Высокочастотный трансформатор тока своими руками

Источник высокого напряжения за 5 минут

Из данной статьи вы узнаете как получить высокое напряжение, с высокой частотой своими руками. Стоимость всей конструкции не превышает 500 руб, при минимуме трудозатрат.

Для изготовления вам понадобится всего 2 вещи: — энергосберегающая лампа (главное, чтобы была рабочая схема балласта) и строчный трансформатор от телевизора, монитора и другой ЭЛТ техники.

Энергосберегающие лампы (правильное название: компактная люминесцентная лампа) уже прочно закрепились в нашем быту, поэтому найти лампу с нерабочей колбой, но с рабочей схемой балласта я думаю не составит труда.
Электронный балласт КЛЛ генерирует высокочастотные импульсы напряжения (обычно 20-120 кГц) которые питают небольшой повышающий трансформатор и т.о. лампа загорается. Современные балласты очень компактны и легко помещаются в цоколе патрона Е27.

Балласт лампы выдает напряжение до 1000 Вольт. Если вместо колбы лампы подключить строчный трансформатор, то можно добиться потрясающих эффектов.

Немного о компактных люминесцентных лампах

Блоки на схеме:
1 — выпрямитель. В нем переменное напряжение преобразуется в постоянное.
2 — транзисторы, включенные по схеме push-pull (тяни-толкай).
3 — тороидальный трансформатор
4 — резонансная цепь из конденсатора и дросселя для создания высокого напряжения
5 — люминесцентная лампа, которую мы заменим строчником

КЛЛ выпускаются самой различной мощности, размеров, форм-факторов. Чем больше мощность лампы, тем более высокое напряжение нужно приложить к колбе лампы. В данной статье я использовал КЛЛ мощностью 65 Ватт.

Большинство КЛЛ имеют однотипную схемотехнику. И у всех имеется 4 вывода на подключение люминесцентной лампы. Необходимо будет подсоединить выхода балласта к первичной обмотке строчного трансформатора.

Немного о строчных трансформаторах

Строчники также бывают разных размеров и форм.

Основной проблемой при подключении строчника, является найти 3 необходимых нам вывода из 10-20 обычно присутствующих у них. Один вывод — общий и пара других выводов — первичная обмотка, которая будет цепляться к балласту КЛЛ.
Если сможете найти документацию на строчник, или схему аппаратуры, где он раньше стоял, то ваша задача существенно облегчится.

Внимание! Строчник может содержать остаточное напряжение, так что перед работой с ним, обязательно разрядите его.

Итоговая конструкция

На фото выше вы можете видеть устройство в работе.

И помните, что это постоянное напряжение. Толстый красный вывод — это «плюс». Если вам нужно переменное напряжение, то нужно убрать диод из строчника, либо найти старый без диода.

Возможные проблемы

Когда я собрал свою первую схему с получением высокого напряжения, то она сразу же заработала. Тогда я использовал балласт от лампы мощностью 26 Ватт.
Мне сразу же захотелось большего.

Я взял более мощный балласт от КЛЛ и в точности повторил первую схему. Но схема не заработала. Я подумал, что балласт сгорел. Обратно подключил колбы лампы и включил в сеть. Лампа загорелась. Значит дело было не в балласте — он был рабочий.

Немного поразмыслив я сделал вывод, что электроника балласта должны определять нить накала лампы. А я использовал только 2 внешних вывода на колбу лампы, а внутренние оставил «в воздухе». Поэтому я поставил резистор между внешним и внутренним выводом балласта. Включил — схема заработала, но резистор быстро сгорел.

Я решил использовать конденсатор, вместо резистора. Дело в том, что конденсатор пропускает только переменный ток, а резистор и переменный и постоянный. Также, конденсатор не нагревался, т.к. давал небольшое сопротивление на пути переменного тока.

Конденсатор работал великолепно! Дуга получилась очень большой и толстой!

Итак если у вас не заработала схема, то скорее всего 2 причины:
1. Что-то не так подключили, либо на стороне балласта, либо на стороне строчного трансформатора.
2. Электроника балласта завязана на работе с нитью накала, а т.к. ее нет, то заменить ее поможет конденсатор.

Используйте конденсатор на соответствующее напряжение! У меня был на 400 Вольт, взятый из балласта другой энергосберегающей лампы.

При проведении опытов с высоким напряжением будьте предельно осторожны! Высокое напряжение опасно для жизни!

Лампа мощностью 65 Ватт, обеспечивает ток порядка 65 мА (65Ватт/1000В). А сила тока более чем 50 мА, смертельна опасна для жизни и вызывает остановку сердца!

Источник

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:

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:

Источник

Как рассчитать и сделать простой тороидальный трансформатор

Большинство электронных устройств для своей работы нуждаются в определённом типе питания, отличающегося от поступающего из промышленной сети. Одним из видов таких устройств является тороидальный трансформатор. Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможной электронной техники.

Конструкция и принцип работы

Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.

Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

• магнитопровод (сердечник);
• обмотки;
• каркас для расположения обмоток;
• изолятор;
• различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).

Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.

По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:

1. Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
2. Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
3. Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
4. Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
5. Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.

К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

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.

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются токовые устройства тогда, когда нужно измерить ток большой силы или для защиты полупроводниковых приборов от возникших на линии нештатных его значений.

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.

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.

Далее остаётся рассчитать количество витков в первичке. Для этого используется выражение: W1=(Uвх*W2)/Uвых, где Uвх — напряжение на входе, а Uвых — напряжение на выходе устройства.

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.

Самостоятельное изготовление

Цена на готовые изделия велика, при этом не всегда удаётся найти прибор с требуемыми параметрами. Поэтому целесообразно изготовить трансформатор или автотрансформатор своими руками. Кроме изготовления трансформатора с нуля существует возможность перемотать неисправное устройство.

Для изготовления изделия потребуются трансформаторное железо и провод. Железо представляет собой пластины собранные в виде тора и образующие магнитопровод. Его можно купить либо взять со старых разобранных приборов. Например, взять пластины от промышленных трансформаторов и, используя приспособление в виде разрезанного кольца, скатать из металла пластинки в виде бублика. Пластинки собрать, сердечник обтянуть стеклотканью и залить лаком.

Витки обмоток изготавливаются из медного провода нужного диаметра. Сама намотка не вызывает сложностей:

1. Наматывается первичная обмотка. Для этого один конец проволоки закрепляется на расстоянии около трёх сантиметров от поверхности железа, а оставшаяся часть провода сворачивается в виде полоски.
2. Полоска с проводом поочерёдно продевается через внутреннее отверстие сердечника, обматывая его грани, и равномерно распределяется по всей поверхности. В конце вывод фиксируется и выводится в районе начала обмотки на таком же расстоянии, что и начало.
3. Сверху первичная обмотка проматывается слоем диэлектрика (стеклотканью).
4. Таким же способом наматывается вторичная обмотка.
5. После выполнения требуемого количество витков сверху наматывается стеклоткань, и трансформатор покрывается лаком.

Если в процессе намотки необходимо выполнить отвод, тогда наматываемый провод разрывается. На место разрыва впаивается отвод, а основной провод мотается дальше. Место отвода, как правило, тщательно изолируется. Закрепление концов обмоток обычно выполняется с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника или проложенного провода. Полоску продеваемого провода лучше разместить на «челнок». Изготавливается он из небольшого пластикового профиля с прорезями в торцах для фиксации проволоки.

Такая работа требует внимательности и аккуратности, особенно при наматывании первичной обмотки. Для изготовления нескольких устройств целесообразно использовать станок для намотки тороидальных трансформаторов. Своими руками такой прибор выполнить сложно, но возможно.

Намоточный станок своими руками

Один из возможных вариантов — сделать станок, оснащённый регулируемым укладчиком и счётчиком витков, используя принцип велосипедного колеса.

Колесо надевается на штырь в стене, при этом его обод снабжается резиновым кольцом. Для того чтобы на обод надеть сердечник, предварительно потребуется его разрезать, а затем снова скрепить, получив цельный круг. Намотав на него необходимую длину проволоки, один ее конец подсоединяется к свободно расположенному на ободе сердечнику. Катушка передвигается по ободу полными кругами, в результате чего проволока укладывается на каркас. При этом для подсчёта оборотов используется велосипедный счётчик.

Создание более совершенного устройства потребует применение шаговых двигателей с позиционированием их положения. Для этого используются микроконтроллеры и электронный счётчик. Такое конструирование требует определённых навыков в радиоэлектронике.

Originally posted 2018-07-04 07:14:26.

Источник