Как сделать трансформатор своими руками — подробное описание создания в домашних условиях самодельного трансформатора

Широчайшая сфера применения

Элементарность сборки и высокая эффективность трансформаторов стала причиной их включения в состав:

• Блоков питания;
• Телевизоров;
• СВЧ-печей;
• Радиостанций;
• Сварочных аппаратов;
• Оборудования для связи;
• Всевозможной автоматики
• Контрольно-измерительной техники.

Показатели состояния высоковольтного диода

Провод пв-3: технические характеристики, сечения, применение

Если решили провести измерение самостоятельно, надо знать как это правильно работает.

• При исправности элемента указательная стрелка мультимера покажет 0,25 вольт. Если проверить сопротивление в обратном направлении, то он уже ничего не покажет.
• О неисправности детали говорит отсутствие показателей при измерении во всех направлениях. При поломке лампа механизма будет светиться ровно или же вообще не загорится.

Учитывая перечисленные данные, можно сделать вывод, что высоковольтный диод в микроволновке неисправен и подлежит обязательной замене на новый элемент. После замены элемента СВЧ печь будет функционировать как новая.

При проверке сопротивления с обеих сторон, важно знать: выводы различаются назначением и подсоединением. Элемент механизма со знаком + имеет на себе маркировку и заканчивается болтом на конце – это анод

Элемент механизма со знаком + имеет на себе маркировку и заканчивается болтом на конце – это анод.

У вывода со знаком – есть подсоединение к конденсатору, и он заканчивается скобкой – это катод.

Если полоска микроволновки не в неисправности высоковольтного диода, ремонт и проверку самостоятельно провести будет затруднительно.

Собственноручная сборка

Множество радиолюбителей и просто любознательных людей периодически спрашивают, как именно собрать тот или иной трансформатор собственными силами.

При всей простоте решения данной задачи необходимо все же иметь некоторые навыки работы с радиодеталями и понимать физические принципы действия этого устройства.

Естественно, что предварительно придется внимательно изучить всю технологию:

• Подготовки сердечника;
• Намотки катушек;
• Нанесения слоев изоляции.

Проверка конденсатора

Трансформатор осм характеристики, осм 220/220 обозначение

Если у вас возникла потребность проверить исправность данного элемента в микроволновой печи, подойти к этому делу нужно ответственно. Это позволит не повредить другую электронику, находящуюся в СВЧ.

Обычно проверкой занимаются при выявлении неисправности или же при наличии других сбоев в корректной работе микроволновки.

Ниже представлена инструкция о том, как выполнить проверку правильно и при помощи какого прибора ее лучше делать.

Как найти конденсатор в микроволновке

• При работе с конденсатором есть вероятность взаимодействия с высоким напряжением и это может быть очень опасно. Для того чтобы уберечь себя от возможного негативного воздействия тока, необходимо прежде всего выключить микроволновую печь из сети.
• Открутив заднюю крышку на приборе, необходимо снять закрывающую панель. В зависимости от конструкции печи, найти конденсатор будет нетрудно, достаточно примерно знать, как он выглядит. Обычно деталь находится около трансформатора.
• Независимо от того сколько времени устройство находилось без питания, необходимо обязательно разрядить деталь.

Только после указанной выше операции можно начинать с ним работать.

Использование мультиметра для проверки

Для диагностики понадобится специальный прибор — мультиметр. В его функции входит тестирование различных электрических приборов или отдельных деталей.

Для проверки при помощи мультиметра прибор настраивается в режим омметра. Подготовленный к работе мультиметр подключают к конденсатору.

Предел зависит от типа устройства, поэтому у каждого он свой.

После первого чтения показаний необходимо переставить щупы местами и проследить за динамикой изменения результата, отображённого на приборе.

Однако проверка данным методом происходит на низком показателе. Обычно на таком напряжении у высоковольтных конденсаторов, если они имеют утечку или пробиты коротким замыканием, поломка не определяется.

Для того чтобы избежать подобных неточностей, можно использовать мегаомметр с внешним источником высокого напряжения, равным рабочему показателю конденсатора.

Среди основных моделей мегаомметра, подходящих для подобной проверки, можно выделить такие, как:

• PU182.1 (500 В);
• PU186 (2500 В);
• KEW-3125 (5000 В).

