Трансформатор нуссбаума dj1uga своими руками

Обновлено: 08.07.2024

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Рис. 1: принципиальная схема трансформатора

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁ = P₁ / U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I₂ = P₂ / U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник		Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм 2	Ток, А	Сечение жил. мм 2	Ток, А
0,5	11	—	—
0,75	15	—	—
1	17	—	—
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85
25	115	35	100
35	135	50	135
50	175	70	165
70	215	95	200
95	265	120	230
120	300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой
Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
Зафиксируйте выводы обеих катушек.
Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Балун является обязательным для диполей или подобных антенн, при питании коаксиальным кабелем. С радиочастотной точки зрения экран кабеля может быть смоделирован как два проводника, внутренний экран (настоящий экран, это земля) и внешний экран, который должен быть заземлён. Таким образом, диполь имеет 3 плеча, два из них находятся в диполе и экран коаксиального кабеля (внешняя сторона).

Чтобы предотвратить все эти эффекты, необходим балун. Балун — это всего лишь радиочастотный трансформатор. Вы можете построить свой собственный балун, это довольно просто. Используйте ферритовый стержень от приёмника AM или лучше тороид. Поверните все катушки одновременно и соедините их правильно, как вы можете видеть на приведённой схеме.

Наиболее распространённым балуном для диполя является 1:1 (тот, что слева), но и балун 4:1 может быть полезен для проволочных антенн.

Используйте провод в соответствии с мощностью, которую вы будете использовать.

Сделайте шесть витков проволоки вокруг тороида и держите все провода параллельно между ними.

Это простой процесс, который можно сделать за несколько минут.

Обратите внимание на тороид, который вы используете. Используйте только хороший радиочастотный тороид. Многие избыточные тороиды являются результатом коммутации источников питания или телефонного оборудования и не могут использоваться в высокочастотном диапазоне.

В случае сомнений, проверьте тороид. Используйте фиктивную нагрузку (50 Ом для балуна 1:1 и 200 Ом для балуна 4:1) и подключите её к выходу.

1:1 Схема подключения балуна

Подключите ваш трансивер и с помощью КСВ-метра проверьте балун на тех диапазонах, для которых вы его будете использовать.

Вы должны увидеть чёткий КСВ 1:1 на всех диапазонах.

Если вы не видите 1:1, возможно, тороид не подходит для использования на КВ.

Или вы сделали неправильные соединения между катушками.

Звёздочки на чертеже обозначают начало катушки. Все они должны быть повернуты именно в этом направлении, иначе балун не сработает.

Автор не может заверить вас, что балун будет работать со всей мощностью, которую вы будете использовать.

Для мощности до 100 ватт, там не должно быть слишком много проблем с любым хорошим сделанным балуном, но более высокие мощности будут требовать другой вид тороидов или ферритовых стержней.

Если вы сделали свой балун с помощью ферритового стержня, помните, что все катушки наматываются на одном стержне!

Оголённый ленточный кабель может быть весьма полезен для QRP, а изолированный провод cooper — для более высоких уровней мощности

Автор, экспериментируя со своим самым первым балуном, узнал, что высокочастотный диполь нуждается в нём.

Если вы никогда не использовали балун, постройте его и поиграйте с ним, вы будете также удивлены, как и автор!

4:1 Схема подключения балуна

Справочно:

Балун (от англ. balun — balanced-unbalanced) — жаргонное название симметрирующих устройств, преобразующих электрический сигнал из симметричного (balanced) в несимметричный (unbalanced) и наоборот. Чаще всего для этого применяются различные виды моточных трансформаторов, выполненных на магнитопроводах, однако это не всегда верно — иногда симметрирующее устройство может быть реализовано в виде четвертьволновых короткозамкнутых отрезков выполненных из отрезков коаксиального кабеля.

В основу работы схемы углубляться не будем, а сразу приступим к делу. Мы попытаемся доработать и увеличить мощность китайского ЭТ Taschibra на 105 Ватт.

Для начала хочу пояснить, по какой причине я решил взяться за умощнение и переделку таких трансформаторов. Дело в том, что недавно сосед попросил сделать ему на заказ зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, который был бы компактным и легким. Собирать не хотелось, но позже я наткнулся на интересные статьи в которых рассматривалась переделка электронного трансформатора. Это натолкнуло на мысль - почему бы не попробовать?

Таким образом, были приобретены несколько ЭТ от 50 до 150 Ватт, но опыты с переделкой не всегда завершались успешно, из всех выжил только ЭТ на 105 Ватт. Недостатком такого блока является то, что трансформатор у него не кольцевой, в связи с чем неудобно отмотать или домотать витки. Но другого выбора не было и пришлось переделать именно этот блок.

Как нам известно, эти блоки не включаются без нагрузки, это не всегда является достоинством. Я планирую получить надежное устройство, которое можно свободно применять в любых целях, не боясь, что блок питания может перегореть или выйти из строя при КЗ.

Доработка №1

Суть идеи заключается в добавлении защиты от КЗ, также устранения вышеуказанного недостатка (активация схемы без выходной нагрузки или с маломощной нагрузкой).

