мы определим n0 по формуле:

n = n₀ U.

Рис. 3. Разрез катушки трансформатора

Для-трансформаторного железа индукцию В следует брать от 10 000 до 12 000.

Третье требование — обмотка не должна перегреваться выше допустимого предела. Для этого нужно, чтобы плотность тока в проводе была не больше 2 — 2,5 А на квадратный миллиметр его сечения.

Следует иметь в виду, что рекомендованные, здесь значения индукции и плотности тока относятся только к данному частному случаю. Такой упрощенный расчет вполне достаточен для того, чтобы сделать удовлетворительно действующий автотрансформатор. Некоторые практические дополнения к расчету даются в приводимом примере.

Пример расчета. Произведем расчет такого автотрансформатора, который по своим данным в наибольшей степени соответствовал бы основным нуждам радиолюбителя. Зададимся мощностью в 100 W, она достаточна для питания радиоприемника средней мощности (50—60 W) и электропаяльника или настольной лампы 40 W). Примем, что напряжение должно повышаться до 120 V и что напряжение в сети может меняться от 120 до 60 V. Более низкое напряжение маловероятно. Для того чтобы при разных напряжениях сети получать от автотрансформатора одно и то же напряжение, предусмотрим в его обмотке соответствующие отводы. Точность регулировки примем ±1 V

Хотя эта точность высока, мы все же сможем получить ее без особого усложнения обмотки. Итак, исходные данные для расчета будут следующие:

Определим необходимую величину произведения

Возьмем сердечник силового трансформатора от радиоприемника 6Н-1. Этот сердечник радиолюбителю, повидимому, легче достать, чем какой-нибудь другой.

S=3.2×3.8=12.16 cm² Площадь окна:

На О.83 A нужен провод сечением 0,83÷2=0,41mm².

Ближайшие по диаметру изготовляемые провода — 0.69 и 0,74; мы можем взять любой из них. Провод должен быть с эмалевой изоляцией, марки ПЭ или ПЭЛ.

Намотку следует производить правильными рядами. Между слоями нужно прокладывать слой писчей бумаги. Необходимо внимательно следить, чтобы на краях катушки отдельные витки не западали под бумажную прокладку.

Проверим, поместится ли обмотка на сердечнике. Провод ПЭ 0,74 может иметь толщину с изоляцией до 0,8 mm. В слое уложится 40 витков, следовательно, получится 12 слоев. Считая, что толщина бумаги 0,1 mm, мы получим общую толщину слоя 0,9 mm. a 12 слоев — 10,8 mm. Если толщина изолирующей гильзы насердечнике будет 2 mm, то из всей ширины окна 16 mm мы займем обмоткой 12,8 mm, следовательно, обмотка поместится.

Трансформатор приемника 6Н-1 имеет бескаркасную обмотку. Без приспособлений и надлежащего навыка такую обмотку сделать трудно, поэтому практичнее изготовить для нее каркас.

Отводы для регулировки напряжения сделаем по следующей схеме (рис. 2). В начале обмотки отводы делаются в конце 1, 2, 3, 4, и 5-го слоев. Затем укладываются 240 витков без отводов. От последнего слоя делаются 5 отводов через каждые 8 витков.

Ha рис. 3 изображены слои катушки в разрезе в показано расположение отводов. Все они находятся у наружных концов рядов намотки, что очень удобно, так как отводы не занимают места внутри катушки и тем самым упрощают ее изготовление. Но такое расположение отводов не всегда удается получить и поэтому не следует смущаться, если при конструировании какого-либо другого автотрансформатора отводы придется выводить изнутри катушки.

Как показано на рис. 2, каждой внутренней секции соответствует напряжение 10 V, а наружной — 2 V. В зависимости от напряжения сети автотрансформатор присоединяется к ней различными точками обмотки. Например, при 60 V — точками 5 и 6, при 84 V — 3 и 8 и т. д. Во всех случаях мы получим между началом и концом обмотки (точками Н и К) 120 V.

При напряжении сети, например, 73 V мы можем подвести его к точкам 4 и 7 или 4 и 8. В обоих случаях мы получим отклонение от расчетных значений по первичному напряжению не больше 1 V.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

Рис. 4. Переключение при помощи вилок, с соединенными накоротко ножками

Для быстрого и удобного перехода с одной степени напряжения на другую нужны два переключателя, которые должны давать возможность присоединять провода сети к разным точкам обмотки. Каждый переключатель должен быть однополюсным на 6 направлений. Он может быть сделан, например, из штепсельной вилки и гнезд. Такой переключатель схематически показан на рис. 4. Переключение в нем достигается перестановкой вилок в разные гнезда. Штырьки внутри вилки должны быть соединены накоротко.