Уточнение ряда технических параметров

Однако прежде, чем приступить к практической части, нужно будет дать четкие ответы на целый ряд вопросов.

1. Как именно должен будущий агрегат изменять ток: повышать его или же понижать?
2. Какое напряжение будет подаваться к первичной катушке и сниматься со вторичной?
3. Какова будет рабочая частота этого устройства?
4. Какой мощностью оно должно обладать после завершения сборки?

Как устроен магнетрон?

Магнетроном называется цэлектровакуумная лампа, которая выполняет функции диода, и состоит из нескольких основных частей:

• цилиндрический медный анод, который делится на десять частей;
• в центре находится катод, в который встроена нить накала, и его основная функция заключается в создании потока электронов;
• на торцах размещены кольцевые магниты, необходимые для создания магнитного поля, которое и обеспечивает СВЧ-излучение;
• проволочная петля, соединенная с катодом, которая выводится из магнетрона при помощи специальной излучающей антенны и направляется по волноводу в камеру, ее основная функция –улавливание излучения.

В процессе работы происходит сильное нагревание магнетрона, в связи с чем корпус данного устройства изначально оснащен специальным пластинчатым радиатором и обдуваемым вентилятором. Чтобы защитить этот элемент от перегрева, в схеме питания имеется термопредохранитель.

Польза детализированного чертежа

После предоставления исчерпывающих ответов на перечисленные вопросы может быть составлена на бумаге или компьютере схема устройства трансформатора. Сделать это совсем не лишне даже при четком понимании всех параметров и особенностей радиодетали.

Нередко чертеж позволяет существенным образом уточнить

• Схему подключения и выведения наружу контактных проводов;
• Количество пластин в Ш-образном сердечнике;
• Способ компоновки первичной и вторичной катушек.

Отличная самоделка из трансформатора от микроволновки для авто

Эта самоделка предназначена для откручивания прикипевших и ржавых гаек, путём их нагрева электричеством. Всё делается быстро и просто.

Для самоделки нам потребуется трансформатор от микроволновой печи.

С неё нужно будет снять вторичную обмотку. Вторичную обмотку я срезал так, взял болгарку и аккуратно надрезал обмотку, ещё раз повторюсь, срезайте аккуратно, чтобы не зацепить первичную обмотку.

Когда срезали обмотку, остатки из неё просто выбиваются молотком и сдаются на цвет металл.

Вот теперь наш трансформатор готов к намотки другой, вторичной обмотки.

Но сначала я подсоединил провод питания к первичной обмотке, сам провод взял от старого утюга.

Вторичную обмотку нужно мотать проводом от 7 мм, у меня влезло как раз 3 витка такого провода, вот как на фото.

Сам прибор практически готов, теперь нужно сделать щипцы и контакты, которые будут зажимать и нагревать гайку или деталь.

Для этого я взял один крокодил от прикуривателя, к нему прикрепил 2 полоски из стекловолокна (в качестве изолятора), я думаю, что из фото будет всё понятно.

К полоскам прикрутил металлические пластины, а к пластинам уже болты к которым прикручиваются концы проводов. Да, забыл сказать, что болты я взял от втягивающего реле, потому что они медные.

На ручки крокодила надел термоусадку.

Ну и решил сразу делать короб для своего устройства, короб я делал из остатков дсп, да ещё и установил туда вентилятор от компьютера для охлаждения трансформатора. А от ремня грм отрезал кусок и прикрутил, получилась ручка,в итоге получился вот такой прибор.

Ну а теперь к испытанию…

Гвозди и болты, накаляются практически сразу.

Гайка М6 накаляется за 1 секунду.

М8 тоже быстро накаляется

М10 уже накаляется помедленнее.

А вот здесь я уже испытал в реальных условиях, гайка не откручивалась на впускном коллекторе.

Тут устройство справилась на «ура» и гайка легко открутилась, но и провода тоже нагрелись, но не сильно, то есть они там не поплавились, а просто нагрелись.

Конечно, если кто желает себе сделать устройство помощнее, то соответственно и провода нужно брать толще 7 мм, возьмите миллиметров 10 и я уверен, что устройство будет работать в разы мощнее, но а мне и такой мощности вполне достаточно.