Глядя на сам блок, мы можем увидеть простейшую схему ИБП, я бы сказал, что схема не до конца отработана производителем. Как мы знаем, если замкнуть вторичную обмотку трансформатора, то меньше, чем за секунду схема выйдет из строя. Ток в схеме резко возрастает, ключи в миг выходят из строя, иногда и базовые ограничители. Таким образом, ремонт схемы обойдется дороже стоимости (цена такого ЭТ порядка 2,5$).

Трансформатор обратной связи состоит из трех отдельных обмоток. Две из этих обмоток питают базовые цепи ключей.

Для начала удаляем обмотку связи на трансформаторе ОС и ставим перемычку. Эта обмотка включена последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Затем на силовом трансформаторе мотаем всего 2 витка и один виток на кольце (трансформаторе ОС). Для намотки можно использовать провод с диаметром 0,4-0,8мм.

Далее нужно подобрать резистор для ОС, в моем случае он на 6,2 ОМ, но резистор можно подобрать с сопротивлением 3-12 Ом, чем выше сопротивление этого резистора, тем меньше ток защиты от КЗ. Резистор в моем случае использован проволочный, чего делать не советую. Мощность этого резистора подбираем 3-5 ватт (можно использовать от 1 до 10 ватт).

Во время КЗ на выходной обмотке импульсного трансформатора ток во вторичной обмотке падает (в стандартных схемах ЭТ при КЗ ток возрастает, выводя из строя ключи). Это приводит к уменьшению тока на обмотке ОС. Таким образом, прекращается генерация, сами ключи запираются.

Единственным недостатком такого решение является то, что при долговременном КЗ на выходе, схема выходит из строя, поскольку ключи греются и достаточно сильно. Не стоит подвергать выходную обмотку КЗ с длительностью более 5-8 секунд.

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Теперь постараемся, в какой-то мере сгладить сетевое напряжение от выпрямителя. Для этого будем использовать дроссели и сглаживающий конденсатор. В моем случае использован готовый дроссель с двумя независимыми обмотками. Данный дроссель был снят от ИБП DVD проигрывателя, хотя можно использовать и самодельные дросселя.

После моста следует подключить электролит с емкостью 200мкФ с напряжением не менее 400 Вольт. Емкость конденсатора подбирается исходя из мощности блока питания 1мкФ на 1 ватт мощности. Но как вы помните, наш БП рассчитан на 105 Ватт, почему же конденсатор использован на 200мкФ? Это поймете уже совсем скоро.

Доработка №3

Теперь о главном - умощнение электронного трансформатора и реально ли это? На самом деле есть только один надежный способ умощнения без особых переделок.

Для умощнения удобно использовать ЭТ с кольцевым трансформатором, поскольку нужно будет перемотать вторичную обмотку, именно по этой причине мы заменим наш трансформатор.

Сетевая обмотка растянута по всему кольцу и содержит 90 витков провода 0,5-0,65мм. Обмотка мотается на двух сложенных ферритовых кольцах, которые были сняты от ЭТ с мощностью 150 Ватт. Вторичная обмотка мотается исходя от нужд, в нашем случае она рассчитана на 12 Вольт.

Планируется увеличить мощность до 200 Ватт. Именно поэтому и нужен был электролит с запасом, о котором говорилось выше.

Конденсаторы полумоста заменяем на 0,5мкФ, в штатной схеме они имеют емкость 0,22 мкФ. Биполярные ключи MJE13007 заменяем на MJE13009.

Силовая обмотка трансформатора содержит 8 витков, намотка делалась 5-ю жилами провода 0,7мм, таким образом, имеем в первичке провод с общим сечением 3,5мм.

Идем дальше. Перед и после дросселей ставим пленочные конденсаторы с емкостью 0,22-0,47мкФ с напряжением не менее 400 Вольт (я использовал именно те конденсаторы, которые были на плате ЭТ и которые пришлось заменить для увеличения мощности).

Далее заменяем диодный выпрямитель. В стандартных схемах применяются обычные выпрямительные диоды серии 1N4007. Ток диодов составляет 1 Ампер, наша схема потребляет немало тока, поэтому диоды стоит заменить на более мощные, во избежание неприятных результатов после первого включения схемы. Можно использовать буквально любые выпрямительные диоды с током 1,5-2 Ампер, обратное напряжение не менее 400 Вольт.

Все компоненты, кроме платы с генератором смонтированы на макетной плате. Ключи были укреплены на теплоотвод через изоляционные прокладки.

Продолжаем нашу переделку электронного трансформатора, дополнив схему выпрямителем и фильтром.

Дросселя намотаны на кольцах из порошкового железа (сняты от компьютерного БП), состоят из 5-8 витков. Намотку удобно сделать сразу 5-ю жилами провода с диаметром 0,4-0,6мм каждая жила.

Сглаживающий конденсатор подбираем с напряжением 25-35 Вольт, в качестве выпрямителя применен один мощный диод шоттки (диодные сборки из компьютерного блока питания). Можно использовать любые быстрые диоды с током 15-20 Ампер.

Доработка №1

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Доработка №3

Продолжаем нашу переделку электронного трансформатора, дополнив схему выпрямителем и фильтром.

Читайте также: