Трансформаторные блоки питания

Трансформаторные блоки питания.

Любой радиолюбитель в своей жизни не раз собирал блок питания для своих электронных устройств. Поэтому его устройство и принцип работы должен знать каждый, кто занимается электроникой.

Ведь собрав даже самый простой блок питания своими руками, начинающие радиолюбители получают такой восторг, потому что простой блок питания не требует никакой настройки и никакой регулировки, он сразу начинает работать.

Блоки питания бывают нескольких типов: трансформаторные, бестрансформаторные, импульсные.

Принципиальная схема БП

Трансформаторные блоки питания — самые простые и надежные блоки питания. Также из простых блоков питания они являются самыми безопасными по электробезопасности .

Простой трансформаторный блок питания состоит из: трансформатора, выпрямителя и фильтра. Если требуется более качественное стабилизированное питание, то устанавливается стабилизатор. Блоки питания будем рассматривать блоками. Внизу представлена принципиальная схема.

Трансформатор

На первичную обмотку трансформатора W1 (иногда её называют сетевой, так как она подключается к сети 220 вольт) поступает входное напряжение. При подаче на первичную обмотку переменное напряжение, в нашем случае — сетевое напряжение 220 В, по магнитопроводу будет протекать переменное электромагнитное поле. Если на магнитопроводе находится вторая обмотка, электромагнитное поле будет проходить и через вторичную обмотку W2. При этом во вторичной обмотки будет наводится электродвижущая сила, и на вторичной обмотке появится выходное напряжение. Со вторичной обмотки трансформатора выходит переменное, обычно пониженное напряжение для питания устройств напряжением 3,3 В, 5 В, 9 В, 12 В и 15 В и тд. Но бывают и повышающие трансформаторы, у них на входе напряжение ниже чем на выходе. Но мы будем рассматривать понижающие трансформаторы.

Мы возьмем трансформатор на выходе вторичной обмотки которой будет выходить 12 вольт.

Можно уже и таким блоком питания пользоваться, но только если для подключения лампы накаливания на 12 Вольт, ведь на выходе у нас переменное напряжение.

Диодный мост

Мы продолжим собирать простой блок питания своими руками. И для получения постоянного напряжения нам понадобится диодный мост, или по-другому его еще называют — диодный выпрямитель. Диодный мост служит для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки в постоянное, так как для питания устройств в основном используется постоянное напряжение.

Диодный мост собран на четырех диодах VD1 — VD4. Рассмотрим работу диодного моста за один период. В первом полупериоде ток протекает через обмотку трансформатора, VD3 и VD4 заперты, и ток проходит через диод VD1 и выходит с диода +12В на нагрузку На схеме нагрузкой служит светодиод VD5 подключенный через токоограничивающий резистор R1.

С диода VD1 ток проходит через токоограничивающий резистор R1, через светодиод VD5, проходит через диод VD2, и уходит на вторичную обмотку трансформатора. На этом первый полупериод завершен.

Второй полупериод проходит также через обмотку трансформатора, но в обратном направлении. С обмотки трансформатора ток протекает теперь через диод VD3. VD1 и VD2 заперты, и далее ток через токоограничивающий резистор R1 на светодиод VD5, далее ток протекает через диод VD4 и уходит на трансформатор.

Вот мы рассмотрели и второй полупериод работы диодного моста.После диода выходное напряжение выходит пульсирующим, можно посмотреть на рисунке ниже.

Таким пульсирующим напряжением уже можно подключать некоторые устройства, которые не бояться пульсаций, например для зарядки автомобильного или другого аккумулятора. Но для питания приемника, усилителя, светодиодной ленты, и тд., такой блок питания не пойдет, к нему на выход диодов надо подключить фильтр, сглаживающий пульсации.

Фильтрующий конденсатор

Без этого фильтра устройство, которое будет питаться от этого блока питания может работать нестабильно, или вообще не работать. Фильтром служат электролитические конденсаторы. У конденсаторов два вывода, плюсовой вывод длиннее минусового. Также возле минусового вывода на корпусе наносится знак «-«

Ниже на рисунке показана схема, и уровень пульсаций в каждой точке

В устройствах, где требуется ещё и стабильное напряжение без скачков, например в электронике с применением микроконтроллеров, добавляют в схему еще и стабилизатор напряжения.

Стабилизатор

Продолжаем улучшать наш простой блок питания своими руками. Для получения качественного и стабильного напряжения без малейших пульсаций, скачков, и просадки напряжения используют стабилизатор напряжения.

В качестве стабилизатора используют стабилитрон, или интегральный стабилизатор напряжения. Мы собрали схему блока питания для устройства, которое нуждается в стабилизированном источнике питания. Это устройство собрано на контроллере, и без стабильного напряжения оно работать не будет. При небольшом повышении напряжении контроллер сгорит. А при понижении напряжении устройство откажется работать. Вот для таких устройств и предназначен стабилизатор.