Покупка компонентов и расходников

После полной подготовки принципиальной схемы можно начинать закупку нужных для сборки деталей и расходников.

Обычно необходимые материалы и принадлежности включая лакированную проволоку и клеммы нетрудно отыскать в первом попавшемся радиомагазине.

Для начала надо купить

• Изоленту или термостойкий скотч;
• Сердечник соответствующей проекту конфигурации;
• Изолированные провода.

Принцип работы микроволновки и ее устройство

Облучая различные предметы сантиметровыми волнами, учеными была выявлена одна интересная особенность: при частоте в 2,45 ГГц лучи способны расшатывать микрочастицы воды, что сопровождается выделением значительного количества тепла. А так как продукты питания содержат большое количество жидкости, то это специфическое свойство стали использовать для разогрева и приготовления пищи.

Создает такое магнитное поле особая вакуумная лампа – магнетрон. Чтобы защитить человеческий организм, на 80% состоящий из воды, этот излучатель спрятали в металлический контейнер, материал и конструкция которого не пропускают наружу волны, способные за очень короткое время довести любую жидкость до температуры кипения. Изоляция магнитного поля в узком пространстве позволила только увеличить продуктивность такого прибора. Ведь тепло перестало рассеиваться, а начало только накапливаться, ускоряя процесс разогрева. Для более равномерного воздействия волн на продукт внутри был установлен вращающийся вокруг своей оси столик.

Камера микроволновки оснащена стеклянной дверцей, чтобы можно было наблюдать за процессом приготовления блюда. Стекло покрыто материалом, отражающим излучение. А для отвода пара и излишка тепла предусмотрены отверстия, не пропускающие наружу сверхвысокочастотные волны.

Сборка намоточного станочка

При собственноручном изготовлении данного электротехнического устройства нужно будет осуществить намотку проволоки. Намотка трансформатора своими руками осуществляется на простейшем кустарно изготовленном станочном приспособлении. Сделать его можно за пару часов.

Сначала нужно взять дощечку размерами 10х40 см. К этому основанию следует присоединить шурупами пару брусков размерами 50х50 мм. Дистанция между ними должна составлять как минимум тридцать сантиметров.

Способы диагностики работоспособности устройства

Простейшим способом проверки работоспособности трансформатора является замена существующего устройства на заведомо исправное.

Метод безопасной проверки

Самый безопасный способ диагностики – проверка целостности трансформаторных обмоток мультиметром. Весь процесс выполняется последовательно. Определяют измерительным прибором (выставляемом на определенные пределы) сопротивление первичной обмотки и двух вторичных, демонтированного и отсоединенного трансформатора. При наличии обрыва на табло будет выведена 1. Если цепь замкнута, показания для первичной обмотки (прибор выставлен на 200 Ом) должны находиться в пределах 2 — 4,5 Ом, накальной – 3,5 — 8 Ом, а у высоковольтной вторичной (переключатель устанавливают на 2000 Ом) их диапазон уже составляет 140 — 350 Ом.

Выход сопротивления за указанные пределы свидетельствует о наличии межвиткового замыкания.

Выполняя замеры, требуется учитывать величину собственной погрешности мультиметра. Ее определяют замыканием его щупов накоротко в используемом пределе. Выданное значение будет погрешностью, которую следует учитывать.

Можно как проверить прибором трансформатор в микроволновке самостоятельно, так и доверить это дело профессионалам из мастерской. Первый случай потребует знание элементарных основ электротехники и наличия некоторых рабочих навыков.

Катушечные прутья и ручка

Далее сверлятся мииатюрные отверстия диаметром 8 мм. В них вставляются прутья, на которые будет нанизываться трансформаторная катушка.

• Остается нанести резьбу небольшого диаметра, закрутить шайбу и смонтировать ручку.
• Важно отметить, что габариты подобного станка могут быть какими угодно.
• Другими словами, его можно в полной мере приспособить для сердечника задуманного размера.
• Однако, если проект предусматривает использование кольцевого сердечника, то обматывать его придется исключительно вручную.

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.

Влияние мощности на число витков

Изготовленный собственноручно трансформатор может быть оснащен каким угодно числом витков.

Инструкция как сделать трансформатор указывает на то, что нужное количество витков вычисляется исходя из мощности задуманного аппарата.

Советы при соединении двух приборов

Допустим, есть два одинаковых трансформатора, имеющих следующие параметры:

• Значение мощности – 500 Вт;
• показатель входного напряжения – 220 В;
• показатель выходного напряжения – 2 В;
• показатель силы тока – 250 А.

Если провести правильное соединение, то получится удвоенный показатель силы тока, то есть 0,5 кА.

Также произойдет увеличение кратковременного тока. Но при создании кратковременного тока, можно будет увидеть потери. Это является следствием огромного сопротивления электроцепи. Нужно провести соединение обоих концов вторичной обмотки с электродами агрегата, который предназначается для точечной сварки.

Первая схема

Бывает так, что при наличии двух трансформаторов большой мощностью выходного напряжения не совсем достаточно для создания аппарата. В данной ситуации надо произвести соединение их вторичных обмоток. Они должны обладать одинаковым числом витков.

Во время их соединения необходимо наблюдать за тем, чтобы направленность витков была согласованной. Если данное условие не будет выполнено, то создастся протифаза, а значение выходного напряжение будет равняться практически нулю.

Вторая схема

Вычислительное приложение для Андроида

Надежным подспорьем в уточнении ряда параметров станут математические выражения, которые можно отыскать в спецализированной литературе. Практически все эти формулы уже были включены в компьютерные программы, что позволяет в большинстве случаев предельно сократить расчетную часть.

Нужно лищь указать в интерфейсе программы некоторые данные о будущем приборе, и приложение к смартфону выдаст исчерпывающую таблицу с запрошенной информацией.

Диаметр провода

Параметр определяется силой и плотностью тока, в среднем 2 А/мм2.

• На 1-й намотке: I = P1 / U1.
• Без изоляционного материала: d = 0,8*I^0,5 – из показателя тока вычисляется корень.
• Поперечное сечение: s = 0,8*d^2 – возводится в квадрат.

Если изделия с полученным диаметром нет, можно взять несколько более тонких, соединить их параллельно, чтобы суммарное сечение было больше расчетного.

Для толстого провода в последней формуле коэффициент может составлять 0,65-0,7. Чтобы не рассчитывать ее, можно воспользоваться таблицей:

Далее определяется площадь с изоляционным материалом: s’ = 0,8d^2 – но здесь берется характеристика из таблицы, с изоляцией.

Чтобы получить площадь окна сердечника, суммируют все полученные показания площадей, и умножить показатель на 2 или 3.

Стадия производства каркаса

Каркасную часть изготавливают из картона. Тем, кто еще не имеет опыта такой сборки и потому не знает, как сделать каркас трансформатора своими руками, надо принять во внимание, что внутренняя его часть должна иметь большие габариты, нежели сердечник.

В случае применения кольцеобразного сердечника катушек будет две. При выборе Ш-образной конфигурации сердечника катушка будет только одна.

Из какого материала сделать магнитопровод?

Если нужен маломощный преобразователь, подойдет стержневой или броневой магнитопровод. В первом варианте стержни расположены вертикально. Во втором случае стержни имеют прямоугольное сечение и расположены горизонтально. Эта конструкция сложнее, поэтому и встречается реже.

В повышающем часто устанавливаются Ш-образные ферритовые магнитопроводы, сложность в конструкции заключается в необходимости подбора точного размера стержня. Если для сборки используется запчасть с другой техники, толщина пакета пластин определяется на основании мощности. Пластинки вставляются в катушку и стягиваются гайками и шпильками.

Намотка проволоки и нанесение изоляции

Если в качестве основы был выбран круглый сердечник, то его следует сначала обмотать изолентой. Далее можно будет начинать наматывать провод.

• По окончании нанесения первичной обмотки она накрывается плотной изоляцией.
• Следом придет время накрутки второго слоя.
• Концы обмоток выводятся наружу, и к ним припаиваются контакты для сопряжения с другим оборудованием.

Трансформатор в электросхеме

Простейшая схема с участием высоковольтного трансформатора содержит в себе:

• магнетрон;
• диод;
• сетевой фильтр;
• высоковольтный конденсатор;
• выключатели для блокировки дверцы;
• предохранитель;
• электромоторы для вентиляции и вращения поддона;
• модуль управления;
• лампу для подсветки.

Запуск печи, который возможен только при закрытой двери, включает движение поддона и охлаждающий магнетрон вентилятор. В случае, если температура лампы достигнет более 105°С, то сработает термостат, который отключит подачу напряжения на первичную обмотку трансформатора.

В дорогих моделях схемы дополнительно комплектуются блоками с программным управлением, ЖК-дисплеями, диссекторами, грилями и пароварками. А высоковольтный трансформатор заменяют сложным импульсным блоком, что облегчает вес всей конструкции.

Обмотки для повышения напряжения

Катушка надевается на брусок из дерева. В нем уже должно иметься отверстие для намоточного прутка. Дальнейшая последовательность действий такова.

1. На катушку наматывается пара слоев лакоткани.
2. Кончик проволоки фиксируется на щечке, после чего начинается вращение ручки.
3. Укладку витков надо отслеживать и при необходимости их уплотнять.
4. По окончании первичной обмотки проволока перекусывается и фиксируется на щечке.
5. Рабочие выводы обмоток обматываются изолентой или обтягиваются термоусаживаемой трубкой.

Порядок работ по безопасной проверке

Приступая к самостоятельной проверке, необходимо запастись мультиметром (на крайний случай – двухполюсным индикатором со встроенным источником питания), отвертками с различными наконечниками, омметром, плоскогубцами.

Общая схема безопасных работ выглядит так:

• отключают прибор от электропитания;
• откручивая винты, снимают кожух;
• разряжают конденсатор;
• с трансформатора аккуратно снимают клеммы;
• проверяют его обмотки: если параметры в норме – устанавливают на место и ищут другие причины;
• когда в них находят обрыв или замыкание – выполняют замену устройства;
• печь собирают и проверяют ее работоспособность.

Если после снятия трансформатора на его обмотках видны следы оплавления изоляции, от него исходит сильный горелый запах, то к применению он уже не пригоден, а проверять — не имеет смысла. В этом случае поможет только замена устройства

.

Прежде чем приступать к обследованию трансформирующего устройства, необходимо точно убедиться, что на него поступает питание. Для этого следует мультиметром проверить наличие (предварительно включив прибор в сеть и запустив программу подогрева) в точках подключения первичной обмотки переменного напряжения значением 220 V

Эта работа выполняется предельно осторожно во избежание поражения электрическим током

Наличие высоковольтного конденсатора, способного сохранять электрический заряд, приводит к необходимости его разрядки перед проведением проверочных работ

. Это делается простым замыканием его контактов между собой (отверткой, пассатижами) или на корпус при выключенном напряжении.

Первое включение и диагностика

Вполне вероятно, что при первом запуске нового аппарата он начнет издавать характерный звон. Это значит, что необходимо лучше зафиксировать все крепежные элементы.

Далее осуществляется новое тестирование трансформатора. Он включается в сеть, после чего производится замер напряжения на вторичной обмотке. Если оно соответствует проектному, пусть и с небольшими отклонениями, то новый аппарат можно использовать по назначению.

Желательно после запуска оставить его под напряжением на два-три часа. При этом надо проследить, не будет ли он чрезмерно нагреваться.

Сверхпроводящий трансформатор почти своими руками

В недалёком 2016 году на одного молодого, но очень впечатлительного четверокурсника факультета энергетики оказала влияние статья, в которой автор весьма популярно показал что такое в день сегодняшний высокотемпературные сверхпроводники (далее ВТСП). Ослеплённый желанием оживить в своей душе довольно однообразную и предельно консервативную электроэнергетику, пробираясь сквозь пелену противоречий и острую нехватку финансов, молодой бакалавр вместе со своими коллегами всё же построил трансформатор с обмотками из высокотемпературного сверхпроводника.
Приятного чтения!Зачем делать трансформаторы сверхпроводящими?
Нынешние продукты трансформаторостроения воистину достигли в некотором смысле идеала. Крупные силовые трансформаторы, те самые, которые стоят в кирпичных или железных трансформаторных подстанциях (ТП-ушках) у вас во дворе, а также более крупные представители имеют КПД порядка 99%. Огромное количество нормативных документов регулирует работу, диагностику, способ установки и создания таких трансформаторов, а на конференциях и выставках появляются всё новые и новые представители с инновационной гайкой в остове магнитопровода или революционным маслом с пониженной концентрацией растворённых в нём газов.
Типичный представитель силовых трансформаторов
И, казалось бы, куда нам невеждам лезть в эту отполированную до мелочей область инженерной мысли. Неужели лишние полпроцента КПД, которые могут дать сверхпроводящие обмотки трансформатора, стоят затрат и организации специального криогенного хозяйства, переобучения инженеров и переоборудования производства? Зачем изобретать велосипед? Первичный анализ показывает, что незачем. Однако позвольте мне привести один аргумент, который и стал причиной по которой впоследствии и стала возможна эта статья: «Что если велосипед будет противоаварийный?».