Может быть также применен переключатель с ползунком. Очень важно, чтобы при переключении ползунок не замыкал между собой соседние контакты, иначе будет происходить короткое замыкание секции и автотрансформатор может сгореть. Чтобы избежать этого, нужно между каждыми двумя соседними контактами поместить один холостой.

Рассчитанный нами автотрансформатор является не только примерным. Полученных данных достаточно для того, чтобы по ним изготовить простой и удобный автотрансформатор. Он окажется полезным предметом в хозяйстве радиолюбителя.

Расчет автотрансформатора своими руками

Всем Доброго времени суток !

Собственно такая делема: Необходимо рассчитать и намотать Автотрансформатор с комутацией отводов со схемой по «ВЫХОДУ».
(схему автотрансформатора прилагаю)
а именно:
Необходимо до намотки рассчитать кол-во витков в каждой обмотке. Так как комутация будет по «ВЫХОДУ» то при расчете отводов автотрансформатора кол-во витков (от отвода к отводу) на вольт будет менятся-так как будет менятся коэф.передачи и в следствии с этим коэф.трансформации и полное кол-во витков автотрансформатора будет в 1,7 раза больше,чем при расчете обычного автотрансформатора.
Кол-во витков на вольт (на первом этапе известно и = 1,0 витка/v)
Ступени у меня такие 1) 244-259v; 2) 225-244v; 3) 206-225v; 4) 187-206v; 5) 168-187v; 6) 150-168v;.
На всякий случай привожу средние значения ступеней: 1) 252v; 2) 235v; 3) 216v; 4) 197v; 5) 178v; 6) 159v.
Мотать буду медным проводом (шиной) сечением: обмотку 0. 1, 1. 2 (4,3 кв.мм). ; обмотку 2. 3, 3. 4, 4. 5, 5. 6 (16 кв. мм)
Расчет сечений обмоток ( 2. 3, 3. 4, 4. 5, 5. 6 ) выполнялся из расчета самого тяжелого режима для автотрансформатора при напряжении 150v и токе в 40А и мощности соответственно 6000Вт.Плотность тока в обмотках выбрана в 2,5А на 1кв.мм.
Логика работы переключающих симисторных ключей (QF2-QF7):При изменении напряжения в сети — управляющий контроллер подает управляющий импульс на симистор и он открываясь подключает соответствующую обмотку автотрансформатора,например если в сети напряжение в пределах 187-206v -то срабатывает ключ QF4 и подключает соответствующую обмотку — (соответственно эта часть обмотки должна быть расчитана на этот диапазон напряжений т.е 187-206v).
Сложность состоит в том,что (как я выше писал) — Так как комутация будет по «ВЫХОДУ» то при расчете отводов автотрансформатора кол-во витков (от отвода к отводу) на вольт будет менятся-так как будет менятся коэф.передачи и в следствии с этим коэф.трансформации и полное кол-во витков автотрансформатора будет в 1,7 раза больше,чем при расчете обычного автотрансформатора.С этим я и не могу разобраться-так как неполучается расчитать правильно (нет точной методики-хотяб на примере).

Если кто подскажет как -то я буду благодарен !
Заранее Спасибо.

Вложения:

Схема.JPG [63.71 KiB] Скачиваний: 2187

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!

Последний раз редактировалось ublhjnt Пн дек 12, 2011 12:40:30, всего редактировалось 1 раз.

В программе вебинара: технология Silent Switcher® — сочетание высокого КПД и сверхмалого уровня ЭМИ, технология uModule® — высокоинтегрированные решения для источников питания, микро- и нанопотребляющие DC/DC-преобразователи, решения для резервного питания, цифровое управление системой питания (PSM), безоптронные изолированные обратноходовые преобразователи. В практической части вебинара будут продемонстрированы примеры работы с инструментами Analog Devices для проектирования источников питания.

_________________
Если хотите, чтобы жизнь улыбалась вам, подарите ей своё хорошее настроение

Connfly, один из ведущих азиатских производителей стандартных соединителей, и Компэл в рамках партнерской программы по развитию склада представляют установочные панели для микросхем. Панельки серии DS1001-01 выполнены в корпусе Dual In-Line и предназначены для многократного размещения и подключения DIP-интегральных схем в электронные устройства.