Вывод 1 интегрального стабилизатора — входное напряжение. Вывод 2 — общий (земля). Вывод 3 — выходит стабилизированное напряжение.

Максимум, что может выдать L7805 — ток в 1,5 А, поэтому надо рассчитывать остальные детали на ток более 1,5 А. Выход трансформатора выбираем на ток более 1,5 ампера и напряжением выше стабилизированного значения больше на два вольта. Например, для LM7812 с выхода трансформатора должно выходить 14 — 15 В, для LM7805 7 – 8 В. Но не забывайте, что эти стабилизаторы греются из-за внутреннего сопротивления. Чем больше перепад между входом и выходом, тем больше нагрев. Ведь лишнее напряжение эти стабилизаторы гасят на себе.

Интегральные стабилизаторы бывают с общим минусом LM78**, или с общим плюсом LM79**. На месте звездочек находятся цифры указывающие напряжение стабилизации. Например LM7905 — общий плюс, напряжение стабилизации -5 В. Еще один пример LM7812 — общий минус, напряжение стабилизации 12 В. А теперь посмотрим распиновку, или назначение выводов интегрального стабилизатора.

Стабилизированный блок питания на LM7805

На рисунке ниже представлена схема простого блока питания со стабилизатором.

На первичную обмотку трансформатора TV1 поступает сетевое напряжение 220 В. Со вторичной обмотки трансформатора выходит пониженное переменное напряжение от 7 до 8 вольт. Далее ток проходит через диодный мост, и на выходе моста получается выпрямленное напряжение. На конденсаторах С1 и С2 выпрямленное напряжение сглаживается.

На выходе стабилизатора LM7805 выходит стабилизированное напряжение 5 вольт. Далее на конденсатор сглаживающий импульсы. И вот уже выпрямленное и стабильное напряжение поступает на светодиод VD5 с токоограничивающим резистором. Светодиод служит индикатором напряжения.

Если требуется источник питания малой мощности, то можно рассмотреть как вариант- бестрансформаторный блок питания. Но это уже другая история.

Высокочастотный трансформатор своими руками

Импульсный, он же высокочастотный, трансформатор – это отдельный вид трансформаторов, который может работать с очень короткими импульсами тока и напряжениями на входе, обеспечивая при этом минимальный уровень искажения выходных импульсов.

Чисто технически ничего не меняется, в составе высокочастотного трансформатора, также как и в силовом, имеются:

1. Первичная обмотка, которая представляет собой катушку индуктивности.

2. Сердечник, который позволяет равномерно распределить возникающую магнитную индукцию.

3. Вторичная обмотка, в которой из-за магнитной индукции первой катушки возникает ток.

Если так разобраться, и силовой, и импульсный трансформатор работают только с переменными токами. Однако, отличие первых от вторых в том, что импульсные имеют специальный сердечник, который позволяет работать с очень быстрыми колебаниями. при повышении частот в таких сердечниках возникает обратный эффект, когда в первичной обмотке уже нет тока, но сердечник всё еще передаёт остаточную энергию вторичной обмотке.

Таким образом, существенно возрастает эффективность преобразования тока (коэффициент) и ощутимо уменьшаются габариты конечного устройства.

Виды высокочастотных трансформаторов

Как и было отмечено выше, конструктивно импульсные тр-ры практически ничем не отличаются от силовых. Поэтому они могут быть:

• Броневыми;
• Стержневыми;
• Бронестержневыми (комбинация первых двух);
• Тороидальными.

В первых трех конструктивных решениях применяется специальное трансформаторное железо, которое должно быть по габаритам соотнесено с катушками первичной и вторичной обмоток. Собрать и намотать такие трансформаторы достаточно сложно, поэтому их проектируют сразу как готовое отраслевое решение (для применения в конкретных приборах и условиях).

Тороиды (кольца) из ферритов, которые могут эксплуатироваться на высоких частотах, заметно доступнее. Их можно найти практически в любом магазине радиоэлектроники или заказать на дом.

Собственно, по этой причине самодельную силовую технику с импульсными блоками питания чаще всего делают на тороидальных ВЧ трансформаторах.

В промышленности можно встретить трансформаторы, работающие с напряжениями:

• До 10 кВ;
• До 50 кВ;
• И свыше 50 кВ.

Они предполагают совсем другие подходы в проектировании.

Преимущества и недостатки

Если на преимуществах можно не останавливаться подробно (это минимальные габариты и высокая эффективность), то о недостатках нужно упомянуть обязательно. Дело в том, что они влияют на проектирование конечного изделия, чаще всего это ИБП (импульсный блок питания). А именно:

1. Для работы обязательно требуется ВЧ-генератор. То есть ток требует подготовки и проходит, по сути, не одну процедуру преобразования после первичного источника. Этот генератор должен быть согласован по параметрам с самим трансформатором.