Преимущества трансформатора с ВТСП обмотками перед обычным:

— Практически полное отсутствие потерь энергии в обмотках (провода ведь сверхпроводящие, они не греются); — Взрыво- и пожаробезопасность (жидкий азот, в отличие от трансформаторного масла, не выделяет взрывоопасных газов); — Меньшая масса и габариты (плотность тока в сверхпроводящем проводе может в 10 раз превышать аналогичную в медном, при равном напряжении); — Возможность ограничивать токи короткого замыкания

.

Несмотря на сильную составляющую первых трёх преимуществ, все они блекнут перед гнётом огромной цены, которую приходится платить за сверхпроводимость. Поэтому, боюсь коммерческий успех ВТСП трансформаторов может состояться, разве что в особо требовательных видах военной и космической техники или на особых по уровню пожаробезопасности объектах. Однако четвёртое свойство может резко изменить картину и лично мне уже оно одно кажется достаточным, чтобы не только обратить внимание на ВТСП парадигму, но и провести какие-нибудь исследования. Собственно что и сделали многие мои коллеги по всему миру, взять хотя бы работы [1-3]. В чём же тут фокус?

О физике токоограничения

В настоящий момент, говоря о ВТСП проводах в контексте электроэнергетики, мы почти всегда говорим о композитных ВТСП лентах на основе керамических соединений. Как видно из изображения ниже, сверхпроводник (слой YBCO) нанесённый на металлическую подложку, покрывается со всех сторон некоторым защитным слоем. Этим защитным слоем могут выступать некоторые металлы и их сплавы, например медь. Естественно эти материалы не обладают сверхпроводящими свойствами при температуре жидкого азота, а значит в случае, если сверхпроводимость по каким-то причинам у YBCO-керамики пропадает, то весь ток распараллеливается между этими слоями, сообразно их резистивному сопротивлению.

Всякий ток пропорционален напряжению, приложенному к данному сопротивлению, а значит, если вдруг откуда ни возьмись в цепи появилось сопротивление там где его раньше не было (сверхпроводимость разрушилась), то ток (при неизменном напряжении) уменьшится. Притом степень этого уменьшения зависит от сопротивления материалов окружающих, ВТСП-слой. Но как разрушить сверхпроводимость? Есть на самом деле 2 фундаментальных способа: поднять температуру свыше критической, при которой сверхпроводимость не может существовать или подействовать на ВТСП магнитным полем выше критического. Притом, если по сверхпроводнику протекает ток, то он также создаёт магнитное поле, которое старается проникнуть в этот сверхпроводник, и если ток создаёт слишком большое поле, то сверхпроводимость начинает
постепенно
разрушаться. Ток, при котором сверхпроводимость начала разрушаться, принято называть
критическим
.

Строим трансформатор!

Ну всё! Теперь, уверен, вы понимаете достаточно для того чтобы приступить к постройке трансформатора, и, поверьте, для меня это было действительно увлекательным путешествием, поскольку если намотка провода для обычного трансформатора (привет тем, кто мотал) представляет собой весьма скрупулёзное и довольно нудное дело, то у ВТСП трансформатора сложность вырастает в разы. Особенно, когда подобное устройство собирается из подручных материалов. Разбираемся почему!