_________________
Мудрость приходит вместе с импотенцией.

Я в курсе что не выгодна -но буду делать именно так, потому, что

Данный вариант подключение позволяет снять с симистора ВТА40-600 5,5 кВт полезной мощности, что почти в 2 раза больше в варианте коммутации «по входу».

Недостатком является необходимость применения симисторов, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 800 Вольт (в трех верхник по схеме отводах автотрансформатора), и в 1,7 раза увеличенное число витков обмотки автотрансформатора.

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

И ещё одно-со схемой комутации по «ВЫХОДУ» -стабилизатор будет работать надежнее ! Так как основной ток будет бежать через автотрансформатор а ключи будут коммутировать лишь отводы.

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

_________________
Мудрость приходит вместе с импотенцией.

Я не ищу выгоды-так как делаю для себя ! Железо и медь у меня есть ! А симисторы и так самые мощные (ТС132-50-12-4). Железо у меня на 13кВт ! (сечение 80 кв.см). Для стабилизатора в 6кВт -с головой ! )
И тема вообще не про выгоду -а про расчеты. )

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

_________________
Мудрость приходит вместе с импотенцией.

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

_________________
Куплю Микросхемы: К120ИЕ3 (К1ИЕ203)

Лучше 40 раз по разу,чем один раз 40 раз !

Нормально же объяснили, просто считай число витков на вольт, умножай на 260В (или какое там макс входное) — вот у тебя сетевая часть обмотки. Затем нужно рассчитать коэфф. трансформации. Например, на входе напряжение 260В, а нужно 230, считаешь 230/260=0,885, это число умножаешь на число витков сетевой обмотки — получил нужно количество витков, отсчитай с начала столько и делай отвод. Для понижающих всех так. Для повышения: в сети 160 а нужно 220, то 220/160=1,375, вычитаешь единицу и умножаешь на количество витков сетевой обмотки, сколько получилось — доматываешь и делаешь отвод.

Вроде понятно все написал, если совсем не доходит — разве что ректальная имплантация трансформаторного железа поможет

Схемы и пошаговая инструкция, как сделать автотрансформатор своими руками

Кроме обычных трансформаторов, в которых несколько обмоток, есть автотрансформаторы, в которых всего одна катушка. При необходимости можно произвести сборку автотрансформатора своими руками.

1. Принцип действия
2. Основные плюсы и минусы
3. Мощность автотрансформатора
4. Что такое ЛАТР
5. Область применения
6. Металлургическое производство
7. Коммунальное хозяйство
8. Химическая и нефтяная промышленность
9. Производство техники
10. Учебные заведения
11. Изготовление самодельного ЛАТРа
12. Подготовка материала
13. Расчет провода
14. Схема
15. Намотка катушки
16. Процесс сборки
17. Проверка
18. Как сделать трансформатор из автотрансформатора
19. Электронный автотрансформатор
20. Тиристорный регулятор
21. Транзисторное управление
22. ШИМ-регулятор

Принцип действия

Основной принцип действия автотрансформатора аналогичен обычному аппарату:

• ток, протекающий по первичной обмотке, создает магнитное поле и магнитный поток в магнитопроводе;
• величина этого поля зависит от силы тока и от числа витков;
• изменения магнитного потока наводят ЭДС во вторичной обмотке;
• величина наведенной ЭДС зависит от числа витков во вторичной обмотке.

Особенность автотрансформатора в том, что часть витков первичной обмотки является также вторичной. В связи с тем, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, ток в общей части катушки I¹² равен разнице I¹ и I². При равенстве входного и выходного напряжения или Ктр=1 I¹² определяется индуктивным сопротивлением катушки.

Основные плюсы и минусы

В связи с особенностями конструкции автотрансформатор обладает преимуществами и недостатками по сравнению с обычными устройствами.

Достоинства автотрансформатора, проявляющиеся при Ктр0,5-2:

• меньший вес и габариты;
• более высокий КПД, связанный с пониженными потерями в обмотках и магнитопроводе.

Кроме достоинств, эти устройства имеют недостатки:

• Повышенный ток КЗ. Это связано с тем, что ток нагрузки ограничен не насыщением магнитопровода, а сопротивлением нескольких витков вторичной обмотки.
• Электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. Это делает невозможным применение этих аппаратов в качестве разделительных и для питания низковольтных устройств в опасных условиях, требующих низкого напряжения согласно ПУЭ.

Мощность автотрансформатора

Мощность любого электроаппарата равна произведению тока на напряжение Р=I*A. В обычном трансформаторе она равна мощности нагрузки с учетом КПД.

