Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение электроники и немного вернёмся к прошлым занятиям, а именно, к блокам питания и к их главным компонентам – трансформаторам. Почему, именно, к трансформаторам? Очень просто!!! Трансформатор основной компонент любого блока питания, как трансформаторного, так и импульсного с трансформатором ( есть ещё одна группа БП с дроссельным накопителем ).
Начнём с простого трансформатора, работающего от сетевого напряжения 230В ( раньше было 220В) частоты 50 Гц.
Многие считают, что трансформаторы 50 Гц уже вышли из «моды» и пора переходить на импульсные блоки питания. И будут совершенно не правы!!!
Что такое импульсный блок питания? Очень хороший вариант, обеспечивающий высокий КПД, обладающий прекрасными нагрузочными и стабилизирующими характеристики. НО! Вот именно НО!!! Но импульсный блок питания при всех прекрасных характеристиках, является прекрасным источником импульсных помех!!! В интернете очень много публикаций по импульсным БП. Обычно, это переделка компьютерных БП под конкретные задачи и эти задачи в основном заключаются в больших нагрузочных токах для питания активных нагрузок ( инфракрасные паяльники, подогреватели для печатных плат и подобные сильноточные устройства ), двигателей постоянного тока, а так же для зарядки аккумуляторов. При этом наличие импульсных помех не является проблемой, особенно для нагревателя от прикуривателя автомобиля или для электродвигателя. И при переделке импульсных БП часть проблем по борьбе с импульсными помехами решена разработчиками этих БП, но вот при самостоятельной разработке сразу возникают проблемы с фильтрующими элементами ( дроссели и конденсаторы ). Многие считают, что поставил дроссель и конденсатор и проблема решена. Это самая глубокая ошибка! При соблюдении расчетных параметров элементов фильтра, имеет огромное значение расположение и взаимное расположение с другими элементами схемы, а также разводка и взаимное расположение проводников печатной платы. Обычно с первого раза уместить и расположить элементы на плате, чтобы избавиться от помех не получается. Приходится изготавливать несколько вариантов ( иногда десятков вариантов ) и проверять БП по всем параметрам специальными приборами. Для любительской практики такой вариант не подходит. Простые импульсные блоки питания для питания так же показаны на просторах интернета, но и в этих блоках проблема импульсных помех решается не полностью.
Чтобы питать устройства, чувствительные к помехам ( усилители низкой частоты, радиоприёмные устройства, приборы различного назначения ) приходится применять БП на основе простых трансформаторов 50 Гц. Трансформаторы еще долго будут работать в блоках питания. Вот и будем рассматривать, какие бывают трансформаторы.
В уроке 8 я дал короткое описание трансформатора с простыми формулами. Трансформатор ( 50 Гц, силовой ) конструктивно не такое и сложное устройство, но содержит большое количество деталей ( набор трансформаторного железа ) и каркас с обмотками, выполненный определённым способом. Иногда трансформатор содержит не один, а два каркаса с обмотками и в этом случае каждая обмотка поделена на две половины и после сборки, соединённых согласованно. Там же показано обозначение трансформатора на схемах.
Взаимосвязь площади сечения и габаритной мощности трансформатора выражены формулой:
Далее определяем сколько витков провода необходимо намотать чтобы получить 1 ( один ) Вольт выходного напряжения:
В этой формуле коэффициент 50 зависит от качества трансформаторного железа и для разных сталей ( трансформаторных!!! ) он может быть 45…55. В современных ( новых ) трансформаторах обычно выбирают 45, но я обычно выбираю середину 50 и на пробной обмотке уточняю W0.
В большинстве случаем сетевую обмотку не трогают, а мотают только вторичную одну или несколько обмоток. После уточнения коэффициента W0 определяем число витков каждой вторичной обмотки по формуле:
И по заданному току обмотки определяем диаметр провода по формуле:
Если у Вас провод намотан на заводской катушке и на бирке указан диаметр провод, надо помнить, что это диаметр «по меди» и именно он определяется при вычислении, а если маркировки нет или она не читаема, то при измерении Вы получаете диаметр провода «в изоляции». В таблицах проводов эти два параметра указываются обязательно. И после измерения «в изоляции», определяем из таблицы, чему это соответствует «по меди».
При намотке, желательно укладывать витки «один к одному» и каждый слой желательно изолировать от следующего фторопластовой пленкой, кабельной бумагой или калькой. Два витка плёнки или бумаги достаточно.
Для пайки провода необходимо зачистить от изоляции ( а она достаточно прочная! ). Провода диаметром 0,3 мм и более можно зачищать ножом, скальпелем после обжига заданного участка в пламене горелки ( газовой зажигалки ). Провода диаметром менее 0,3 мм можно так же обжигать, но иногда тонкие ( 0,1…0,15 мм ) не выдерживают обжига. Для тонких проводов рекомендую горячую зачистку жалом паяльника, погружая участок проволоки в кусочек трубочки ПВХ. При нагреве материал ПВХ растворяет эмалевую изоляцию проводов. Работу проводить при хорошей вентиляции!!!
По этой же причине не допускается применение ПВХ-изоляции в любом месте обмоток трансформатора, так как при работе обмотки нагреваются ( не сильно, но нагреваются!) и изоляция проводов медленно растворяется, а далее наступает межвитковый пробой, пробой между слоями или между обмотками. Печальный опыт, и личный в том числе, есть!
Теперь о расположении обмоток и в какой последовательности их нпматывать.
Раньше во всех наставлениях давался совет, что вторичные обмотки наматывают последовательно, в начале те у которых диаметр провода самый маленький, следующие обмотки мотают по возрастанию диаметра провода. По этому поводу было очень простое объяснение: тонкие провода имеют более высокую стоимость и если наматывать обмотку тонким проводом последней, потребуется больше провода при том же количестве витков.
Простое правило, но при перемотке в любительских условиях его можно не соблюдать, за исключением случая когда в обмотке много витков, а провод выбран с минимальным запасом по диаметру, тогда желательно мотать такую обмотку сразу после сетевой чтобы сопротивление по меди было минимальное и обмотка меньше нагревалась.
При намотке необходимо соблюдать ещё одно правило: все обмотки необходимо наматывать «в одну сторону» даже если Вы снимали каркас с оправки. Это особенно важно при намотке обмоток для трансформаторов с двумя комплектами обмоток ( половина витков на первой, а вторая половина на второй)!!!
И обязательно у себя в блокноте ( а он у Вас должен быть обязательно!) надо записывать к какому лепестку припаяны начало и конец обмотки.
Иногда на схемах возле выводов обмоток трансформаторов приведены точки. Для чего она? Точка обозначает начало обмотки.
На принципиальных схемах точки устанавливают в случае если в устройстве применяются несколько трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены определённым образом.
Все трансформаторы из серии ТН, ТА, ТАН, ТПП и другие стандартные специального исполнения допускают различные варианты соединения обмоток.
Первое правило для таких трансформаторов – обмотки трансформатора с одинаковым напряжением допускают параллельное соединения для увеличения тока, отдаваемого в нагрузку.
Второе правило – при последовательном соединении обмоток максимальный ток нагрузки определяется обмоткой с наименьшим допустимым током. Последовательное соединение обмоток позволяет получить как суммарное, так и разностное напряжение.
Для каких целей применяется вариант получения разностного напряжения? В данном варианте трансформатора есть несколько обмоток 5В, 10В и 2,63В, а требуется 7В с небольшим плюсом, вот и применяется встречное включение обмоток. Но необходимо учитывать, что отдаваемая трансформатором мощность рассчитывается по суммарному напряжению обмоток, умноженному на ток потребления.
Есть ещё вариант соединения двух трансформаторов и в этом случае требуется соблюдение подсоединения сетевых обмоток.
Вот какое значение имеет маленькая точка у начала обмотки!
Все трансформаторы серии ТН, ТА, ТАН, ТПП выпускаются с герметичными обмотками и их перематывать очень трудно. Но есть ещё трансформаторы серии ТС и ОСМ. Эти трансформаторы допускают разборку и перемотку, но при этом необходимо соблюдать определённые правила.
Большинство трансформаторов выполнены на ленточных магнитопроводах, имеющих О-образную формы.
Магнитопровод изготавливается из специальной трансформаторной стали – ленты заданной толщины и ширины. Ленту наматывают на оправку и заготовка будущего магнитопровода обжигается в печи при определенной температуре, время отжига зависит от размеров заготовки. После отжига витки ленты спекаются между собой и покрываются тончайшим слоем окисла, что обеспечивает фиксацию витков ленты между собой, а окисел как диэлектрик уменьшает возникновение токов фуко. Следующий этап – разрезание магнитопровода на две части. Резка производится абразивным кругом, при этом осуществляется шлифовка торцов. Но разрезание производится не строго в середине и при повороте заготовки для второго реза появляется неточность. Линии реза могут располагаться не в одной плоскости, но если после реза сложить обе половины они совпадут. Это и есть истинное положение составных частей магнитопровода. На обе половины ставится штамп ОТК на линии реза. Часть штампа располагается на одной половине и часть на второй.
Как видно из рисунка, если магнитопровод сложить НЕПРАВИЛЬНО, то линии сопряжения не сойдутся, что существенно повлияет на качество магнитного потока!!! Верхняя линия реза специально показана под углом, но бывает ещё хуже!!!
При сборке трансформатора половины магнитопроводов склеиваются специальным компаундом – порошок карбонильного железа с эпоксидной смолой, для уменьшения магнитного зазора при неточности сборки магнитопровода.
При намотке обмоток все обмотки наматывают в одном направлении ( делается это для унификации, чтобы не делать левую и правую обмотки ), но при этом возникает необходимость соблюдения фазировки обмоток! Если обмотки на левом каркасе имеют «правильное» начало и конец, то на правом каркасе начало и конец обмоток меняются местами. Это надо учитывать при разборке, перемотке и последующем соединении обмоток!!!
Теперь о разборке и сборке трансформаторов, выполненных на ленточных магнитопроводах. Разбирать магнитопровод необходимо разбирать очень аккуратно. Для этого нижнюю часть магнитопровода надо зажать в тисках через деревянные планки чтобы не вызвать расслоения лент в магнитопроводе. После этого лёгкими ударами молотка через деревянный брусок раскалываем магнитопровод по месту склейки. Разбираем магнитопровод и обязательно запоминаем, а лучше зарисовываем или фотографируем как расположены обмотки и перемычки если они есть. А на половинах магнитопроводов проверяем наличие печатей ОТК, маркирующих совмещение. Если таковых Вы не нашли – маркером обозначаете свое «ОТК»!!!
Сматываем ненужные обмотки или все… И наматываем необходимые!!! Сборку производим в обратном порядке. Только надо помнить, что лента в магнитопроводе держится очень слабо и резкие удары, деформация пакета не допускаются!!! Склеить не получится из-за отсутствия порошка карбонильного железа, но если удалить аккуратно остатки старой склейки, то можно соединить магнитопроводы без карбонильного железа. Для исключения «гудения» достаточно на каждый торец капнуть каплю краски, соединить магнитопроводы и собрать крепление трансформатора.
После сборки ( и соединения всех перемычек если они есть ) трансформатор можно включить в сеть и проверить полученные напряжения. Если Вы сомневаетесь и допускаете, что может быть ошибка, первое включение надо производить через лампу накаливания мощностью 40…60 Ватт. Если лампа светится ярко, значит есть ошибка и её надо найти, а если спираль только слабо покраснела можно включать трансформатор в сеть. А дальше начинаем делать задуманный блок питания…
В материале я специально показал полную схему трансформатора ТПП-287, в следующем материале на практике будем на основе этого трансформатора испытывать схему:
В трёх источниках основная часть схемы была опубликована и очень меня заинтересовала возможностью синхронного регулирования положительного и отрицательного напряжения. Но я добавил пару переключателей и появилась возможность автономного регулирования, плюс возможность независимой работы каждого источника.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