Каркасы обмоток

Одним из серьёзных недостатков ВТСП трансформатора есть то, что сердечник не является и не может являться сверхпроводящим. Поэтому у нас есть два варианта как поступить, тепло- и гидроизолировать сердечник от обмоток, увеличивая расстояние между им и обмотками и уменьшая КПД, или засунуть сердечник в азот вместе с обмотками, создавая большой кипятильник для азота, поскольку потери на холостой ход трансформатора никуда не деть. Мы решили пойти по первому пути, сделав криостат в виде полого цилиндра. Для чего в качестве каркаса для вторичной обмотки (которая ближе к сердечнику) выбрали это:

Труба из полипропилена и бумага обёрточная подле неё

Труба внутренним диаметром 100 мм. из полипропилена является идеальным гидроизолятором, но не очень хорошим теплоизолятором. Более того некоторые виды пластика имеют свойство усаживаться при низких температурах, из-за чего обмотка намотанная непосредственно на такую трубу может быть деформированна вместе с трубой. Поэтому было принято решение дополнительно армировать данную трубу обмотав её поверх бумагой, пропитанной эпоксидной смолой. С бумагой проблем не возникло, такую в достатке можно раздобыть у выхода из различных (крупных) строительных магазинов (аля Леруа), там она бесплатная. С компаундом потяжелее. У нас не было опыта работы с самодельными текстолитами на основе бумаги, и мы не знали, как поведёт себя бумажно-пропитанный каркас при -196 градусов Цельсия. Посоветовались и решили взять первую попавшуюся эпоксидную смолу марки ЭД-20. При покупке смолы нас предупредили, что отвердитель (второй компонент, с которым смешивается смола, после чего затвердевает в ходе хим. реакции) срабатывает за 20 минут. Отчего сразу стало понятно, что медлить будет нельзя и пропитывать бумагу нужно будет быстро. Для этого верные соратники предстали в образе человеческого конвейера.

Импровизированный конвейер по пропитке бумаги эпоксидной смолой

Запах был, прямо скажем, не очень. А ещё берегите руки при работе с компаундами!

Процесс пропитки бумаги

Второй каркас (для наружной обмотки) делался уже по образу и подобию первого и прямо поверх него. Чтобы каркасы не слиплись, подложили немного случайного материала, который впоследствии можно было бы отодрать. В итоге получилось:

Готовые каркасы для обмоток

Резюмируя эту часть скажу, что более дешёвого способа сотворить два немагнитных, неметаллических, криостойких и достаточно прочных каркаса, наверное просто нету. Самый дорогой элемент в создании каркаса оказался конечно же компаунд ~500 р./кг., за ней следует ПП труба, ну а далее кисточки, перчатки — это опционально.

Обмотки

Пожалуй, центральным и самым дорогим элементом этой истории являются сами ВТСП обмотки. Причина, по которой в заголовке статьи присутствует слово «почти», это цена. 40 метров ВТСП ленты шириной 4 мм и толщиной 0,1 мм, с критическим током 80 А. было приобретено нами по цене 2500 р./метр. Понятно физ. лицо едва ли станет платить за подобное. Посмотрим же на их ослепительно дорогое величие.

Ослепительно дорогая часть описываемого проекта

Помимо дороговизны ВТСП лента ещё и очень прихотливый материал. Она не любит сильных перегревов (свыше 500 градусов), у неё большой предельный радиус изгиба (около 20 мм, при превышении начнётся деформация сверхпроводника), её также нельзя скручивать, мять, бить. Всё это превращает работу с ВТСП проводами в подобие ювелирного искусства. Как будем наматывать?

Честно говоря, способ намотки ленты на каркас выбран наверное самый примитивный. Лента покрывается повдоль с одной стороны каптоновым скотчем

, а выступающие за пределы ленты края скотча приклеиваются вместе с лентой к каркасу. В результате в процессе намотки мы получаем два фактора, удерживающие обмотку на каркасе: адгезия скотча и поверхности текстолита и сила трения ленты о ту же поверхность. В итоге, на удивление, получилось довольно надёжно.

Каптоновый скотч выделен не случайно. Дело в том, что не каждый материал может быть надёжной изоляцией при низких температурах. Например, обычный скотч становится едва не стеклянным и усаживается. Изолента тоже усаживается. Электроизоляционные лаки трескаются (правда не все), ПВХ изоляция также усаживается. Каптоновый (или полиимидный) скотч ведёт себя крайне спокойно при низких температурах (равно как и при высоких), его традиционно и выбирают для ВТСП проводов, когда нужно сделать что-то «по-быстрому», хотя надо сказать он недешёвый по сравнению с обычным скотчем. Когда же нужно сделать что-то основательное, используют покрытие всё также на основе полиимида.