Мощность автотрансформатора рассчитывается немного иначе. В повышающем напряжение аппарате она складывается из мощности первичной обмотки части Р¹²=I¹²*U¹² и мощности повышающей обмотки Р²=I²*U⅔. В связи с тем, что ток, протекающий через первичную катушку меньше, чем ток нагрузки, то мощность автотрансформатора меньше мощности нагрузки. Фактически, мощность аппарата определяется разностью первичного и вторичного напряжений и током вторичной обмотки P=(U¹-U²)*I².

Особенно это заметно при небольших (10-20%) отклонениях выходного напряжения. Аналогичным образом рассчитывается понижающий автотрансформатор.

Информация! Это позволяет уменьшить сечение магнитопровода и диаметр провода обмотки. В связи с этим автотрансформатор легче и дешевле обычного устройства.

Что такое ЛАТР

Кроме силовых аппаратов, заменяющих обычные трансформаторы, в школах, институтах и лабораториях используются ЛАТРы – Лабораторные АвтоТРанформаторы. Эти устройства используются для плавного изменения напряжения на выходе аппарата. Самые распространенные конструкции представляют из себя катушку, намотанную на тороидальном магнитопроводе. С одной из сторон провод очищен от лака и по нему при помощи поворотного механизма двигается графитный ролик.

Питающее напряжение подаётся на концы катушки, а вторичное снимается с одного из концов и графитного ролика. Поэтому ЛАТР не может поднимать напряжение выше сетевого, в некоторых модификациях выше 250В.

Кроме катушечных, есть электронные ЛАТРы. Фактически, это не автотрансформатор, а регулятор напряжения. Есть разные виды таких устройств:

• Тиристорный регулятор. В этих аппаратах в качестве силового элемента установлены тиристор и диодный мост или симистор. Недостаток в отсутствии синусоидальной формы выходного напряжения. Самый известный прибор такого типа – диммер ламп освещения.
• Транзисторный регулятор. Дороже тиристорного, требует установки транзисторов на радиаторы. Обеспечивает синусоидальную форму выходного напряжения.
• ШИМ-контроллер.

Совет! Для того, чтобы получить напряжение выше сетевого, ЛАТР подключается ко вторичной обмотке повышающего трансформатора.

Область применения

Особенности автотрансформатора позволяют применять его в быту и разных областях промышленности.

Металлургическое производство

Регулируемые автотрансформаторы в металлургии применяются для проверки и настройки защитной аппаратуры прокатных станов и трансформаторных подстанций.

Коммунальное хозяйство

До появления автоматических стабилизаторов эти аппараты применялись для обеспечения нормальной работы телевизоров и другой аппаратуры. Они представляли из себя обмотку с большим числом отводов и переключателем. Он переключал вывода катушки, а выходное напряжение контролировалось при помощи вольтметра.

В настоящее время автотрансформаторы используются в релейных стабилизаторах напряжения.

Справка! В трехфазных стабилизаторах установлены три однофазных автотрансформатора, и регулировка производится в каждой фазе по-отдельности.

Химическая и нефтяная промышленность

В химической и нефтяной промышленности эти аппараты применяются для стабилизации и регулировки химических реакций.

Производство техники

В машиностроении такие аппараты используются для пуска электродвигателей станков и управления скоростью вращения дополнительных приводов.

Учебные заведения

В школах, техникумах и институтах ЛАТРы применяются при выполнении лабораторных работ и демонстрации законов электротехники, и опытах по электролизу.

Изготовление самодельного ЛАТРа

В продаже есть достаточно готовых устройств, но при необходимости его можно сделать самостоятельно. За основу лучше взять трансформатор на О- или Ш-образном магнитопроводе. Изготовление ЛАТРа на тороидальном железе сводится к его перемотке и требует очень высокой аккуратности при наматывании катушки.

Подготовка материала

Для изготовления регулируемого автотрансформатора необходимы:

• Магнитопровод. Его сечение определяет мощность автотрансформатора.
• Обмоточный провод. Его сечение зависит от мощности и потребляемого тока устройства.
• Термоустойчивый лак. Необходим для пропитки катушки после намотки проводов. Допускается замена масляной краской.
• Тряпичная изолента или киперная лента и корпус с закрепленными разъемами для подключения нагрузки и питания. Желательно разместить в корпусе цифровой или аналоговый вольтметр
• Многопозиционный переключатель. Его допустимый ток должен соответствовать току аппарата. При необходимости допускается производить переключение выводов автотрансформатора при помощи пускателей.