2. Колебания на высоких частотах создают различные помехи как в первичном источнике тока (например, в сети переменного тока), так и в питаемой цепи. А это может негативно отразиться на работе не только целевого устройства, но и на всех остальных устройств, подключённых к первичному источнику. А значит, необходимо обязательно предусматривать фильтры от ВЧ-помех на входе и выходе ИБП.

3. Без нагрузки эксплуатировать ИБП нельзя. Дело в том, что в силовых трансформаторах закладывается некоторый запас по мощности, а в случае с импульсными сделать это физически очень сложно.

Как и было сказано выше, трансформатор согласуется по параметрам с ВЧ-генератором. То есть для проектирования нужно как минимум знать характеристики вашего генератора или проектировать его вместе с тр-ром.

Наиболее подробную методику, подходящую для профессиональных инженеров можно изучить, например, в методическом пособии Томского политеха, ну или в других научных трудах (их масса).

А можно воспользоваться специальным программным обеспечением, например, PI Expert Suite (она позволяет спроектировать и оптимизировать блоки питания что называется "под ключ"), ExcellentIT или аналогичным ПО.

Из входных параметров вам понадобятся:

• Максимальная индукция (порог для ферритов — 0,39 Тл, но лучше использовать показатель 0,186 Тл, он характерен для эксплуатации тр-ра в самых плохих условиях).
• Частота преобразования. Это один из ключевых показателей. Она может быть в диапазоне 20-120 кГц. Ниже минимума – может появится "свист" при работе, а выше – существенно вырастут динамические потери.
• Плотность тока. Оптимальный диапазон 5-6 А/мм.кв., но не более 10.
• Напряжение на входе (определяется первичным источником или параметрами генератора).
• Коэффициент заполнения. В идеале – 0,35 (больше ставить точно не стоит, могут быть проблемы с соотношением габаритов сердечника и обмоток).

Расчётные выходные параметры:

• Напряжение (в зависимости от того, что вам требуется);
• Ток (аналогично);
• Диаметр провода (чем толще проводник, тем хуже будет его работа);
• Наличие стабилизации выходов;
• Тип выпрямления и преобразования (в соответствии с вашей схемой, это может быть мостовое, одно- или двуполярное со средней точкой и т.д.);
• Потери на диодах (для ультрабыстрых моделей это около 0,6 В даже в самых плохих условиях).

После произведения расчётов вы получаете конкретные параметры и габариты, в том числе:

• Число витков первички и вторички;
• Плотность тока;
• Индуктивность дросселя;
• И т.д.

По ним остаётся только правильно подобрать сердечники и выполнить намотку.

После всего, что было изложено выше, это самое простое. Нужно только:

• Намотать первичку. Если вы получили небольшое количество витков, то можно заменить выбранную проволоку на связку из проводов меньшего диаметра, так распределение по сердечнику будет равномернее. Главное, чтобы совокупная площадь сечения не вышла за пределы изначальной.
• Выполнить изоляцию. Нельзя делать большой зазор (толщину слоя).
• Намотать вторичку (в соответствии с вашей схемой, например, с выводом средней точки, проволоку тоже можно заменить на связку).

Выполнять проверку трансформатора можно только с нагрузкой и собранным генератором частоты!

Мнения читателей

• Виктор Смирнов / 14.11.2020 — 23:30

Могу ли я использовать в качестве генератора частоты сварочный инвертор? Выходное напряжение холостого хода прим. 45 В. Частота — 20 кГ.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Изготовление тороидального трансформатора своими руками

• 11 ноября
• 2871 просмотров
• комментариев
• 22 рейтинг

Многие домашние мастера задумываются об изготовлении тороидального трансформатора своими руками. Объясняется это тем, что его эксплуатационные характеристики значительно лучше, чем у трансформаторов с сердечниками другой формы. Например, при тех же электрических характеристиках, его вес может быть до полутора раз меньше. К тому же и КПД такого трансформатора заметно выше.

Устройство тороидального сварочного трансформатора.

Основных причин, по которым изготовление тороида не всегда удается, две:

1. Трудно найти подходящий сердечник.
2. Трудоемкость изготовления, особенно сложна намотка трансформатора.

Читайте также:

Что такое плазморез и как он устроен.

Способ изготовления споттера своими руками.

Об аргонно-дуговой сварке читайте здесь.

Расчет тороидального трансформатора

Схема сварочного полуавтомата.

Для упрощенного расчета трансформатора на тороидальном магнитопроводе необходимо знать следующие исходные данные:

1. Подаваемое на первичную обмотку входное напряжение U₁.
2. Наружный диаметр D сердечника.
3. Его внутренний диаметр – d.
4. Толщина магнитопровода – H.

Площадь поперечного сечения магнитопровода S_c определяет мощность трансформатора и, соответственно, надежность работы будущего сварочного аппарата. Оптимальными считаются значения 45-55 см 2 . Рассчитать ее значение можно по формуле:

Важной характеристикой сердечника является площадь его окна S, поскольку этот параметр определяет не только удобство намотки обмоточных проводов и интенсивность отвода избытков тепла, но и оказывает влияние на характер магнитного рассеяния. Оптимальные значения этого параметра 80-110 см 2 . Вычислить его значение позволяет формула:

Броневой тип трёхфазных трансформаторов.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:

P = 1,9 * S_c * S, где S_c и S берутся в квадратных сантиметрах, а P получается в ваттах.

Далее можно найти число витков на вольт:

Зная значение k, можно рассчитать количество витков во вторичной обмотке:

Количество витков в первичной обмотке лучше рассчитать, используя в качестве исходного данного напряжение на вторичной обмотке:

W₁ = (U₁ * w₂) / U₂, где U₁ – напряжение, подводимое к первичной обмотке, а U₂ – снимаемое со вторичной.

Дело в том, что регулировать сварочный ток лучше изменением числа витков первичной обмотки, поскольку величина тока в ней меньше, чем во вторичной. Пусть, например, нужно получить три значения выходного тока 60 А, 80 А и 100 А при мощности трансформатора 5000 Вт.

Этим значениям сварочного тока будут соответствовать следующие значения напряжений на вторичной обмотке:

U₂₁ = P / I₂₁ = 5000 Вт / 60 А = 83,3 В;

U₂₂ = P / I₂₂ = 5000 Вт / 80 А = 62,5 В;

Классификационная схема трансформаторов.

U₂₃ = P / I₂₃ = 5000 Вт / 100 А = 50 В.

Пусть вторичная обмотка содержит w₂ = 70 витков. Теперь можно рассчитать число витков в соответствующих ступенях первичной обмотки для напряжения в сети U₁ = 220 В:

W₁₁ = (U₁ * w₂) / U₂₁ = 220 В * 70 / 83,3 В ≈ 185 витков;

W₁₂ = (U₁ * w₂) / U₂₂ = 220 В * 70 / 62,5 В ≈ 246 витков;

W₁₃ = (U₁ * w₂) / U₂₃ = 220 В * 70 / 50 В = 308 витков.

Последнее значение следует увеличить на 5%:

W₁₃ = 308 * 1,05 ≈ 323 витка – это и будет их необходимое число в первичной обмотке, а отводы следует сделать от 185-го и 246-го витка.

Для самодельных трансформаторов для сварки допустимая плотность тока в обмотках j = 3 А/мм 2 . Зная ее, можно найти площадь поперечного сечения проводов обмоток. В приведенном ранее примере максимальный ток в первичной обмотке:

Сечение этого провода должно составлять:

S₁ = I_1m / j = 23 А / 3 А/мм 2 ≈ 8 мм 2 .

Во вторичной обмотке следует применить провод с площадью поперечного сечения:

S₂ = I₂₃ / j = 100 А / 3 А/мм 2 ≈ 33 мм 2 .

Подбор и изготовление тороидального сердечника

Наилучшим материалом для изготовления тороидального магнитопровода является ленточная трансформаторная сталь. Для изготовления сердечника эта лента сворачивается в рулон, имеющий форму тора прямоугольного сечения. Если имеется такая лента или сердечник из нее, то особых проблем при изготовлении магнитопровода для тороидального трансформатора не будет.

Характеристики сварочных трансформаторов.

При малом значении внутреннего диаметра d можно часть ленты с внутренней стороны тора отмотать, а затем намотать ее на наружную поверхность сердечника. В результате возрастут оба диаметра, а площадь внутренней части магнитопровода увеличится. Правда, несколько уменьшится площадь поперечного сечения сердечника S. При необходимости можно добавить ленту с другого магнитопровода.

Хороший готовый тороидальный сердечник можно взять от рассчитанного на ток 9 А лабораторного автотрансформатора ЛАТР 1М. Нужно только перемотать его обмотки. Бывает, что для изготовления тороидального сердечника для трансформатора используется магнитопровод статора подходящего электродвигателя.

Еще один способ изготовления тороидального сердечника – использование в качестве материала пластин от неисправного мощного промышленного или силового трансформатора, питавшего в свое время ламповый цветной телевизор. Сначала из этих пластин с помощью заклепок изготовляется обруч, имеющий диаметр около 26 см. Затем внутрь этого обруча начинают вставлять одну за другой пластины встык, придерживая их рукой от разматывания.

