Что представляет собой намоточный станок для трансформаторов?

Прошло почти два года после моего вселения в наш Дата-город. Пришло время отсчитаться о проделанной работе. Первое, о чем хочу рассказать — это простейшая трансомоталка. Я решил победить миф о трудностях в намотке трансформаторов, как звуковых, так и силовых. Глаза боятся, а руки делают!

Началось всё с такого вот простейшего станка за 7 рублей 20 копеек, приобретенного еще в 80-е годы прошлого столетия.

Изготовление счетчика витков

Для определения количества намотанных витков на станке необходим специальный счётчик. В самодельном станке устройство делают так:

Счетчик для намоточного станка — схема

• К верхнему валу крепят электромагнит.
• Герметизированный контакт располагают на одной из боковин.
• Выведенные контакты геркона соединяют с калькулятором в том месте, где находится кнопка «=».
• Катушку с проводом размещают отдельно – на другом валу с рычагами, которые поднимают устройство вверх и складывают его внутрь станка.

Благодаря этим элементам, оборудование становится компактным и не занимает много места.

Общаемся по статье ?

Подтормаживание

Без подтормаживания подающей бобины, намотка провода на каркасах будет рыхлая и качественной намотки не получится. Войлочная лента «2», тормозит барабан «1». Поворот рычага «3», натягивает пружину «4» — регулировка силы торможения. Для разной толщины провода, настраивается своё притормаживание. Здесь используются готовые детали видеомагнитофона.

Рисунок 3. Подтормаживающий механизм.

Центровка бобины

Малые габариты станка и расположение в непосредственной близости, наматываемой катушки и подающей бобины с проводом, потребовали ввести дополнительный механизм центровки подающей бобины.

Рисунок 4, 5. Центрирующий механизм.

При намотке катушки, провод с бобины воздействует на шторку «5», выполненной виде “вилки” и шаговый двигатель «3», через редуктор с делением 6 и зубчатый ремень, по роликовым направляющим «4», автоматически сдвигает бобину в нужном направлении. Таким образом, провод всегда находится по центру см. рис 4, рис 5:

Рисунок 6. Датчики, вид сзади.

Состав и устройство датчиков.

19. Оптические датчики механизма центровки бобины. 5. Шторка перекрывающая датчики механизма центровки бобины. 20. Шторки перекрывающие датчики переключения направления позиционера. 21. Оптические датчики переключения направления позиционера.

↑ ДЕТАЛИ:

Все размеры указаны как в оригинале.

Станина

Станина станка сварена из стальных листов. Основание станины выбрано толщиной 15 мм, боковины – толщиной 6 мм. Выбор обусловлен в первую очередь устойчивостью станка(чем тяжелее, тем лучше)

Перед сваркой боковины станины складываются вместе и производится сверление отверстий одновременно в обоих боковинах. После этого станины устанавливают на основание и привариваются к нему.

В верхние и средние отверстия боковин вставляются бронзовые втулки, в нижние – подшипники. Подшипники взяты от старого 5 дюймового дисковода. От перемещения подшипники и втулки с внешней стороны боковин фиксируются крышками.

Расчёт параметров изделия

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

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

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

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

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

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

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

Сварочное устройство

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Токовый трансформаторный прибор

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

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

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

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

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

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

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

Механизм намоточного станка

Станок для намотки классифицируют по группам:

• рядовой;
• универсальной;
• тороидальной намотки.

Каждое изделие имеет индивидуальную конструкцию.

Намоточный станок, выполняющий рядовую укладку проволоки, состоит из таких элементов:

• Механизм намотки имеет вид сварной рамы, которая оборудована двигателем, зубчато-ременной передачей, передней и задней бабкой.
• Механизм раскладки позволяет перемещать длинномерный материал вдоль оси намотки. Это сварная конструкция, по которой двигается каретка с направляющими роликами для провода.
• Модели устройств отличаются друг от друга габаритами и функциональными возможностями.

Стандартная модель прибора для укладки провода несколькими перегибами за один оборот предполагает наличие таких элементов:

Составляющие станка

• Основной каркас, состоящий из деревянных или металлических стоек, которые занимают вертикальное положение.
• Между опорами расположены две горизонтальные оси: одна предназначена для пластин, другая – для катушки.
• Сменные шестерни, посылающие на катушку вращение.
• Рукоятка, которая вращает катушечную ось. Для ее фиксации используют цанговый зажим.
• Фиксаторы: гайки, винты.

Намотка проволоки на тороидальные сердечники осуществляется посредством специализированного оборудования кольцевого типа:

• Приспособление имеет вид челнока, работающего по принципу швейной иглы.
• Шпуля представляет собой механизм двух пересекающихся колец с вынимающимся сектором, на который устанавливают тороидальный каркас.
• Вращение шпули задает электродвигатель.