Расчет провода

Перед началом намотки катушки необходимо определить сечение провода и необходимое количество витков/вольт (n/v). Этот расчёт производится по поперечному сечению магнитопровода при помощи онлайн-калькуляторов или по специальным таблицам.

Если для изготовления устройства используется исправный трансформатор, то эти параметры определяются по имеющимся обмоткам:

• подключить трансформатор к сети 220В;
• вольтметром измерить выходное напряжение V;
• отключить аппарат;

• разобрать магнитопровод;
• размотать вторичную обмотку, считая количество витков N;
• по формуле n/v=N/V вычислить количество витков/вольт – основной параметр для расчета катушки;
• измерить сечение провода первичной обмотки.

Совет! Если первичная обмотка не была пропитана лаком и разматывается без нарушения изоляции, то допускается использовать её для намотки катушки автотрансформатора.

Схема

Перед началом работ составляется схема обмотки с указанием количества витков и напряжением на каждом из выводов. В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая изображается с одной из сторон черты, символизирующей магнитопровод.

Для расчетов витков необходимо определить число выводов. Оно зависит от количества положений многопозиционного переключателя. Один из отводов может совпадать с сетевым выводом:

• определить и указать на схеме напряжение V каждого из положений переключателя;
• рассчитать необходимое число витков между отводами по формуле N=(n/v)*(V²-V³), где V¹, V², V³ и т.д. – напряжение на последующих выводах;
• указать на схеме количество витком между каждыми из отводов.

Совет! При необходимости сделать повышающий автотрансформатор к первичной обмотке добавляется необходимое количество витков. Для этого допускается использовать провод, снятый со вторичной обмотки.

Намотка катушки

После выполнения всех расчётов производится намотка катушки. Она выполняется на готовом или специально изготовленном каркасе вручную или при помощи намоточного станка:

• наматывается необходимое число витков в секции;
• выполняется ответвление – из обмоточного провода, не обрывая его, делается петля длиной 5-20 см и скручивается в жгут;
• после изготовления отвода продолжается намотка катушки;
• операции 1-3 повторяются до завершения намотки;
• готовая обмотка закрепляется киперной лентой и покрывается лаком или краской.

Процесс сборки

После завершения намотки и высыхания лака производится сборка автотрансформатора:

• собирается магнитопровод;
• собранный аппарат устанавливается в корпус;
• подключаются многопозиционный переключатель и вольтметр;
• собранный автотрансформатор подключается к клеммам.

Проверка

После сборки работоспособность устройства необходимо проверить:

• первичная обмотка аппарата подключается к сети;
• измеряются напряжения при каждом из положений переключателя и данные сравниваются с расчетными;
• через 20 минут трансформатор отключается и проверяется на нагрев – при его отсутствии производятся повторные испытания под нагрузкой.

Как сделать трансформатор из автотрансформатора

Кроме изготовления ЛАТРа из обычного трансформатора возможно обратная операция – изготовление трансформатора из ЛАТРа. Такие устройства обладают более высоким КПД из-за лучших свойств тороидального сердечника по сравнению с Ш-образным магнитопроводом.

Для такой переделки достаточно намотать вторичную обмотку:

• посчитать количество витков между выводами 220В;
• определить число витков/вольт

Электронный автотрансформатор

Более современным способом регулировки является использование электронных устройств. Любое из них можно изготовить своими руками.

Тиристорный регулятор

Простейшая схема такого приспособления представляет собой переменный резистор, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора. Это позволяет получать пульсирующее постоянное напряжение и управлять им в диапазоне 0-110В.

Для регулировки переменного напряжения 0-220В применяется встречно-параллельная схема соединения, а резистор включается между управляющими электродами.

Вместо двух тиристоров целесообразно применение симистора, а в качестве схемы управления использовать диммер для ламп накаливания.

Транзисторное управление

Самая качественная регулировка получается при использовании транзисторного регулятора. Он обеспечивает плавное изменение и правильную форму выходного напряжения.

Недостаток этой схемы в нагреве выходных транзисторов. Для его уменьшения и повышения КПД целесообразно подключить регулятор к выходным клеммам автотрансформатора – грубая регулировка осуществляется переключением обмоток, а плавная при помощи транзисторов.

ШИМ-регулятор

Самым современным способом является применение ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция). В качестве силовых элементов полевые или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

Расчет автотрансформатора своими руками

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100—200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w’ на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w’ на 20—30 %.