После набора нужного сечения S магнитопровод готов. Для увеличения S можно изготовить два тороида одинаковых размеров, а затем соединить их вместе. Края тороидов следует слегка закруглить с помощью напильника. Из электроизоляционного картона следует изготовить два кольца, имеющих внутренний диаметр d и внешний D, а также две полоски на внутреннюю и наружную сторону тора. После наложения их на тороид, сердечник обматывается поверх картонных прокладок киперной или тканой изоляционной лентой. Магнитопровод готов, и можно начинать наматывать обмотки.

Намотка трансформатора

Основные части обмотки трансформатора.

Как уже говорилось, мотать обмотки на любой тороидальный трансформатор, в том числе и сварочный, непросто. Самый простой способ – это использование для этой цели челнока, на который предварительно наматывается провод нужной длины, а затем, пропуская челнок через внутреннее окно сердечника, виток за витком формируется соответствующая обмотка.

Челнок обычно изготовляют из дерева или выпиливают из оргстекла. Его толщина 5-6 мм, ширина сантиметра 3-4, а длина порядка 40 см. В его торцах делаются полукруглые вырезы для провода. Для оценки длины провода, который нужно намотать на челнок, производится оценка средней длины одного витка наматываемой обмотки, ее значение умножается на число витков, и на всякий случай делается запас в 15-20%.

Удобнее производить намотку с помощью так называемого кругового челнока. В качестве заготовок для изготовления кругового челнока могут служить согнутые в кольцо пластмассовые трубы или гимнастический обруч со спиленной наружной частью, обод от велосипедного колеса и т. д.

Обруч или колесо распиливаются в одном месте, продеваются сквозь внутреннее окно сердечника, а затем место распила фиксируется любым удобным способом. Намотанный на челнок провод можно в нескольких местах зафиксировать изолентой, но удобнее резиновая лента по длине челнока, натянутая поверх провода. Она не дает проводу рассыпаться, но не препятствует его вытаскиванию сбоку.

Из описания ясно, что хотя изготовление тороидального сварочного трансформатора не такое уж простое дело, но оно вполне выполнимо.

Как сделать трансформатор 220 на 12 вольт своими руками

Для того чтобы понизить напряжение промышленной сети, используются трансформаторы 220 на 12 вольт. Такое значение амплитуды необходимо для питания различной техники, в том числе и осветительных приборов. Понижающий трансформатор может располагаться непосредственно в блоке питания или быть выполнен как отдельное устройство. Этот радиоэлектронный элемент можно приобрести в специализированных магазинах, но при желании несложно изготовить и своими руками.

Суть работы устройства

Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.

Появление трансформатора стало возможным после изобретения индукционной катушки в 1852 году механиком из Германии Румкорфом. Его устройство было похоже на катушку для наматывания ниток, но вместо последних использовалась проволока. Внутри катушки располагалась другая такая же конструкция. При подаче тока на нижнюю катушку фиксировалось напряжение и на верхней. Объяснялось это явлением, названным индуктивностью.

Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочков фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.

Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.

Принцип действия

Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:

1. Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами.
2. Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
3. Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
4. Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
5. Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.

Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).

Таким образом, трансформатор представляет собой замкнутый контур (сердечник) на котором располагаются катушки (обмотки). Их количество может составлять от двух и более штук (исключение автотрансформатор). Катушка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а которая соединяется с нагрузкой — вторичной.

При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.

Характеристики и виды изделия

Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:

• U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
• N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
• I1, I2 — сила тока в обмотках.

По виду сердечника трансформаторы на 12 В разделяются на кольцевые, Ш-образные и П-образные. По конструктивному же исполнению они бывают: броневыми, стержневыми и тороидальными (кольцевыми). Стержневой тип собирается из П-образных пластин. На броневом виде используются боковые стержни без обмоток. Этот вид самый распространённый, так как обмотки надёжно защищены от механических повреждений, хотя при этом эффективность охлаждения уменьшается.

Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.

К основным параметрам изделия относят:

1. Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
2. КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
3. Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
4. Количество обмоток.
5. Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.

Самостоятельное изготовление

Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками можно рассмотреть на конкретном примере. Пускай стоит задача изготовить преобразователь с 220 В до 12 в с выходным током 10 А.

Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».

На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.

В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.

Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).

На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.

Расчёт конструкции

Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.

Исходя из того, что мощность передаётся через сердечник, то величины P1 будет зависеть сечение магнитопровода. Находится сечение сердечника из выражения: S = (P 1) ½ = 150 = 12.2 см 2 . Теперь можно найти и необходимое количество витков в первичной обмотке для получения одного вольта: W =50/ S = 4.1. То есть для напряжения 220 вольт потребуется намотать 917 витков, а для вторичной — 48 витков.

Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I) ½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d 2 . Она соответственно составит — 0,3 мм 2 и 5 мм 2 .

Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.

Техника намотки

Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.

Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.

Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.

Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.

Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.

Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.

Как сделать блок питания из электронного трансформатора

В настоящее время существует немало электроинструмента, работающего от аккумуляторных батарей. Однако через определенное время ресурс батарей постепенно снижается и не обеспечивает инструменту достижение нужной мощности. В таких случаях не помогает даже более частая зарядка, поэтому приходится решать, что делать дальше: вообще отказаться от агрегата или перевести его на питание от общей сети. Поскольку новая батарея по цене может сравниться с самим инструментом, можно самостоятельно изготовить блок питания из электронного трансформатора, что обойдется значительно дешевле.

Технические условия изготовления

Переделать электронный трансформатор в импульсный блок питания не так просто, как это оказывается на практике. Помимо трансформатора потребуется установка выпрямительного моста на выходе и сглаживающего конденсатора. В случае необходимости используется стабилизатор напряжения и подключение нагрузки.

Необходимо учитывать, что запуск преобразователя невозможен без нагрузки или при недостаточной нагрузке. Это легко проверить с помощью светодиода, подключаемого к выходу выпрямляющего устройства с использованием ограничительного резистора. В итоге все дело закончится лишь одной вспышкой светодиодного источника света в момент включения.

Для того чтобы появилась еще одна вспышка, преобразователь необходимо сначала выключить, а затем снова включить в сеть. Добиться постоянного свечения вместо вспышек возможно путем подключения выпрямителя к дополнительной нагрузке, которая производит отбор полезной мощности с выделением тепла. Данная схема может использоваться только при постоянной нагрузке, управляемой через первичную цепь.

Если же нагрузка требует более 12 вольт, выдаваемых электронным трансформатором, необходимо перемотать выходной трансформатор. Существуют и другой вариант решения этой проблемы, более эффективный и менее затратный.

ИБП из электронного трансформатора

Я вообще не особенно любитель изготавливать блоки питания, если только он сам по себе не является целью всей конструкции. Однако на протяжении уже около 4х лет, в качестве блока питания или даже ЗУ для автомобильного аккумулятора я использую обычный электронный трансформатор для галогенных ламп. Подобный транс можно приобрести в любом магазине электро товаров.

В интернете уже есть кое какие статьи по переделке таких трансов в блок питания, кто то даже усиленно исследует этот девайс Да и в журнале Радио за какой то год есть статья по этой теме. Ну и я решил вставить свои пять копеек Вообще все просто до нельзя, изготовить более простой и надежный ИБП да и еще купив детали для него в любом хоз магазине я думаю нереально Итак, схема…. Схема это обычный автогенератор, имеющий обратную связь по току. Т.е. если нагрузки на выходе нет то и по сути весь электронный трансформатор не работает. Причем нагрузка должна быть довольно приличной. Бывали такие случаи, когда меня просили подобный девайс поремонтировать, мол не работает. При этом подключали к нему лампочку 0.25 Вт и делали вывод – устройство не фурычит, наипали в магазине Опять же при увеличении нагрузки, весь наш трансик успешно превращается в угли. Очевидно, что все это как то не особо подходит для наших целей. Нам бы сделать так, чтобы все работало на холостом ходу, да и еще бы имело защиту от КЗ. Как ни странно, все это можно реализовать модернизировав простенькую схемотехнику электронного трансформатора. Причем сам ответ как это сделать лежит на поверхности. Всего то нужно заменить ОС (обратную связь) по току, обратной связью по напряжению.

Красным цветом на схеме обозначены необходимые изменения. Сама схема может иметь некоторые вариации… например отсутствовать диод VD1. Токовую обмотку ОС, W3 удаляем и на ее место ставим перемычку. Наматываем на основном трансформаторе TV1 обмотку обратной связи Woc1 – 1 – виток, Woc2 – 2-3 витка на трансформаторе обратной связи Toc (маленькое колечко, кто не в курсе ). Следует соблюдать начало с концом обмоток, ну если не правильно то просто нет генерации. Резистором R4 регулируется глубина ОС, которая в свою очередь влияет на ток при которым происходит срыв генерации автогенератора, откуда мы собственно и получаем защиту от КЗ. При увеличении резистора R4, соответственно, при меньшем выходном токе будет происходить срыв генерации. Вместо резистора R4 можно поставить пленочный конденсатор, это даже более предпочтительно, если кого то раздражает нагрев R4. Величину конденсатора можно выбрать в пределах от 10n до 330n. Подбирается опытным путем. Вторичку можно намотать со средней точкой, или же обычную. Тогда потребуются 4 диода в выпрямителе. Диоды разумеется с барьером Шотки. Сколько мотать, ориентируемся по вторичке которая была. Я ее как правило полностью удаляю. Дроссель L не обязателен, но весьма желателен. Величина не критична 10… 100 мкГн. Ну и по высокой стороне устанавливаем электролит C4, это улучшит качество выходного напряжения при нагрузке (не будет пульсаций, до определенного предела конечно). Выковырять подобный маленький электролит можно например из энергосберегающей лампочки. Да и еще забыл, нужно на ноги электролита (паралельно) поставить разрядный резистор 220К, мощностью 1Вт. НА схеме нарисовать забыл (дорисовывать лень ), он способствует ускоренной разрядке электролита, и без него преобразователь после выключения и быстрого повторного включения может не запускаться. Это связано с запускающим диаком DB3. На выход выпрямителя, если требуется, лепим стабилизаторы напряжения… короче кто на что горазд) Ну и весьма желательно поставить сетевой фильтр L1, C7, C6. Помех от подобных девайсов в сети море, вообще не понятно как китаезы проходят нормы по эл. совместимости. Судя по всему никак… Так что, ставим фильтр. ПС: на фотке нет сетевого фильтра, на момент написания статьи он где то ехал по бескрайним просторам нашей страны в виде посылки…..