Перемотка трансформатора своими руками. Практический пример

Теперь, уяснив некоторые моменты, о которых нужно знать, приступаем к перемотке трансформатора. Далее будет описан пример перемотки в «живом формате рассказа», если бы я под диктофон записывал в хронологическом порядке все свои действия для Вас :). Итак, кнопка «Запись» включена, пленка кассеты с характерным шуршанием наматывает пленку с одной катушки на другую. Вечер, на столе горит настольная лампа, а в воздухе витает запах канифоли …

Друг попросил собрать двуполярный источник питания для питания синтезатора «Юность-21». Необходимо было получить на выходе стабильные +/- 10 вольт. В своих радиолюбительских запасах специфического трансформатора не нашлось. Решено было самостоятельно изготовить под необходимые параметры. За основу переделки был взят трансформатор броневого типа с Ш-образным магнитопроводом, ранее работавший в блоке питания одноканального усилителя. По предварительным подсчетам общая нагрузка на трансформатор в усилителе составляла 3А, что соответствовало с запасом для нагрузки проектируемого блока питания.

Взяв во внимание габаритную мощность трансформатора и толщину проволоки вторичной обмотки, прикинул, что первичная обмотка должна быть намотана проволокой подходящего диаметра (замеры микрометром после смотки вторичной обмотки это подтвердило). Измерение тока холостого хода так же подтвердило пригодность выбранного трансформатора (не нужно было доматывать первичку)

Оставалось лишь разобраться с вторичной обмоткой.

Для двуполярного блока питания необходимо иметь две симметричные обмотки рассчитанные на 1 Ампер нагрузки (на трансформаторе под переделку они уже имеется). Подключаем трансформатор в сеть 220В и замеряем напряжения на отводах обмоток. Полученные значения записываем на черновик для последующих расчетов. Далее разбираем трансформатор для его перемотки.

Откручиваем шпильки и убираем кронштейны трансформатора. Перед нами Ш-образный магнитопровод броневого типа. Он состоит из Ш-образных пластин и I-образных пластинок, которые между собой чередуются и перекладываются определенным образом.

Для облегчения процесса разбора аккуратно счищаем лак/краску

Удаление лакокрасочного покрытия (если это необходимо) производят крайне осторожно, чтобы не повредить поверхность пластин и не оставить заусенец, которые могут замкнуть между собой пластины магнитопровода. По возможности обходимся без этих манипуляций

Вначале необходимо удалить I-образные пластинки. Аккуратно подцепляем ножом или плоской тонкой отверткой подцепляем и вытягиваем их все. После этого поочередно вынимаем из каркаса катушки трансформатора Ш-образные пластинки.

После того, как катушку трансформатора отделили от магнитопровода, приступаем к дальнейшим действиям. Перед нами сейчас стоит задача подсчитать количество витков во вторичных обмотках. Первичную обмотку не трогаем.

Две вторичные обмотки по итогам измерения имеют одинаковые напряжения и симметричны друг другу (зеркально отображают количество витков). Узнаем количество витков одной обмотки – будем знать, сколько их у другой. После подсчета не придется сматывать полностью все витки, мы лишь подсчитаем, сколько необходимо смотать проволоки для того, чтобы получить нужное напряжение.

Усевшись за стол в спокойной обстановке перед собой располагаем листок бумаги, ручку (карандаш) и катушку трансформатора. Начинаем разматывать проволоку и считаем сматываемые витки. После каждых десяти сматываемых витков на листке бумаге помечаем отметкой, например, вертикальную черточку, что будет соответствовать 10-ти виткам. Так же будем поступать при намотке проволоки на катушку. Это нужно для того, чтобы не запутаться и не сбиться со счета. Так же можно использовать простой калькулятор, приплюсовывая значения витков.

Несколько советов:

-Перед работой проследите, чтобы вокруг Вас не было острых поверхностей предметов мебели, по которым может тереться или зацепиться сматываемая проволока (не повредите эмалевую изоляцию обмоточных проводов!);

-Сматывайте проволоку на отдельную катушку. Так она будет уложена ровно без повреждений, что позволит использовать её повторно;

-Так же важно аккуратно сматывать проволоку, чтобы избежать в процессе образовывающихся петель и заломов – так мы сохраним проволоку относительно ровной и не повредим эмалевое покрытие медной проволоки при её выгибании

↑ Таблица шагов

В строках указаны диаметры ведущих шкивов, в колонках – диаметры ведомых шкивов. В ячейках таблицы – шпаг намотки провода.

Данная таблица только ориентировочная, поскольку зависит от точности изготовления шкивов, диаметра пассика и шага резьбы на нижнем(подающем валу). После изготовлении всего станка необходимо уточнить получившиеся соотношения методом пробной намотки и составить аналогичную таблицу. Неточность при изготовлении не скажется на работоспособности, другие соотношения диаметров приведут к другим шагам намотки. Но большое количество комбинаций позволит подобрать нужный шаг в любом случае. Если необходимо делать намотку более тонким проводом, можно изготовить еще один тройной шкив с диаметрами например 12, 16 и 20 мм. Наличие такого шкива еще больше расширит ассортимент применяемого провода (начиная с диаметра 0,15 мм)

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Какую мощь будет иметь?

Как только вы сможете ответить на каждый из перечисленных вопросов, приобретайте требуемые материалы. Необходимые материалы вы можете без сложностей купить в специализированных магазинах. Вам потребуются провода, изоляция ленточного типа высшего качества, сердечник.

Трансформатор собственноручно требует намотку. В этих целях следует создать станок, изготовление которого осуществляется из доски длиною сорок сантиметров и шириною десять сантиметров. На доску необходимо прикрепить несколько брусков, посредством шурупов.

С одной из сторон следует создать резьбу. Закрутив обустроенную шайбу, вы получите его ручку. Габариты станка для намотки можно выбрать на собственное усмотрение. Прежде всего, правильный выбор напрямую зависит от габарита сердечника. При кольцевидной его форме намотка создаётся вручную.

Согласно схеме трансформаторного устройства, аппарат может быть оснащён разнообразным числом витков. Требуемое их количество рассчитывается, ориентируясь на мощность. К примеру, при необходимости создания прибора до 220 вольт, мощность должна достигать не менее 150 ватт.

Форма магнитного провода должна быть о-образной. Можно обустроить его из бу телевизора. При этом сечение определяется посредством определённой формулы.

Принцип работы на станке

Трудиться на сконструированном станке несложно. Технологический процесс требует выполнения определенных действий:

1. Верхний вал подготавливают к работе: снимают шкив, задают нужную длину каркаса катушки, устанавливают правый и левый диски.
2. В отверстие верхнего вала вставляют крепежное изделие, центрируют и зажимают каркас специальной гайкой.
3. На подающий вал монтируют нужный шкив для первичной обмотки.
4. Напротив каркаса катушки устанавливается укладчик.
5. Пассик одевают на шкивы кольцом или восьмеркой, в зависимости от вида укладки.
6. Металлический провод заводят под дополнительный вал, укладывают в желобок, закрепляют.
7. Натяжение проволоки регулируют при помощи зажимов, расположенных вверху укладчика.
8. Провод должен плотно наматываться на основу катушки.
9. На калькуляторе фиксируют числовое значение «1+1».
10. Каждый оборот вала прибавляет заданный счет.
11. Если витки нужно отмотать назад, на вычислительном устройстве нажимают «–1».
12. Когда провод достигнет противоположной части каркаса, с помощью цангового зажима меняют положение пассика.

Под разную толщину металлического провода соотносят шкив с шагом намотки.

Метод работы намоточного станка

Станок для намотки – востребованное оборудование, с помощью которого наматывают трансформаторные однослойные и многослойные катушки цилиндрического типа и всевозможные дроссели. Намоточное устройство равномерно распределяет проволоку обмотки с определенным уровнем натяжения. Оно бывает ручным и автоматическим, и работает по такому принципу:

Как работает станок для намотки

• Вращение рукоятки задает намотку проводки или кабеля на каркас катушки. Она служит основанием изделия и надевается на специальный вал.
• Проволока перемещается горизонтально благодаря направляющему элементу укладчика.
• Количество витков определяют специальные счетчики. В самодельных конструкциях эту роль может выполнять велосипедный спидометр или магнитно-герконовый датчик.

Ручной прибор для укладки провода довольно примитивный, поэтому редко применяются на производстве.

Намоточный станок на механическом приводе позволяет выполнять сложную обмотку:

• рядовую;
• тороидальную;
• перекрестную.

Ручной намоточный станок с механическим счетчиком оборотов

Он функционирует с помощью электрического двигателя, который задает движение промежуточного вала с использованием ременной передачи и трехступенчатых шкивов. Большую роль при этом играет фрикционная муфта сцепления. Благодаря ей станок работает плавно, без толчков и обрывов проволоки. Шпиндель с закрепленной оправой, на которую надета катушка, производит запуск счетчика. Намоточный станок настраивается с помощью винта под любую ширину катушечного каркаса.

Современные модели оснащены цифровым оборудованием. Они работают посредством специально заданной программы, которая хранит информацию в запоминающем устройстве. Значение длины и диаметра провода позволяет точно определить точку пересечения линий.

Современные намоточные станки оснащены специальными счетчиками

Особенности ремонта коллекторных приводов

У данного типа электромашин чаще возникают механические неисправности. Например, стирание щеток или засорение контактов коллектора. В таких ситуациях ремонт сводится к чистке контактного механизма или замене графитовых щеток.
Тестирование электрической части сводится к проверке сопротивления обмотки якоря. В этом случае щупы прибора двум соседним контактам (ламелям) коллектора, после снятия показаний производится измерение далее по кругу.

Отображенное сопротивление должно быть примерно одинаковым (с учетом погрешности прибора). Если наблюдается серьезное отклонение, то это говорит, что имеет место быть межвитковое КЗ или обрыв, следовательно, необходима перемотка.

Инструменты

Чтобы изготовить трансформатор собственноручно, следует взять инструменты, а также определённые материалы:

• Лакоткань.
• Сердечник, для которого вполне подходит телевизор бывший в использовании.
• Плотная картонная бумага.
• Доски, а также бруски из природной древесины.
• Прут из стали.
• Пила, специальный клей.

Сделать собственными руками трансформатор, как на фото, совершенно не проблематично. Если требуется изготовление трансформатора, предназначенного для лампочек галогенных, то вполне можно использовать тоже перечисленные выше инструменты.

Не забывайте, что очень важно придерживаться технологического процесса намотки. При точном соблюдении важных правил, аппарат прослужит вам ни одно десятилетие

Данных материалов, а также инструментов вам будет вполне достаточно для собственноручного создания качественного и практичного в применении трансформатора.

На основе подобной самоделки можно сформировать трансформатор для подзарядки машинного аккумулятора, либо создать повышающий прибор для источника питания лабораторного, выжигатель по древесине, либо другое устройство, которое удовлетворит нужды мастера по дому.

↑ Валы

Верхний вал, на котором крепится каркас катушки, изготовлен из прутка диаметром 12 мм. В этой конструкции все валы изготовлены из подходящих по диаметру валов от выслуживших свои сроки матричных принтеров, они изготовлены из хорошей стали, закалены, хромированы или отшлифованы.

Средний вал, на который опирается устройство подачи провода, также изготовлен из прутка диаметром 12 мм. Вал желательно отполировать.

Выбор диаметра нижнего вала – подающего, обусловлен необходимостью иметь шаг резьбы 1 мм, а нашлась только одна подходящая лерка 10х1,0. Желательно(в целях большей надежности) изготовить этот вал также диаметром 12 мм.

Втулка укладчика.

Диаметр 20 мм, длина 20 мм, внутренняя резьба такая же как на нижнем валу М12х1,0 ( в оригинале — М10х1,0)

Шкивы

Шкивы выполнены тройными, т.е. по 3 канавки разного диаметра в одном блоке. Диаметры выбраны так, чтобы наиболее оптимально перекрыть необходимый диапазон сечений провода.

Выточены из стали, комбинация шкивов позволяет получить 54 различных шагов намотки провода. Ширина канавки для пассика выбирается исходя из имеющихся пассиков, в конкретном случае 6 мм. Обратите внимание: общая толщина шкивов должна быть не более 20 мм. Если толщина шкивов больше – необходимо увеличить длину левых хвостовиков нижнего и верхнего вала (диаметр которых 8 мм, длина 50 мм)

При необходимости можно изготовить одинарные шкивы соответствующих диаметров. Выбранные диаметры шкивов обеспечивают намотку провода с 54 различными шагами.

Тороидальные трансформаторы: самостоятельная намотка, проведение расчетов

Намотка трансформатора своими руками — задача несложная, если к ней подготовиться заранее. Люди, которые изготавливают различную радиоаппаратуру или силовые инструменты, имеют потребность в трансформаторах для конкретных нужд.

Поскольку далеко не всегда предоставляется возможность приобрести определенные изделия, то мастера зачастую наматывают тороидальные трансформаторы самостоятельно.

Те, кто в первый раз пытаются провести обмотку, сталкиваются с трудностями: не могут определить правильность расчетов, подобрать соответствующие детали и технологию. Необходимо понимать, что разные типы наматываются по-разному.

Также кардинально отличаются тороидальные устройства. Расчет тороидального трансформатора и его намотка будут особыми. Так как радиолюбители и мастера создают детали под силовое оборудование, но не всегда обладают достаточными знаниями и опытом для их изготовления, то этот материал поможет данной категории людей разобраться с нюансами.