Теперь можно рассчитать число витков обмоток и т.д.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5—10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2—3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15•Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Источник информации: «Школа для электрика: электротехника и электроника. Статьи, советы, полезная информация.

rimeiks › Блог › Давняя задумка — кольцевой трансформатор на сердечнике от асинхронного электродвигателя.

Когда-то очень давно, в начале 90-х я служил в Литве в г. Каунас на ведущем авиаремонтном заводе ВВС по вертолетам Ми-8. Сказать, что этот завод был большим, значит ничего не сказать. Одно то, что завод выпускал по 22 откапиталенных вертолета в месяц говорит о многом. Но речь не о том. Стал я там начальником смешанного цеха по ремонту вооружения, слесарно-механической обработки, гальваники и пр. и т.д. и т.п.
Чем отличались люди, работающие на авиаремонтных заводах, а это был мой второй завод (я начинал службу в Омске на таком же заводе, только значительно меньшем). Люди отличались высокой степенью «рукастости», то есть самодельщики, да еще вооруженные авиационными знаниями и технологиями.
Как известно, в те годы самодельщикам было очень тяжело, в магазинах практически ничего не было. Высоким статусом обладал гаражный «кулибин», владевший сварочным аппаратом. Вот и у меня давно зрело решение построить свой сварочник. Да еще такой, чтобы работал от простой гаражной розетки.
Перелопатив горы журналов и литературы по самодеятельности, я несколько раз встречал самодельные аппараты построенные на основе ЛАТРов.
ЛАТР — лабораторный автотрансформатор, однообмоточный, позволяющий регулировать напряжение от 0 до несколько большего, чем в сети напряжения, как правило, до 250 Вольт. Но главное полезное свойство для сварочного аппарата у ЛАТРа было то, что изготавливались они на тороидальном или, по-русски, кольцевом сердечнике, не имевшем зазоров и поэтому обладавшим практически 100% КПД, вследствие отсутствия потерь в магнитном зазоре. Мощность ЛАТРов выбиралась 10 А, т.е 2 кВт, что при 40-50 Вольтах на выходе, обеспечивало сварочный ток 40-50 Ампер. Это конечно было хорошо, но хотелось большего.
Теперь, немного теории, я думаю, полезной и для современных кулибиных.
Как известно, мощность трансформатора определяется, в основном, площадью сечения магнитопровода — сердечника, на который установлены, намотаны обмотки. Второй фактор — сечение обмоточных проводов, оно определяется по токам и ограничиваются еще и возможностью уместить обмотки в окна сердечника.
Итак, имеем сердечник, ранее работавший (новый врятли доступен) в трансформаторе известной мощности. Для расчета, радиолюбители-электронщики применяют упрощенные формулы.
Измеряем площадь сечения сердечника. Для Ш-образных пластин, из которых набран сердечник — площадь среднего штыря, куда будет намотана обмотка. Площадь вычисляется в квадратных сантиметрах
Измеряем ширину пластины, умнощаем на толщину набора пластин и вычисляем:
50/S, где 50 — коэффициент для трансформаторов длительной или непрерывной работы, можно применить 40 — для трансформаторов, выключаемых после работы. В результате этих вычислений получаем количество витков на 1 Вольт
Для намоточных проводов применяют правило — 1 квадратный мм сечения на 10 Ампер, ВНИМАНИЕ не путать площадь сечения с диаметром! Вспоминаем школу и вычисляем площадь круга.
И вот, возвращаясь к кольцевым сердечникам, попросил меня мастер слесарно-механического участка помочь ему сделать сварочник.
Не помню уже где, но вычитал идею использовать в качестве кольцевого сердечника статор от асинхронного электродвигателя. Нашел мастер на свалке старый 4 кВт двигатель (тогда еще всё валялось), разобрали мы его, выковыряли обмотки, выбили сердечник. На токарном станке срезали пазы для обмоток внутри сердечника, и я занялся расчетом. Намотали авиационными несгораемыми проводами (ПТЛ-200) вторичку сделали на 50 Вольт. Результат превзошел ожидания! Сварочник варил даже электродом пятеркой. И всё из розетки.
Впоследствии к нему добавили выпрямитель и и регулятор тока, мастер ходил как петух довольный.
Вот сейчас, заимев гараж, захотелось мне в его оснащение добавить этот чудо-трансформатор. О его возможном применении напишу ниже.
На свалке завода «приватизировал» статор от могучего электродвигателя. Весу в нем было, килограмм 60-70, но своё же не тянет, пыхтя, кряхтя и попёрдывая, завалил я его в багажник своей Волги.
Фото его еле нашел

Разбив кувалдой ребристую чугуняку корлуса, я из него добыл сердечник статора. Медь обмоток выковыряли еще до меня.
Сын на работе вырезал на токарном станке пазы и приварил к сжимающим кольцам ножки и ручку для переноски этого тяжеловеса.

Обмерил сердечник, получилось 15 см — толщина набора, 2,5 см — ширина кольца. Площадь сечения — 37,5 кв. см.
Далее, обмотал сердечник стеклотканевой лентой, чтобы предохранить изоляцию проводов.

Далее, рассчитал число витков первичной обмотки. 220 х 50/37,5 = 293 Витка.
Далее — провод. На 20 Ампер (4 кВт из розетки) решил мотать сложенным вдвое проводом БПВЛ-0,7
Несколько запутанную бухту 440 метров перемотали сложив начало и конец.

Для намотки из ДВП я вырезал челнок.

Далее, пошло самое интересное и муторное — намотка. 293 витка — это и много и немного, по сравнению с маломощными трансформаторами.

В результате получилась обмотка в два слоя. Для контроля работы, тем же проводом намотал 2 витка, замерял напряжение — 2,4 Вольта. Всё правильно! В качестве баловства замыкаю концы, они начинают весело светиться.

На этом позавчера закончили. Вчера вечером занимались с Жекой Ascender с его БК Мультитроникс, а сегодня я опять продолжил эксперименты с уже наполовину намотанным трансформатором.
Тут надо прояснить для чего он нужен. Задумывался он как трансформатор для точечной сварки и споттера.
А тут еще назрела переборка передней подвески, решил попробовать его для разогрева прикипевших болтов и гаек.
Накрутил вторичку счетверенным проводом 5 мм диаметром. Концы временно, для экспериментов стянул на болты с большими шайбами.

Она выдала 1,2 Вольта.

Далее — пробы. Беру шпильку М12 с накрученной гайкой. Прижимаю один коней обмотки к свободному концу шпильки, второй — к гайке. Трансформатор глухо зарычал, свет при этом не потух. Секунд 5-10 я держал шпильку под током, потом мне стало горячо, держал-то голыми руками, разогрелись болты, стягивающие провода. И вот, что интересно, испытуемая шпилька была просто теплой, зато гайка почти дымилась. Это можно объяснить худшим сопротивлением в резьбе, по сравнению со сплошным телом шпильки. Основная энергия выделилась на сопротивлении — т.е. резьбе. Это очень хорошо, в закисших соединениях важно разогреть ржавчину в резьбе.

В дальнейшем будем пробовать на объекте, изменяя напряжение и ток.
Еще одно применение данного трансформатора — разделитель. Поскольку первичная обмотка намотана двойным проводом, то, расцепив их, получаем две идентичные обмотки. Это позволит «отвязаться» от «земли» в обычной розетке и пользоваться 220 Вольт в сырых местах, не боясь электротравмы. Ударит только, если тупо взяться за оба провода. Если держаться за один, можно стоять босиком в луже и ничего не произойдет.

Расчет автотрансформатора своими руками

Упрощенный расчет тороидального ленточного сердечника для автотрансформатора

1. Расчет габаритной мощности сердечника по размерам готового сердечника.

Р габ = B max * K ок * K ст * J * S серд * S ок / 0,901 где:

B max — магнитная индукция [ Тл ]

K ок — коэффициент заполнения окна обмоткой,

Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью,

J — допустимая плотность тока в обмотках [A] ,

S серд — площадь сечения магнитопровода [ см.кв ] ,

S ок — площадь окна магнитопровода [ см.кв ] ,

Площадь сечения сердечника S серд рассчитывается по формуле:

S серд = ( D внеш — D внутр)/2 * h где:

D внеш — внешний диаметр сердечника,

D внут — внутренний диаметр сердечника,

h — высота сердечника.

Площадь сечения окна сердечника S ок рассчитывается по формуле:

S ок = D внутр* D внутр * 3,1415 / 4 где:

D внут — внутренний диаметр сердечника.

Максимальная мощность нагрузки P нагр. max рассчитывается по формуле:

P нагр. max = I вх * U вх. min * КПД

2. Расчет габаритной мощности сердечника для автотрансформатора

Поскольку автотрансформатор имеет часть обмотки, которая имеет электрическую связь и часть обмотки, которая имеет электро-магнитную связь, то и сердечник для автотрансформатора можно использовать меньшей габаритной мощности чем у классического трансформатора.