• Предыдущая запись: Автомат для поливки растений
• Следующая запись: Радиомикрофон с высокой стабильностью частоты (КР140УД608)

Похожие посты:

Как создать импульсный блок питания не разбирая трансформатор

Изготовление такого блока питания осуществляется в соответствии с представленной схемой. Его основой служит электронный трансформатор, мощность которого 105 ватт. Кроме того, переделка электронного трансформатора в блок питания потребует использования дополнительных элементов – выпрямительного моста VD1-VD4, выходного дросселя L2, согласующего трансформатора Т1 и сетевого фильтра.

Для изготовления трансформатора Т1 потребуется ферритовое кольцо с размерами К30х18х7. Провод в первичной обмотке уложен вдвое, скручен в жгут и намотан в таком виде в количестве 10 витков. Лучше всего подойдет провод диаметром 0,8 мм, например, ПЭВ-2. Вторичная обмотка состоит из такого же провода с такой же укладкой, намотанного в 2х22 витка. В итоге получается двойная симметричная обмотка с общей средней точкой, получаемой путем соединения начала одной обмотки с концом другой.

Дроссель L2 также изготавливается своими руками. Он состоит из такого же ферритового кольца, как и трансформатор. Для обмоток используются аналогичные провода ПЭВ-2, наматываемые по 10 витков. Сборка выпрямительного моста выполняется с помощью диодов КД213 или КД2997, которые могут функционировать при минимальной рабочей частоте 100 кГц. В случае использования других элементов, например, КД242, они будут лишь нагреваться, но не обеспечат требуемого напряжения. Площадь радиатора для установки диодов должна быть не меньше 0,6-0,7 м2. Радиатор используется вместе с изолирующими прокладками.

В цепочку электролитических конденсаторов С4, С5 включено три элемента по 2200 мкф, соединенные параллельно. Данный вариант используют все импульсные источники питания с целью снижения общей индуктивности электролитических конденсаторов. В некоторых схемах могут параллельно с ними подключаться керамические конденсаторы на 0,33-0,5 мкф для сглаживания высокочастотных колебаний.

Переделка электронного трансформатора в более мощный

При сборке той или иной конструкции иногда встает вопрос источника питания, особенно если устройство требует мощного блока питания, а без переделки его не обойтись. В наши дни найти железные трансформаторы с нужными параметрами не трудно, они довольно дорогие, к тому же большие размеры и вес – их основной недостаток. Хорошие импульсные источники питания сложны в сборке и наладке, поэтому многим они недоступны. В своем выпуске видеоблогер Aka Kasyan покажет процесс постройки мощного и особо простого блока питания на базе электронного трансформатора. Хотя в большей мере этот видеоролик посвящен переделке и увеличению его мощности. У автора ролика нет цели доработать или улучшить схему, он просто хотел показать, как можно простым способом увеличить выходную мощность. В дальнейшем, если пожелаете, могут быть показаны все способы доработки таких схем с защитой от короткого замыкания и других функций.

Купить электронный трансформатор можно этом китайском магазине.

В качестве экспериментального выступил электронный трансформатор с мощностью 60 ватт, из которого мастер намерен вытянуть целых 300 ватт. В теории все должно работать.

Трансформатор для переделок был куплен всего за 100 рублей в строймагазине.

Перед вами классическая схема электронного трансформатора типа taschibra. Это простой двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор с цепью запуска на базе симметричного динистора. Именно он подает начальный импульс, в следствие чего схема запускается. Имеются два высоковольтных транзистора обратной проводимости. В родной схеме стояли mje13003, два конденсатора полумоста на 400 вольт, о,1 Мкф, трансформатор обратной связи с тремя обмотками, две из которых является задающим или базовыми обмотками. Каждая из них состоит из 3 витков провода 0,5 миллиметров. Третья обмотка является обратной связи по току.

