Железо для тороидального трансформатора
Трансформатор – электромагнитное оборудование, используемое для преобразования переменного тока с одним напряжением в переменный ток с другим напряжением без изменения его частоты. Силовой трансформатор классифицируется как промышленное оснащение и может быть как отдельно стоящим аппаратом, так и входить в конструкцию вторичного источника питания.
Для производства трансформаторов используют электротехническую сталь и медь отменного качества, что значительно увеличивает эксплуатационный срок устройств. Однако со временем, даже такие аппараты приходят в негодность. Сэкономить на покупке нового оборудования можно, если сдать старое на вторичную переработку в специальном пункте. Наша компания осуществляет скупку сломанных трансформаторов, а также прием лома электродвигателей на выгодных условиях в Москве и Подмосковье. Чтобы узнать стоимость кг металла, загляните в раздел «Цены на лом» на нашем сайте.
Зачем кремний в стали?
Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом. Легирование стали Si позволяет вывести из металла кислород, элемент – оказывающий наибольшее негативное воздействие на магнитные свойства Fe. Происходит реакция восстановления железа из его окислов, с результирующим образованием оксида кремния, частичного переходящего в шлак.
Так выглядит ферросилициий – марка ФС45
Второй положительный эффект от внедрения кремния в сталь связан с выделением цеменита (Fе3С) из металла, который замещается образующимся графитом. Оба соединения, оксид железа и цеменит увеличивают коэрцитивной силы в металле, что приводит к росту потерь на гистерезис. Более того, легирование кремнием железа с концентрацией Si выше 4% способствует также снижению потерь на вихревые токи, что обусловлено повышением удельного электрического сопротивления электротехнической стали относительно ее марок, нелегированных кремнием.
Условия сдачи трансформаторного железа
Чтобы дорого продать трансформаторное железо, нужно:
- Предварительно провести очистку лома от различных загрязняющих веществ. Наличие лака, краски, ржавчины или масел существенно снижает цену 1 кг металлолома.
- Произвести разборку трансформатора на составляющие части. Избежать потерь при неправильном демонтаже можно, если воспользоваться помощью профессионалов. Сотрудники нашей компании смогут произвести точное изъятие ценных деталей из черного и цветного металла.
- Доставить оборудование к пункту приема. Трансформаторы представляют собой довольно громоздкие конструкции, которые сложно транспортировать без специальной техники. Наша компания владеет автопарком, в котором есть все необходимое для быстрой и безопасной доставки металлолома к точке назначения.
Если вы хотите дорого сдать старое трансформаторное оборудование и при этом вам необходимы дополнительные услуги, доверьтесь нашей компании. Мы предлагаем лучшие цены на лом в Москве и Московской области, вежливый сервис и индивидуальный подход к каждому клиенту.
Химический состав стали с улучшенными магнитными характеристиками
Исходя из вышесказанного, повышение содержания кремния в металле снижает удельный вес оксидов железа. Как показывает практика, одновременно с этим происходит рост индукции насыщения Вs железа. Ее максимальная величина достигается при содержании Si на уровне 6.4%.
Однако по химическому составу электротехническая сталь остается легированным металлом с содержанием кремния не более 4.8%. Это связано с ухудшением механических свойств металла, хрупкости в частности, при росте концентрации Si. Наряду с кремнием в электротехническую сталь может добавляться алюминий на уровне 0.5%.
Сердечник трансформатора из электротехнической стали
Исходя из химического состава (содержания легирующих примесей), металл разделяют на две категории динамная и трансформаторная сталь. В первой разновидности процент вхождения кремния составляет 0.8 – 2.5%, тогда как трансформаторное железо характеризуется уровнем легирования 3.0 – 4.5%.
Тороидальный трансформатор своими руками
Тороидальный трансформатор, или просто тор, чаще всего изготавливают в домашних условиях в качестве главной детали для домашнего сварочного аппарата и не только. По сути, это самый распространённый вариант трансформатора, впервые изготовленный ещё Фарадеем в 1831 году.
Преимущества и недостатки тора
Тор обладает несомненными достоинствами по сравнению с другими видами:
- Относительно небольшие размеры.
- Очень сильный выходной сигнал.
- Обмотки имеют маленькую длину, и, как следствие, эти устройства характеризуются небольшим сопротивлением и очень высоким КПД.
- Благодаря своей форме легко устанавливаются и также легко демонтируются в случае необходимости.
Простейший тор состоит из двух обмоток на своём кольцевидном сердечнике. Первичная обмотка соединяется с источником электрического тока, вторичная идёт к потребителю электроэнергии. Посредством магнитопровода происходит объединение обмоток и усиление их индукции. Когда включается питание, в обмотке первичной возникает переменный магнитный поток. Соединяясь со вторичной обмоткой, этот поток порождает в ней электромагнитную силу. Величина этой силы зависит от количества намотанных витков. Изменяя число витков, можно преобразовывать любое напряжение.
Читать также: Станок для шлифовки металла
Расчет мощности тороидального трансформатора
Изготовление сварочного тороидального трансформатора в домашних условиях начинается с расчёта его мощности. Основным параметром будущего тора является ток, который будет подаваться на сварочные электроды. Чаще всего для бытовых нужд вполне достаточно электродов диаметром 2−5 мм. Соответственно, для таких электродов мощность тока должна быть в пределах 110−140 А.
Мощность будущего трансформатора рассчитывается по следующей формуле:
U — напряжение холостого хода
cos f — коэффициент мощности, равный 0.8
n — коэффициент полезного действия, равный 0.7
Далее расчётная величина мощности с помощью соответствующей таблицы сверяется с размером площади сечения сердечника. Для домашних сварочных трансформаторов это значение, как правило, равно 20−70 кв. см в зависимости от конкретной модели.
После этого с помощью следующей таблицы подбирается количество витков провода по отношению к площади сечения сердечника. Закономерность простая: чем больше площадь сечения магнитопровода, тем меньшее количество витков наматывается на катушку. Непосредственное количество витков вычисляется по следующей формуле:
U — напряжение тока на первичной обмотке.
I — ток вторичной обмотки, или сварочный ток.
S — площадь сечения магнитопровода.
Количество витков на вторичной обмотке вычисляется по следующей формуле:
Тороидальный сердечник
Тороидальные трансформаторы имеют достаточно сложный сердечник. Лучше всего его изготавливать из специальной трансформаторной стали (сплав железа с кремнием) в виде стальной ленты. Лента предварительно свёртывается в габаритный рулон. Такой рулон, по сути, уже имеет форму тора.
Где взять готовый сердечник? Неплохой тороидальный сердечник можно обнаружить на старом лабораторном автотрансформаторе. В этом случае будет необходимо размотать старые обмотки и намотать новые на уже готовый сердечник. Перемотка трансформатора своими руками ничем не отличается от намотки нового трансформатора.
Изотропная и анизотропная сталь – отличия производства
Как можно понять из вышесказанного, характеристики легированного соединения сильно зависят от содержания кремния. Вторым фактором, определяющим свойства металла, выступает его внутренняя структура, которая формируется в процессе производства. В частности горячекатаная и холоднокатаная стали обладают различными по размеру ячейками. Для крупнокристаллических материалов характерны большие величины магнитной проницаемостью, но коэрцитивная сила существенно ниже, чем у металлов с мелкокристаллической структурой. Варьировать размер зерна позволяют два вида обработки: механическая и термическая.
Так отжиг стали способствует понижению внутренних напряжений в металле, одновременно приводя к увеличению кристаллов, образующих его структуру. Горячая прокатка электротехнической стали не способна создать устойчивую ориентацию зерен внутри металла, оставляя ее хаотичной. Подобная изотропная сталь, как результат, характеризуется независимостью магнитных свойств от направления.
Добиться текстурованной структуры с определенной пространственной ориентацией кристаллов в металле позволяет повторной холодной прокатки стали, сопровождающаяся отжигом при особых условиях. Как результат получается анизотропная сталь, где ребра кубической решетки кристаллов установлены в направлении прокатки. Расположив анизотропную сталь в правильном направлении, можно добиться повышения магнитной проницаемости, одновременно понизив коэрцитивную силу.
Производство электротехнической стали налажено в виде листового проката с шириной полосы 240 – 1000 мм. Металл выпускается рулонами или отдельными листами, длина которых варьируется от 720 до 2000 мм. Толщина электротехнического стального профиля начинается с 0.05 мм и может иметь следующие показатели: 0.1, 0.2, 0.35, 0.5 и 1,0 мм. Кроме того, классификация электротехнических сталей по разновидности продукции допускает следующие виды проката: сортовой и лента резанная.
Марки изотропной тонколистовой стали х/к: 2011, 2012, 2013, 2014, 2020, 2020, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421.
Марки анизотропной тонколистовой стали х/к: 3311 (3411), 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.
Металлическая буква “Е” – что это?
Всех мучил вопрос в детстве – что эта за металлическая буква Е или Ш такая?
Эта металлическая пластина в виде буквы Ш или Е (кто как видит) и есть та самая трансформаторная сталь, точнее сердечник трансформатора, изготовленный из электротехнической стали. Такие пластины часто попадались в детстве – ржавые, гнутые, склеенные, кто-то затачивал их и бросался, словно, самурайскими сюрикэнами.
Буква Е или Ш – та, что мы видели в детстве
Этих металлических букв Ш (Е), казалось, валяется целая куча – они были в каждом дворе иногда валялись целыми россыпями, а появлялись они после разбора вот таких трансформаторов, см. фото:
Внутри этого трансформатора находится сердечник из трансформаторной стали и склеенных букв “Е”
Электротехническая сталь – марки
Маркировка данного вида металла представляет число, где его цифры указывают:
- Первая – структурное состояние металла и класс его прокатки. Это может быть горячекатаная (1) или холоднокатаная (2) изотропная, а также холоднокатаная анизотропная разновидность стали.
- Вторая – отображает процент вхождения кремния. Она принимает следующие допустимые значения от 0 до 5. Стартовая величина – менее 0.4% обозначается как 0. Вторая цифра 1 соответствуют содержанию Si 4 – 0.8 %. Последующие четыре значения отображают увеличение концентрации кремния на 1, вплоть до величины 4.8%.
- Третья цифра характеризует электромагнитные характеристики: коэрцитивная сила, магнитна индукция и прочие.
- Последние две цифры отображают количественное значение характеристики из третьего пункта.
Марки электротехнической стали:
- Сталь электротехническая сернистая: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216, 2311, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421, 3311, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3421, 3422, 3423, 3424, 3425
- Сталь электротехническая нелегированная: 10832, 10848, 10850, 10860, 10864, 10880, 10895, 11832, 11848, 11850, 11860, 11864, 11880, 11895, 20832, 20848, 20850, 20860, 20864, 20880, 20895, 21832, 21848, 21850, 21860, 21864, 21880, 21895
Свойства электротехнической стали
Ценность легированного кремнием железа обусловлена его улучшенными электромагнитными характеристиками: высокий уровень индукции насыщения, минимизация потерь на гистерезис, а также пониженная коэрцитивной сила. Поскольку анизотропная структура позволяет еще больше улучшить эти свойства, то спрос не текстурованные стали изначально выше.
Вопрос, для каких целей применяют электротехнические стали, находит ответ в наименовании металла. Одно из предназначений сплава – это сердечники в таких устройствах:
- трансформаторов тока;
- статоры и роторы электрооборудования;
- силовых трансформаторов.
Кроме того, электротехническая сталь – отличный материал для магнитопроводов в составе электрических аппаратов. Понять, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали несложно. Это следует из свойств металла, в частности повышению удельного электрического сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь мощности от вихревых токов, характерных для сердечника трансформатора. Как результат, повышается общая эффективность устройства, а сам сердечник меньше нагревается.
Еще больше нивелировать потери от вихревых токов, можно уменьшив толщину пластин. Поэтому электротехническая сталь для электродвигателей, в частности сердечников трансформаторов, должна иметь толщину 0.5 мм при частоте 50 Гц. Если источник тока работает на больших частотах, под сердечник используют более толстые листы электротехнической стали: 0.1 или 0.2 мм.
Дополнительные потери энергии в сердечнике трансформатора происходят вследствие гистерезиса – процесса циклического перемагничивания. Сузить петлю гистерезиса, соответственно уменьшить ее площадь приведут к понижению потерь на перемагничивание. Это вторая причина использования электротехнической стали в сердечнике трансформатора.
Поскольку снижение потерь на вихревые токи и гистерезис достигается повышением содержания кремния в металле, сплав с высокой концентрацией Si получил название трансформаторная сталь, характеристики которой лучше подстроены именно под трансформаторы. Выражаясь языком цифр, в производстве мощных трансформаторов использование текстурованной стали позволяет уменьшить уровень потерь на треть. Кроме того, это способствует снижению массы трансформатора на 10% и расхода самого металла на 20%.
Сбор сердечника трансформатора
Кроме трансформаторов, электротехническая сталь, в зависимости от марки применяется для:
- магнитных цепей при изготовлении электрического оборудования – марки 2212, сернистая изотропная, 20895/20880 АРМКО;
- электродвигателей и подобных изделий – марка 10895/Э12/АРМКО;
- прочая электротехническая продукция – марка10880/Э10/АРМКО.
Назначение некоторых марок стали электротехнической:
| Марка стали | Назначение |
| 1211, 1212, 1213, 22110 | Для якорей и полюсов электрических машин постоянного тока, для роторов и статоров асинхронных двигателей промышленной частоты мощностью до 100 кВт, для магнитопроводов приборов. Пластичность высокая. |
| 1311, 1312 | Для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью от 100 до 400 кВт. Пластичность хорошая. |
| 1411, 1412, 2411 | Для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью 400 -1000 кВт, маломощных силовых трансформаторов, для двигателей повышенной частоты. Пластичность удовлетворительная. |
Намотка тороидального трансформатора
Намотка тороидального трансформатора – это достаточно сложный процесс, который занимает много времени. Тороидальный трансформатор имеет одну из наиболее сложных намоток. Наиболее простым способом считается использование специального челнока. На него следует намотать провод нужной длины и затем его через отверстия. Он имеет сложную конструкцию, но это не влияет на принцип работы трансформатора тороидального. После пропуска через челнок у вас начнет формироваться соответствующая обмотка.
Читать также: Сварка балки двутаврового сечения
Челнок обычно изготавливается из дерева. Его толщина составляет 6 мм длина 40 см, а ширина 4 см. В его торцах вам следует сделать полукруглые вырезы. Для оценки его длины вам необходимо намотать провод на челнок, а значение умножить на количество витков. В этом случае запас должен составлять 20%.
Намотку необходимо делать с помощью кругового челнока. В качестве заготовки вам могут послужить согнутые пластмассовые трубы или обруч. Обруч необходимо распилить в одном месте и продеть его сквозь внутреннее окно сердечника. Провод в нескольких местах следует зафиксировать изолентой. Она не даст вашему проводу рассыпаться.
Надеемся, что благодаря этой статье вы самостоятельно сможете изготовить тороидальный трансформатор своими руками.
Трансформатор переводится с латинского как «превращатель», «преобразователь». Это электромагнитное устройство статического типа, предназначенное для преобразования переменного напряжения или электрического тока. Основу любого трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, который иногда называют сердечником. На сердечник наматываются обмотки, которых может быть 2−3 и более в зависимости от вида трансформатора. Когда на первичной обмотке возникает переменное напряжение, внутри сердечника возбуждается магнитный ток. Он, в свою очередь, вызывает на остальных обмотках токовое переменное напряжение с точно такой же частотой.
Обмотки различаются между собой количеством витков, что определяет коэффициент изменения величины напряжения. Иными словами, если вторичная обмотка имеет в своём составе в два раза меньше витков, то на ней возникает переменное напряжение по величине в два раза меньшее, чем на обмотке первичной. Но мощность тока при этом не меняется. Это делает возможным работу с токами большой силы при относительно небольшом напряжении.
Основные производители электротехнической стали
Если рассматривать выпуск данного вида металла в мировом масштабе, то основными игроками выступаю восточные страны: Китай и Япония. Их долевой вклад в производстве и потребление электротехнической стали составляет до 50%. Дисбаланс между странами состоит в том, что Китай – основной производитель, тогда как Япония преимущественно экспортирует этот сортамент стали.
Готовая продукция – рулоны электротехнической стали
Россия относится к числу тех государств, где объемы производства металла превышают внутреннее потребление сортамента электротехническая сталь. Цена этого вида продукции на отечественном рынке составляет от 80 до 180 рублей за килограмм. На сегодня РФ сумела выйти на объемы производства данного сортамента металла, которые составляют 10% от общего мирового импорта электротехнической стали. Основными производителями металла на российском рынке выступают:
- Северсталь;
- ВИЗ-Сталь;
- Новолипецкий металлургический комбинат.
Объемы, производимой ими продукции троекратно превосходят потребности внутреннего рынка, что позволять импортировать электротехническую сталь как на Запад: Италия, Швейцария, так и в сторону Востока – Индия. Что касается долю конкретного вида стали в общем объеме, то две трети производственных мощностей ориентированы на выпуск динамного сортамента металла. И только 30% производства – это трансформаторная сталь, цена которой составляет 120 – 180 руб/кг.
Особенности намотки тора
Первичная обмотка осуществляется медным проводом в стеклотканевой или хлопчатобумажной изоляции. Ни в коем случае нельзя использовать провода в резиновой изоляции. Для силы тока на первичной обмотке в 25 А наматывающийся провод должен иметь сечение 5−7 мм. На вторичной необходимо использовать провод значительно большего сечения — 30−40 мм. Это необходимо ввиду того, что на вторичной обмотке будет протекать ток значительно большей силы — 120−150 А. В обоих случаях изоляция провода должна быть термостойкой.
Для того чтобы правильно перемотать и собрать самодельный трансформатор, необходимо понимать некоторые детали процесса его работы. Нужно грамотно осуществлять намотку проводов. Первичная обмотка производится с помощью провода меньшего сечения, а количество самих витков здесь значительно больше, это приводит к тому, что первичная обмотка испытывает очень большие нагрузки и, как следствие, может очень сильно греться в процессе работы. Поэтому укладка первичной обмотки должна производиться особенно тщательно.
В процессе намотки каждый намотанный слой необходимо изолировать. Для этого используют либо специальную лакоткань, либо строительный скотч. Предварительно изоляционный материал нарезается на полоски шириной 1−2 см. Изоляцию укладывают таким образом, что внутренняя часть обмотки покрывается двойным слоем, а внешняя, соответственно, одним слоем. После этого весь изоляционный слой обмазывается толстым слоем клея ПВА. Клей в этом случае несёт двойную функцию. Он укрепляет изоляцию, превращая её в единый монолит, а также значительно уменьшает звук гудения трансформатора во время работы.
Приспособления для намотки
Намотка тора — сложный процесс, занимающий много времени. Для того чтобы как-то его облегчить, используют специальные приспособления для намотки.
Электротехническая сталь или трансформаторное железо
Материал выполняют не только из кремния, а создают сплав с железом. Добавление этого элемента приводит к тому, что коэффициент силы увеличивается, а удельное сопротивление электрической мощности повышается, если сравнить с марками без кремния.
Если добавить в состав определенное количество кремния, это приведет к снижению отдельного веса оксидов железа.
По химическому составу этот материал можно отнести к легированным металлам за счет наличия кремния в количестве до 0,5%.
В трансформаторном железе добавление посторонних примесей в пределах 3-4,5%.
Зачем кремний в стали?
Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом. Легирование стали Si позволяет вывести из металла кислород, элемент – оказывающий наибольшее негативное воздействие на магнитные свойства Fe. Происходит реакция восстановления железа из его окислов, с результирующим образованием оксида кремния, частичного переходящего в шлак.
Так выглядит ферросилициий – марка ФС45
Второй положительный эффект от внедрения кремния в сталь связан с выделением цеменита (Fе3С) из металла, который замещается образующимся графитом. Оба соединения, оксид железа и цеменит увеличивают коэрцитивной силы в металле, что приводит к росту потерь на гистерезис. Более того, легирование кремнием железа с концентрацией Si выше 4% способствует также снижению потерь на вихревые токи, что обусловлено повышением удельного электрического сопротивления электротехнической стали относительно ее марок, нелегированных кремнием.