Р габ.авт = P нагр. max * (1 — N перв./ N вых) * 1, 4 где:

Р нагр.мах — ма к симальная мощность нагрузки стабилизатора,

N перв. — число витков первичной обмотки,

N вых. — число витков выходной обмотки.

1, 4 — коэффициент запаса.

Пример расчета (подбора) сердечника

Необходимо рассчитать сердечник автотрансформатора для стабилизатора 6 кВт.

Требуемая габаритная мощность сердечника для автотрансформатора на 6 кВт:

(количество витков первичной и выходной обмотки взято из статьи )

Р габ.авт = P нагр. max * (1 — N перв./ N вых) = 6000 * (1-130/223) * 1,4 = 3503 Вт.

Допустим есть в наличии ленточный тороидальный сердечник с размерами: D внеш. = 22 см, D внут. = 12 см, h = 8 см.

S ок = D внутр* D внутр * 3,1415 / 4 = 12*12* 3,1415 / 4 = 113,1 кв.см

S серд = ( D внеш — D внутр)/2 * h = (22 — 12)/2 * 8 = 40 кв.см

Габаритная мощность сердечника:

Р габ = B max * K ок * K ст * J * S серд * S ок / 0,901 = 1,2 * 0,25 * 0,95 * 2,5 * 40 * 113,1 / 0,901 = 3577 Вт.

Вывод: Так как 3577 больше 3503 , то габаритная мощность готового сердечника подходит для изготовления автотрансформатора для стабилизатора 6 Квт.

Кроме того, i 1 = i 1.1 + i 1. 2 , или i 1. 2 = i 1 — i 1.1 ( 2 )

Обмотка 0-1 является первичной, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 повышающие, 5-6 понижающая. (смотрите рисунок справа)

1. Расчет производится исходя из самого тяжелого режима для автотрансформатора, когда в сети 120 Вольт

Рвх = Р 2 = 3 кВА; U вх = 120 В; U 2 = 205 В

i 1 = 3000/120 = 25 А; i 1. 2 = 3000/205 = 14,6 А

отсюда i 1. 1 = 25 — 14,6 = 10,4 А;

2. Необходимые сечения провода S для обмоток найдем из выражения: S = i / 2,5 — где 2,5 — максимально-допустимая плотность тока в обмотках (А).

S 0-1 = 10,4 / 2,5 = 4, 1 6 мм.кв

S 1 — 2, 2-3, 3-4, 4-5 = 25 / 2,5 = 10 мм.кв

3. Диаметр провода для обмотки находим из выражения:

D = √ 4S / 3,14 ( 3 )

Для обмотки 0. 1 D=2,3 мм

Для обмотки 1..2, 2. 3, 3. 4, 4. 5 D = 3 , 6 мм (или шина 2 х 5 мм)

4. Сечение провода для обмотки 5-6 выбираем с учетом нижнего напряжения диапазона 235-270 В. т.е 235 В.

S 5-6 = Рвх /(235 x 2,5) = 3000/587,5 = 5,1 мм.кв

Диаметр провода для обмотки 5-6 исходя из ( 3 ) D=2,6 мм.

Пример рассчета для варианта на 2,2 кВт c коммутацией по выходу:

Обмотка 0-1 является первичной, 1-2 понижающая, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 повышающие. (смотрите рисунок справа).

Автомат QF2 ограничивает ток выходной обмотки на уровне 10А. Отсюда и выходная мощность 2,2 кВт.

1. Расчет также производится исходя из самого тяжелого режима для автотрансформатора, когда в сети 120 Вольт

Рвх = Р 2 = 2,2 кВА; U вх = 120 В; U 2 = 205 В

i 1 = 2200/120 = 18,3 А; i 1. 2 = 2200/205 = 10,7 А

отсюда i 1. 1 = 18,3 — 1 0 , 7 = 7 , 6 А;

2. Необходимые сечения провода S для обмоток найдем из выражения: S = i / 2,5 — где 2,5 — максимально-допустимая плотность тока в обмотках (А).

S 0-1 , 1-2 = 7,6 / 2,5 = 3 мм.кв

S 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 = 18,3 / 2,5 = 7,3 мм.кв

3. Диаметр провода для обмотки находим из выражения:

D = √ 4S / 3,14 ( 3 )

Д ля обмотки 0. 1, 1. 2 D = 2,0 мм;

Для обмоток 2. 3, 3. 4, 4. 5, 5. 6 D = 3 ,0 мм