На входе небольшой резистор на 1 ом в качестве предохранителя и диодный выпрямитель. Электронный трансформатор несмотря на простую схему работает безотказно. Этот вариант не имеет защиты от коротких замыканий, поэтому, если замкнуть выходные провода, будет взрыв – это как минимум.

Электроника для самоделок вкитайском магазине.

Нет никакой стабилизации выходного напряжения, поскольку схема предназначена для работы с пассивной нагрузкой в лице офисных галогенных ламп. Основной силовой трансформатор имеет две обмотки – первичная и вторичная. Последняя рассчитана на выходное напряжение 12 вольт плюс минус пару вольт.

Первые испытания показали, что трансформатор имеет довольно большой потенциал. Потом автор нашел в интернете запатентованную схему сварочного инвертора, построенного почти по такой схеме и сразу создал плату для более мощного варианта. Сделал две платы, поскольку в начале хотел построить аппарат для контактной сварки. Все заработало без каких-либо проблем, но потом решил перемотать вторичную обмотку, чтобы заснять этот ролик, поскольку начальная обмотка выдавала всего 2 вольта и колоссальный ток. А делать замеры таких токов на данный момент нет возможности за отсутствием нужного измерительного оборудования.

Перед вами уже более мощная схема. Деталей стало даже меньше. С первой схемы взяты пара мелочей. Это трансформатор обратной связи, конденсатор и резистор в цепи запуска, динистор.

Дальше из старых компьютерных блоков питания были выбраны все остальные компоненты. Это силовой трансформатор, транзисторы и входной диодный мост. Емкости были куплены отдельно.

Начнем с транзисторов. На родной плате стояли mje13003 в корпусе to-220. Были заменены на более мощные mje13009 из той же линейки. диоды на плате стояли типа n4007 в один ампер. Заменил сборку с током 4 ампер и с обратным напряжением 600 вольт. Подойдут любые диодные мосты аналогичных параметров. Обратное напряжение должно быть не менее 400 вольт а ток не менее 3 ампер. Конденсаторы полумоста пленочные с напряжением 400 вольт.

Продолжение на видео с 4 минуты.

Как видно из схемы , преобразователь Taschibra , представляет собой двухтактный автогенератор, выполненный по полумостовой схеме. Два плеча моста выполнены на транзисторах Q1 и Q2, а два других плеча содержат конденсаторы C1 и C2. В одну из его диагоналей подается сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом, а в другую включена нагрузка. В данном случае это первичная обмотка выходного трансформатора T2. На выходе трансформатора Т2 имеем переменное напряжение (прямоугольные импульсы ) с частотой приблизительно 40 Кгц , модулированное частотой 100 гц. Для управления работой транзисторов в их базовые цепи включены обмотки I и II трансформатора обратной связи Т1. Обмотка III это обратная связь по току, через нее подключена первичная обмотка выходного трансформатора. Управляющий трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 8 мм. Базовые обмотки I и II содержат по 3-4 витка, а обмотка обратной связи III – всего один виток. Все три обмотки выполнены проводами в разноцветной пластиковой изоляции. Динистор D6, стоит в запускающей цепи генератора и формирует импульс тока, который запускает преобразователь в момент подключения к сети. Дальнейшая работа осуществляется без участия цепи запуска. Сетевой выпрямитель выполнен на диодах типа 1N4007, резистор R1 с сопротивлением 1Ом и мощностью 0, 125Вт используется в качестве предохранителя. Схема преобразователя в том виде, как она есть, достаточно проста и не содержит никаких «излишеств». После выпрямительного моста не предусмотрено даже просто конденсатора для сглаживания пульсаций выпрямленного сетевого напряжения , поэтому и получается выходное напряжение модулированным 100 гц ( удвоенная частота сети , после выпрямителя ).Выходное напряжение прямо с выходной обмотки трансформатора без всяких фильтров подается прямо на нагрузку. Отсутствуют цепи стабилизации выходного напряжения и защиты, поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки сгорают сразу несколько элементов, как правило, это транзисторы Q1, Q2, резисторы R4, R5, R1. Несмотря на минимум деталей , схема себя вполне оправдывает при использовании её в штатном режиме, т.е. для питания галогенных ламп. Простота схемы обуславливает ее дешевизну и широкую распространенность устройства в целом.

Трансформаторы , расчитанные на разную мощность подключаемой нагрузки , отличаются применяемыми в них деталями и некоторыми отличиями в схеме , приведенной на этой странице , но принципиальная суть остаётся неизменной.

Трансформаторы Taschibra и другие электронные трансформаторы можно купить в Ростове в магазине Парабола.