Свойства кремния
Кремнием называют основной материал полупроводниковой электроники. С его помощью изготовляют интегральные схемы, диоды, транзисторы, солнечные батареи, фотоприемники и другие приборы.
Это полупроводник, электрические свойства которого зависят от примесей. Он прозрачен для инфракрасных лучей. При низкой температуре проявляет химическую инертность, на воздухе образовывается тонкая пленка оксида. Окисление кремния происходит при нагревании до 400 градусов. Растворим во многих расплавленных металлах.
Отличительные особенности изотропной и анизотропной сталей
Какими свойствами будет обладать соединение зависит от того, сколько в него добавили кремния во время производственного процесса. Горячекатаная и холоднокатаная сталь имеют разные по размеру ячейки. Если материал отличается крупными кристаллами, то его магнитная проницаемость больше, но незначительная коэрцитивная сила, если сравнить с материалами с мелкими кристаллами. Размер зерен зависит от применяемой механической или термической обработки.
Во время отжига внутреннее напряжение в металле понижается, а одновременно с этим кристаллы увеличиваются, формируя структуру. Если сделать горячую прокатку, то не получится сформировать зерна устойчивыми в определенном положении, поэтому они размещаются хаотично. Это изотропная сталь. Она обладает магнитными свойствами, не зависящими от направления.
Чтобы была получить текстурированный материал второй раз прибегают к холодной прокатке стали, сопровождая ее отжигом в особых условиях. Это позволяет получить анизотропную сталь. Ребра в ней расположены так, как проходила прокатка. Расположение материала в правильном положении способствует повышению магнитной проницаемости и снижению коэрцитивной силы, улучшению работы устройств.
Электротехническую сталь производят и продают в рулонах или отдельных листах. Их длина от 720 до 1000 мм.
Что такое железо?
С точки зрения промышленности, железо является главным соорудительным материалом в мире. Его использование повсеместно – от ручки двери до двигателей межпланетных ракет. Причинность подобной популярности проста – распространенность и дешевизна сырья, ведь железо находится на втором месте по доле в земной коре после алюминия. Символьное обозначение железа «Fe»? а его порядковый номер у Менделеева 26.
Важно: не путайте сталь и железо – это совсем разные термины. Железо является чистым химическим элементом, а сталь – сплав ферума и углерода.
Иногда железом в промышленности называют высококонцентрированный сплав с долевым содержанием примесей менее 0.7% от общей массы. В таком случае, физические свойства вещества почти не теряются. Большинство сплавов на основе железа относят к группе черных металлов.
| Преимущества железа | Недостатки металла |
| Сохранение свойств упругости при повышении прочности металла – это если речь о высококонцентрированных железных сплавах. | Слабая стойкость к коррозии. Проблему исправить можно, но себестоимость производства увеличивается. |
| Обилие ферритов дает возможность производить материалы на основе железа для любых бытовых и промышленных задач. При чем, смена свойств протекает даже с минимальными вкраплениями примесей. | Из-за накопления электричества, железо поддается коррозии электрохимического типа. По данной причине детали из железа необходимо защищать протекторами, катодами и прочими средствами защиты. |
| Легко поддается механической обработке, что увеличивает вариативность в отношении форм и видов изделий. | Удельный вес чистого железа делает конструкции из него крайне тяжелыми. |
| Магнитные свойства металла позволяют с него получать магнитоприводы. Высокая ковкость железа позволяет делать из него множество декоративных элементов. |
В чистой форме железо обладает хорошей пластичностью, что позволяет его легко ковать, но тяжело лить. Структура металла – это 5 фаз, у каждой из которых собственная кристаллическая структура и решеточные параметры. Детальнее в таблице ниже.
| Фаза | Особенности |
| α | Тип решетки – кубическая, объемно-центрированной формы. Устойчивость фаза – до 770 градусов по Цельсию. Физическая особенность – ферромагнетические свойства. |
| β | Существование фазы протекает при температурных границах от 770 до 918 градусов по Цельсию. Полное сохранение физических и химических свойств, кроме намагничивания. Железо становится парамагнетиком. Структура похожа на предыдущую фазу, но у решетки параметры незначительно отличаются. |
| γ | Температурные границы существования – от 918 градусов до 1395 градусов. Ключевое отличие – решетка кубического + гранецентрического типа. |
| δ | Имеется только нижняя температурная граница в 1395 градусов. Верхний предел отсутствует. Тип решеточной структуры – объемно-центрическая. |
| ε | У фазы не имеется четких температурных границ, но необходимое условие существования – высокое давление + подключение к чистому железу легирующих компонентов. Тип решетки – гексагоническая с плотным расположением кристаллов. |
Физические особенности железа напрямую зависят от чистоты вещества. Помимо полезных легирующих компонентов, что позитивно сказываются на свойствах металла, имеются и отрицательные элементы, способные ухудшить его характеристики. Примерами таковых может быть та же сера с фосфором, которые снижают показатели пластичности, взамен не предоставляя сплаву ничего из положительных свойств.
Базовые характеристики железа:
- вариативная плотность, зависящая от фазы пребывания металла. Обобщенный промежуток – от 7.4 до 7.9 грамма/кубический сантиметр;
- стойкость железа в чистом виде небольшая. Предел прочности у рядового технического железа – 299 МПа, но если речь о быстрорежущей стали, то здесь предел прочности возрастает до значения в 2.7 ГПа;
- чистое железо по шкале Мооса тянет на оценку в 4 балла;
- проводимость чистого ферума ниже нежели у алюминия/меди – 9.7*10^(-8);
- металл поддается ковке, но в чистом виде не поддается литью;
- низкая токсичность, но не биологическая инертность.
Усвоение железа человеческим организмом составляет всего ½ от получаемого, что делает металл для человека менее опасным, нежели другие элементы группы металлов. Главный вред окружающей среде несет не железо в чистом виде, а отходы во время производства – газы и выделяющиеся шлаки. Детальнее о производстве, тепловых характеристиках и областях применения будет рассказано далее.
10 самых крепких металлов в мире
Расшифровка маркировки
Каждая марка стали обозначается определенными цифрами, несущими в себе информацию:
- Вначале маркировки стоит число, показывающее структурное строение и вид прокатки. К первому классу относят горячекатаную изотропную, ко второму – холоднокатаную изотропную, к третьему – холоднокатаную анизотропную.
- Вторая – количество кремния в материале от 0,4 до 4,8%.
- Третья – принадлежность к нормируемой группе.
- Начальные цифры используются для обозначения типа.
Четвертая и пятая цифры показывают основные нормируемые характеристики в количественном значении. Маркировка предоставляет основную информацию о материале.
Электротехническая сталь – марки
Маркировка данного вида металла представляет число, где его цифры указывают:
- Первая – структурное состояние металла и класс его прокатки. Это может быть горячекатаная (1) или холоднокатаная (2) изотропная, а также холоднокатаная анизотропная разновидность стали.
- Вторая – отображает процент вхождения кремния. Она принимает следующие допустимые значения от 0 до 5. Стартовая величина – менее 0.4% обозначается как 0. Вторая цифра 1 соответствуют содержанию Si 4 – 0.8 %. Последующие четыре значения отображают увеличение концентрации кремния на 1, вплоть до величины 4.8%.
- Третья цифра характеризует электромагнитные характеристики: коэрцитивная сила, магнитна индукция и прочие.
- Последние две цифры отображают количественное значение характеристики из третьего пункта.
Марки электротехнической стали:
- Сталь электротехническая сернистая: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216, 2311, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421, 3311, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3421, 3422, 3423, 3424, 3425
- Сталь электротехническая нелегированная: 10832, 10848, 10850, 10860, 10864, 10880, 10895, 11832, 11848, 11850, 11860, 11864, 11880, 11895, 20832, 20848, 20850, 20860, 20864, 20880, 20895, 21832, 21848, 21850, 21860, 21864, 21880, 21895
Основные марки
Существуют две основные марки.
Сернистая
Марка 2212. Для промышленного производства используют тонкие листы, подверженные холодной прокатке.
Нелегированная
Она отличается от углеродистой стали наличием в составе менее 5% легирующих элементов.
Оба вида используют в производстве трансформаторной стали.
Основные свойства и характеристики
Сталь для трансформаторов применяется нержавеющая, магнитная с достаточными показателями проницаемости. Она так популярна в производстве электрооборудования благодаря тому, что обладает высокими электромагнитными характеристиками и теряет минимальное количество энергии в результате нестериса.
Из металла делают различные элементы для трансформаторов и другого электрооборудования. Также он идеально подходит для создания магнитных проводов.
Без этого особого вида стали не обходятся сердечники трансформатора по той причине, что материал способствует более высокому удельному сопротивлению. Это позволяет терять меньше мощности от вихревых токов. Эта проблема обычно касается сердечников электрооборудования. Благодаря его использованию не происходит чрезмерное нагревание сердечника.
Для уменьшения потерь от вихревых потоков, уменьшают толщину пластины. Поэтому толщина стали должна быть 0,5 мм при частоте в 50Гц. Если устройство работает при большей частоте, то необходимо делать сердечник из листов 0,1-0,2 мм.
Металл помогает уменьшить потери на перемагничивание. Это еще одна причина популярности электротехнической стали для производства сердечника трансформатора.
Так как снизить потери и процесс циклического перемагничивания можно с помощью добавления кремния в металл, то сплавы с повышенным содержанием этого элемента получили название трансформаторная сталь. Благодаря применению удалось добиться уменьшения потерь на треть. Также это позволяет уменьшить массу трансформатора на 10%, а расход металла на 20%.
Электромагнитную сталь используют практически во всей электромеханической продукции за счет своих уникальных свойств.
Химический состав стали с улучшенными магнитными характеристиками
Исходя из вышесказанного, повышение содержания кремния в металле снижает удельный вес оксидов железа. Как показывает практика, одновременно с этим происходит рост индукции насыщения Вs железа. Ее максимальная величина достигается при содержании Si на уровне 6.4%.
Однако по химическому составу электротехническая сталь остается легированным металлом с содержанием кремния не более 4.8%. Это связано с ухудшением механических свойств металла, хрупкости в частности, при росте концентрации Si. Наряду с кремнием в электротехническую сталь может добавляться алюминий на уровне 0.5%.
Сердечник трансформатора из электротехнической стали
Исходя из химического состава (содержания легирующих примесей), металл разделяют на две категории динамная и трансформаторная сталь. В первой разновидности процент вхождения кремния составляет 0.8 – 2.5%, тогда как трансформаторное железо характеризуется уровнем легирования 3.0 – 4.5%.
Производители
Этот материал производят по всему миру. Основными потребителями его считаются Япония и Китай. Они потребляют и производят до 50% всей электротехнической стали. Основным производителем является Китай, а Япония в основном экспортирует этот вид стали.
На территории Российской Федерации делают гораздо больше металла, чем необходимо для использования внутри страны. Стоимость этого вида на российском рынке составляет 80-180 рублей за килограмм. В последние годы Российской Федерации удалось выйти на объемы производства, которые составили 10% от мирового импорта стали. В качестве основных производителей выступают:
- Северсталь.
- ВИЗ-Сталь.
- Новолипецкий металлургический комбинат.
Добыча металла
Среди руд, содержащих железо, сырьем для промышленного производства являются:
- гематит;
- гетит;
- магнетит.
Гетит и гидрогетит формируют образования в коре выветривания, размером сотни метров. В зоне шельфа и озерах коллоидные растворы минералов в результате осаждения образуют оолиты (бобовые железные руды).
Пирит и пирротин, широко распространенные в природе минералы железа, используются в качестве сырья для производства серной кислоты.
К часто встречающимся минералам железа относятся также:
- сидерит;
- леллингит;
- марказит;
- ильменит;
- ярозит.
Минерал мелантерит, представляющий собой хрупкие зеленые кристаллы со стеклянным блеском, используется в фармацевтической промышленности для производства железосодержащих препаратов.
Основное месторождение этого металла находится в Бразилии. В последнее время внимание сосредоточивается на разработке конкреций, присутствующих на морском дне, в которых содержатся железо и марганец.
Применение
Трансформаторную сталь используют для изготовления важных элементов трансформаторов. Ее популярность связана с повышенными свойствами, благодаря добавлению в состав кремния.
Стержневой магнитопровод
Этот элемент представляет собой стержень, на который размещаются обмотки и ярма, для замыкания магнитной цепи. Их всегда делают шихтованными. Этот элемент имеет более простую конструкцию, чем броневой стержень и позволяет получить необходимую изоляцию для обмоток.
Стержневые магнитопроводы необходимы для мощных трансформаторов, так как у них на каждом стержне расположена половина обмотки. Устройства, в которых есть стержневой магнитопровод, имеет малый магнитный поток рассеивания, меньший расход провода и большая поверхность охлаждения обмотки.
Броневой
Броневые магнитопроводы больше всего подходят для небольших показателей мощности. Это касается устройств, производящих от единицы до нескольких десятков вольт-ампер. Они функционируют, когда уровень напряжения не превышает 1000 В, а частота сети питания 50 или 400Гц. От стержневых трансформаторы с броневым магнитостержнем отличаются меньшей удельной мощностью на единицу объема и веса. Но главным их преимуществом считается стоимость.
Броневые магнитопроводы отличаются прямоугольными стержнями, расположенными в горизонтальном положении, на них располагаются обмотки прямоугольной формы.
В броневом магнитопроводе присутствует ряд конструктивных достоинств. При его использовании понадобится только один комплект обмоток, в котором присутствует ярмо для защиты от негативных факторов внешней среды.
Вывод
Трансформаторная сталь производится с добавлением кремния. Этот элемент обеспечивает улучшение электромагнитных характеристик ее используют для создания сердечников трансформаторов, стержневых и броневых магнитопроводов. В маркировке изделий заложена информация о типе стали и основных нормируемых характеристиках. Стоимость материала на российском рынке составляет 120-180 руб. за кг.
Производством этого материала занимаются разные компании, но наибольшее количество выпускается на территории Китара, если рассматривать показатели по всему миру. России удалось выйти на рынок и производить до 10% мирового количества стали.
Подключаем к сети неизвестный трансформатор.
Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.
Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.
2, 5 – стержневые,
Правда, кольцевых штампованных магнитопроводов я никогда не видел.
Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.
Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.
Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.
Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.
Подробнее о магнитопроводах в главе – «Разборка и сборка трансформаторов».
Вернуться наверх к меню
Где взять исходный трансформатор?
Проще всего подобрать готовый трансформатор на радиорынке, если, конечно, он есть в вашем городе. Там же можно договориться о перемотке трансформатора. Но, и трансформаторы, и услуги по их перемотке достаточно дороги.
На картинке часть лотка на радиорынке, где можно купить трансформаторы в городе Cishinau (Кишинёв).
Если у Вас в сарае или на балконе валяется какая-нибудь ненужная техника, то наверняка в ней есть и трансформаторы. Любой разборный сетевой трансформатор очень легко переделать под свои нужды. Самое главное, чтобы хватило его габаритной мощности.
Если мощность трансформатора меньше требуемой, то под нагрузкой выходное напряжение трансформатора может существенно просесть. Но, это тоже не беда, так как микросхемы типа TDA2030, TDA2040 и TDA2050 могут работать при значительном снижении напряжения питания, а именно: ±6, ±2,5 и ±4,5 Вольт соответственно.
Маловероятно, что вторичные обмотки найденного трансформатора подойдут по току и напряжению, но первичная обмотка уже рассчитана на напряжение осветительной сети и это самое лучшее подспорье, так как перемотать вторичную обмотку намного проще, чем первичную.
Хорошо, если это будет стандартный унифицированный трансформатор, тогда можно по его наименованию точно определить напряжения и максимально допустимые токи вторичных обмоток. Такие трансформаторы не поддаются разборке, поэтому прежде чем его покупать, нужно сверить название с данными в справочнике.
В конце статьи есть ссылка на справочник, в котором можно найти подробную информацию о большинстве унифицированных трансформаторов советского и постсоветского производства.
Если же это будет трансформатор без опознавательных знаков, то вероятность того, что его придётся перематывать, будет стремиться к 99%. За такой транс много платить не стоит.
При покупке трансформатора на кольцевом магнитопроводе, следует иметь в виду, что не каждый трансформатор можно разобрать, не повредив первичной обмотки.
- Годится для замены вторичной обмотки.
- Нужно мотать первичную обмотку.
- Нужно мотать первичную обмотку.
Вернуться наверх к меню
Для чего нужны трансформаторы тока
Для счетчиков энергии и других измерительных приборов, подключение к высоковольтной линии чревато усложнением конструкции (соответственно, стоимость прибора может вырасти в разы). Аналогичная ситуация с иными контрольными приспособлениями и устройствами обеспечения безопасности. Необходимо обеспечить развязку между высоковольтной линией и параметрами, приемлемыми для работы. Исходя из этого, назначение трансформатора тока следующее:
- Произведя расчет пропорций рабочих параметров на вторичной обмотке, инженеры получают коэффициент измерений. Вторичка подключается к любым измерительным приборам: амперметрам, ваттметрам, счетчикам электроэнергии, и прочему. Переменный ток малого значения удобен в работе, не представляет опасности для персонала, измеряется обычными приборами без дорогостоящих систем защиты. Учитывая компактность, трансформаторы легко монтируются в типовой распределительный щиток.
Мы рассмотрим основную задачу прибора: подключение счетчика через трансформаторы тока. Поскольку однофазные системы работают без высоких потенциалов напряжения, трансформаторы тока чаще всего обеспечивают работу трехфазного счетчика.
Как подключить неизвестный трансформатор к сети?
Прежде чем подключать трансформатор к сети, нужно прозвонить его обмотки омметром. У понижающих трансформаторов сопротивление сетевой обмотки намного больше, чем сопротивление вторичных обмоток и может отличаться в сто раз.
Первичных (сетевых) обмоток может быть несколько, либо единственная обмотка может иметь отводы, если трансформатор универсальный и рассчитан на использование при разных напряжениях сети.
В двухкаркасных трансформаторах на стержневых магнитопроводах, первичные обмотки распределены по обоим каркасам.
При пробном включении трансформаторов можно воспользоваться приведённой схемой. При неправильном включении предохранитель FU защитит сеть от короткого замыкания, а трансформатор от повреждения.
Рассчитываем ток предохранителя обычным способом:
I = P / U
I – ток, на который рассчитан предохранитель (Ампер),
P – габаритная мощность трансформатора (Ватт),
U – напряжение сети (
35 / 220 = 0,16 Ампер
Ближайшее значение – 0,25 Ампер.
Схема измерения тока Холостого Хода (ХХ) трансформатора. Ток ХХ трансформатора обычно замеряют, чтобы исключить наличие короткозамкнутых витков или убедится в правильности подключения первичной обмотки.
При замере тока ХХ, нужно плавно поднимать напряжение питания. При этом ток должен плавно возрастать. Когда напряжение превысит 230 Вольт, ток обычно начинает возрастать более резко. Если ток начинает резко возрастать при напряжении значительно меньшем, чем 220 Вольт, значит, либо Вы неправильно выбрали первичную обмотку, либо она неисправна.
| Мощность (Вт) | Ток ХХ (мА) |
| 5 — 10 | 10 — 200 |
| 10 -50 | 20 — 100 |
| 50 — 150 | 50 — 300 |
| 150 — 300 | 100 — 500 |
| 300 — 1000 | 200 — 1000 |
Ориентировочные токи ХХ трансформаторов в зависимости от мощности.
Нужно добавить, что токи ХХ трансформаторов даже одной и той же габаритной мощности могут очень сильно отличаться. Чем более высокие значения индукции заложены в расчёт, тем меньше ток ХХ.
Схема подключения, при определения количества витков на вольт.
Вернуться наверх к меню
Иногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока.
Что это такое?
Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный!
Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод.
ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.
Основные соотношения
Проделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:
Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:
Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:
К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке ( да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.
Применения
Раз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.
Запаздывание по фазе
Для автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала.
Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов
- Индукция рассеяния ТТ вместе с выходным резистором образует ФНЧ.
- Межвитковая емкость в ТТ может стать причиной сдвига фазы.
Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е.
Для предыдущего примера с трансформатором Тесла, возьмем сердечник R25.3 из материала N87 фирмы Epcos. В качестве паразитной емкости, возьмем 1нФ. Не спрашивайте, откуда такая емкость. Мне она кажется значительно большей, чем может возникнуть в любой реальной ситуации. Модель выглядит так:
Результаты симуляции при к. связи = 1
Как видно, отличаются только амплитуды. Сигнала. Никакого запаздывания нет в обоих случаях. Такое поведение сохраняется вплоть до очень высоких частот и до очень маленьких коэффициентов связи. Таким образом, можно сделать вывод, что фаза сигнала практически не зависит от паразитных параметров.
Каскадирование токовых трансформаторов
Люди всегда были ленивыми. Некоторым лениво встать из-за компа, а некоторым – мотать тысячи витков в ТТ. Поэтому придумали соединять трансформаторы последовательно. Решение спорное, и поэтому попробуем его проанализировать при помощи того-же симулятора. Включим последовательно два трансформатора на том-же сердечнике с обмоткой по 33 витка на каждом. Замечу, что паразитная емкость в каждом из трансформаторов сильно уменьшилась, что не удивительно.
Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.
Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно.
Прямоугольный выходной сигнал
Часто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:
Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы.
Далее идет диодная “вилка” которая защищает вход последующей микросхемы от пробоя отрицательным напряжением.
Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.
Конструкция
Заметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях.
Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч.
Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о GDT.
Чем больше проницаемость сердечника, тем больше к. связи и точнее показания, однако больше становится и паразитная индуктивность, добавляемая в измеряемые цепи. Это часто нежелательно. На практике, в качестве сердечника для ТТ может использоваться практически любой феррит, работающий на необходимой частоте. Для низкочастотных применений используют обычное трансформаторное железо.
В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.
Промышленные ТТ
Естественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений. Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”
Еще почитать
К моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое.
Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории.
Как сфазировать обмотки трансформатора?
На электрических схемах принято отмечать жирной точкой начало намотки отдельных катушек трансформатора, если это необходимо. Но, выводы катушек реального трансформатора могут не иметь вообще никакой маркировки.
При прозвонке неизвестного трансформатора, может понадобиться определить начало намотки некоторых катушек.
Например, если две отдельные части первичной обмотки включить навстречу друг другу, то они просто могут выйти из строя. На картинке изображён трансформатор, у которого первичная обмотка состоит из двух частей и эти части подключены в противофазе, что недопустимо (!).
Для фазировки обмоток можно использовать стрелочный вольтметр постоянного тока и батарейку (химический элемент питания) включённые по приведённой схеме.
Диапазон измеряемого напряжения вольтметра нужно подобрать так, чтобы было хорошо заметно движение стрелки. Начинать лучше с большего диапазона.
Если при замыкании выключателя, стрелка вольтметра отклонилась в прямом направлении, то за начало фазируемых обмоток нужно принять «+» (плюс) батареи и «+» вольтметра.
Если стрелка отклонилась в обратном направлении, обмотки подключены в противофазе относительно «+» батареи и «+» вольтметра.
| Get the Flash Player to see this player. |
Нужно иметь в виду, что при замыкании выключателя, стрелка вольтметра будет отклоняться в одну сторону, а при размыкании в противоположную, из-за возникшей ЭДС самоиндукции. Ориентироваться нужно по отклонению стрелки именно в момент включения выключателя.
При подключении катушек витых стержневых или штампованных стержневых трансформаторов, у которых два симметрично расположенных каркаса, нужно иметь в виду, что силовые магнитные линии выходят из одного каркаса, но входят в другой.
На картинке изображён трансформатор, у которого первичная обмотка состоит из двух симметричных катушек с выводами 1, 2 и 1’, 2’. Катушки расположены на двух симметрично расположенных друг относительно друга каркасах.
Например, чтобы соединить катушки такого трансформатора последовательно, нужно соединить выводы 2 и 2’, а сеть подключить к выводам 1, 1’.
Где взять трансформаторное железо
При изготовлении РА, а также любых других устройств часто возникает проблема с подбором хорошего трансформатора. В основном к нему предъявляются следующие условия достаточно мощный и малогабаритный. К таким требованиям можно отнести только виды трансформаторов, которые получили распространение среди радиолюбителей это трансформаторы марки ШЛ, ПЛ и О (тороид). Остановимся на самом малогабаритном трансформаторе типа – “тороид”, но сразу возникает проблема где взять ленту трансформаторного железа из которой делают в заводских условиях такие сердечники.
Предлагается технология изготовления трансформаторов из листового трансформаторного железа применяемого в мощных трансформаторных подстанциях с масляным охлаждением на напряжениe от 380 до 6000 и более вольт.
Для изготовления сердечника берутся самые длинные пластины, которые соединяют в наборном пакете трансформатора подстанции более короткие проходящие через катушки трансформатора. Коротких пластин должно быть три наборных пакета так, как трансформаторы подстанций все трехфазные.
На рис1 приведена такая пластина на ней четко видно отверстие для стягивания набора пластин трансформатора и срез для округления углов готового трансформатора при размещении его в баке охлаждения с трансформаторным маслом.
Изготовление
Попробую дать методику изготовления трансформатора при наличии всего только одного прибора типа тестер, ЛАТРа и ламп накаливания на 220 вольт и пара рукавиц. Важнейшей характеристикой трансформатора является его габаритная мощность которая исходит из внутреннего и внешнего диаметров вашего сердечника и высоты, а в нашем случае ширины пластины.
Если вам попались широкие пластины то их можно разрезать ножницами по металлу в длину из пластины шириной в 200 мм, прекрасно можно сделать две по 100 мм. Самое трудное пожалуй это сформировать первое кольцо вашего будущего сердечника трансформатора так, как потребуются дополнительные руки удерживать свернутое в кольцо пластину.
Начало.
Полученный таким образом сердечник для придания ему плотности между пластинами необходимо закрутить внутри (как закручиваете фотопленку в трубочку) с прокруткой внутренней части сердечника относительно наружной. После двух — трех раз плотность вашего сердечника будет достаточной и он уже не будет прокручиваться внутри.
Зафиксируйте сердечник при помощи металлической ленты или лучше временно под 120 градусов медной проволокой.
Теперь давайте возьмем линейку и замерeем сечение сердечника трансформатора. Если вы делаете РА на лампах типа ГУ43Б или ГС35Б, то грубо без расчетов можно остановится, что сечение окна трансформатора должно быть в пределах — 60 квадратных сантиметров. Высота вашего сердечника определяется шириной вашей пластины, толщина набора количеством накрученных пластин. В данном случае высота сердечника равна 10 см, а толщина набора 6 см при этом наружный диаметр сердечника трансформатора — 28 см, а внутренний — 22 см.
Для предохранения вашей сетевой обмотки от механического повреждения на углах вам необходимо вырезать из картона кольца внутренний и внешний диаметры будут равны вашему сердечнику с припуском на то, чтобы завернуть на углах.
Это необходимо чтобы убрать острые края получившиеся при резке пластин в длину и на углах при намотке провода.
Кольца лучше вырезать из электрокартона толщиной 1,0-1,5 мм, но можно из картона от коробок из под обуви из разместить в 2-3 слоя с заворачиванием на углах, как наружу сердечника так и во внутрь по 10 мм с временной дополнительной фиксацией в нескольких местах медной проволокой.
Таким образом, вы фиксируете только одно кольцо то, что у вас внизу под сердечником оно у вас по всему сердечнику будет напоминать небольшую ванну. Для чего это необходимо:
- во первых сердечник собранный таким образом, как бы мы его не уплотняли прокручиванием он все равно имеет достаточную неплотность и щели которые образованы наложенными концами пластин друг на друга.
- во вторых неплотно зафиксированные пластины в основном являются причиной трансформаторного «гула».
Чтобы дополнительно зафиксировать пластины можно применить ферритовую массу, изготовленную из порошка феррита низкочастотных марок и лака, но где их взять столько феррита по этому используем только лак. Лак используется любой, но только масляный или лак применяемый при ремонте эл. двигателей для наших целей не плохо зарекомендовал себя лак марки ПФ283-4С применяемый для пола. Пред заливкой лака в щели сердечника необходимо подогреть лак до 40-60 градусов, а сам сердечник примерно до 80-100 градусов.
Для чего это необходимо — при нагревании щели вашего сердечника увеличатся до максимального и больше нагревать нет смысла, а хорошо текучий лак, затекает легко во все мелкие щели. Все это делается до появления с противоположной стороны вашего сердечника в образованной картоном ванне лака. После этого процесс можно прервать и дать сердечнику остыть до комнатной температуры вместе с залитым лаком. После небольшой просушки лак обретет свою вязкость и перестанет протекать через сердечник.
Вам остается подогретым лаком при остывающем сердечнике долить лак до появления его сверху сердечника и наложить сверху второе кольцо из картона. Стяните временно образовавшийся пакет медной проволокой, а после просушки ее можно убрать.
Для защиты первичной обмотки вашего трансформатора во внутрь и снаружи по всему периметру вставим кольца из картона.
На заводах для изоляции подобных трансформаторов применяют «киперную ленту», но опять хорошо если есть, а если нет.
В место киперной ленты используются старые простыни, которые разорваны в длину на ленты длиной 2-2,5 м в зависимости от длины простыни и шириной 20-30 мм. Лентой вокруг сердечника с легким натяжением делается 3-4 слоя по всему периметру сердечника трансформатора. После намотки все эти слои необходимо пропитать лаком и оставить сушится. Для тех кто не верит, что эта пропитка выдержит 220 вольт можно обмотать сверху пропитанной ленты еще и лакотканью толщиной 0,3-0,4 мм.
Полученный таким образом монолитный и хорошо пролаченный сердечник послужит вам верой и правдой в вашем трансформаторе.
Намотка
Для намотки первичной обмотки, необходим провод от 0,8 до 1,5 мм при этом средний диаметр равен 1,0 мм. Если у вас провод диаметром 0,8-0,9 мм то вам придется мотать две обмотки с одинаковым количеством витков и током холостого хода вашего трансформатора включенного в сеть 220 вольт. Будем исходить из условного сечения провода равного 1,0 мм это необходимо для того, чтобы можно ориентироваться, что при диаметре в
1,0 мм количество витков первичной обмотки на вольт стремится к 1 витку/на вольт. Все это необходимо, для того чтобы могли смело мотать 220-250 витков провода для сетевой обмотки. Если диаметр провода меньше чем 1,0 мм, то 250-300 витков.
Теперь ответственный момент первый пуск вашего трансформатора для подстраховки включите последовательно с сетевой обмоткой трансформатора в цепь ЛАТР с предварительно выставленным движком на 250 вольт. Начинайте уменьшать на ЛАТРе напряжение к нулю, если вы услышите гул вашего трансформатора — это говорит о том, что намотано малое количество витков в сетевой обмотке. Необходимо домотать до такого предела, когда с полностью выведенном на нуль ЛАТРом ваш трансформатор не гудит и прыгает от большого тока в сетевой обмотке.
Теперь можно тестером провести замеры, что у вас получилось? Какой ток потребляет ваш трансформатор? Ориентироваться и стремится нужно, чтобы ваш трансформатор имел ток холостого хода порядка 100 mA и вы имели возможность отрегулировать ток после того, как он будет намотан и установлен в схему. Для этих целей доматывается и делаются 3 — 4 отвода с шагом в 50 витков от уже полученного тока холостого хода трансформатора -100 mA . Изоляция между слоями сетевой обмотки может быть любая, что есть — это токая и прочная бумажная калька, лакоткань-0,3мм, просто бумага даже наша «киперная лента».
После получения тока холостого хода сетевой обмотки трансформатора в 100 mA и сделанного запаса на отводах можно обмотать обмотку «киперной лентой» на 3-4 слоя и также пропитать лаком марки ПФ283-4С.
Намотка всех других обмоток точно также. Зная значение виток/на вольт в сетевой обмотке можно подсчитать сколько нужно намотать витков для получения нужного вам напряжения в других обмотках.
Изготовленный по такой технологии трансформатор для РА при размерах оговоренных ранее имеет следующие данные:
- ток холостого хода 100 mA
- напряжение анодное с шагом от
В качестве нагрузки использовалась гирлянда из 10 ламп накаливания на 220 вольт мощностью в 300 ватт каждая.
Данные под длительной нагрузкой в течении 2 часов непрерывной работы при проводе диаметром в сетевой и анодной обмотках — 0,95 мм:
- ток сетевой обмотки под нагрузкой — 6 А.
- ток анодной обмотки под нагрузкой — 1,25 А при напряжении 2500 вольт переменного напряжения.
- температура поверхности нагрелась до 35-40 градусов.
- гул трансформатора минимален.
Что еще желать радиолюбителю! Сделав такой трансформатор можно использовать для любых конструкций. По такой технологии можно делать на любые мощности. При этом трансформаторного железа в тех местах, где идет ремонт подобных масляных трансформаторов всегда много и оно валяется в самом прямом смысле под ногами и ржавеет.
При этом я сразу предупреждаю, что все нужно рассчитывать и габаритные мощности и диаметры проводов все то, что требуется для расчетов подобного типа трансформаторов, но условия изготовления были оговорены заранее на тот случай, когда есть только тестер, ЛАТР есть в любой школе и лампы накаливания.