Процесс намотки наружной (первичной) обмотки

Мотали, собственно, трансформатор с числом витков 50:25, на практике получилось немного меньше, но не суть. Первичная обмотка (наружная) была однозаходная (одна спиралька по всей высоте), вторичная обмотка (внутренняя) была двухзаходная (две спиральки идут, чередуясь). Что собственно даёт критический ток первичной = 80 А и для вторичной 160А. Если учесть что сетевое напряжение (под которое делался трансформатор) = 220 В. То получается около 10 кВт передаваемой мощности практически без потерь, в довольно небольшом объёме. Итоги намотки:

Первичная (слева) и вторичная (справа) обмотки ВТСП трансформатора

Пайка

Мы добрались до самого нервного процесса в изготовлении трансформатора. Как было сказано выше, сверхпроводник не любитель высоких температур. Когда мы говорим о медном проводе, способном длительно нести 60-80 Ампер не особо перегреваясь, то мы имеем ввиду сечения 16 или 25 мм^2. Это довольно массивные и непослушные провода, которым тяжело придать нужную изящную форму для удобного спаивания с 4 миллиметровой ВТСП лентой. Если брать достаточно мощный паяльник и незатейливый припой, то можно перегреть ленту. Поэтому лучше взять Индий-Оловянный припой с температурой плавления ~103 град. С. А ещё лучше растопить его в паяльной ванне, покрыть ленту и провод паяльной кислотой и получить сказочный отблеск самообожания от хорошо проделанной работы в отражении горячего металла.

Нюанс. Токовые контакты лучше припаивать, не жалея площади ленты, для лучшего токоввода. Мы брали 3 см. ленты по поверхность касания с токовым контактом, но можно и больше. Контакты напряжения мы удалили от токовых на несколько сантиметров, чтобы не мерить падение напряжения на точке контакта, а непосредственно на обмотке. К сожалению, сохранилось только фото финала этого действа.

Обмотки с контактами

Криостат

Финальная и самая кустарная часть нашего производства. Криостат выполнялся из пенопласта и акрилового герметика. И всё. К сожалению, не каждая марка пенопласта подойдёт. Пенопласт с крупными гранулами при попадании на него азота немедленно самоуничтожится с треском и грохотом.

Неправильный пенопласт (слева) и правильный пенопласт (справа)

Что же до герметика, то, кроме шуток, взяли самый дешёвый из тех, что был. Не знаю, в чём тут фокус. Главное, чтобы герметик был именно акрилловый, а не силиконовый, ибо последний (как нас заверили в магазине) может разъесть пенопласт.

Криостат был сборным, вырезались квадраты с круглыми отверстиями, такими, чтобы вся конструкция в итоге уместилась внутри, при этом снаружи криостата торчала труба, в которую в будущем предполагается поместить магнитопровод. Иначе говоря:

Сборный криостат

Как видно на фото, стыки всей этой конструкции жирно промазывались и пропитывались герметиком. На руку нам то, что герметик застывая при азоте, на ощупь напоминает сильно густой сыр, и выполняет свои функции крайне здорово. На последнем этапе, под трубу-каркас вырезается специальное дно, на которое он устанавливается и, наконец, вся эта конструкция собирается в единый ВТСП трансформатор.

ВТСП трансформатор

В итоге мы получили:

ВТСПТ-10000, 220/110 В, 50/100 А, ОХЛ

Пояснение

ВТСП Т — последняя буква означает трансформатор 10000 — мощность в ВА 220/100 — номинальные напряжения первичной/вторичной обмоток 50/100 — номинальные токи первичной/вторичной обмоток ОХЛ — работа при очень холодных условиях
Эксперименты
Думаю, каждый экспериментатор хотя бы раз испытывал эту смесь трепета и безжалостности с которой он подвергал мучениям своего «новоиспеченного зверя». Конечно ВТСП трансформатор был создан для того, чтобы быть испепелённым. Однако испепелять мы его будем осторожно — по научному.

Здесь же я покажу главный опыт, ради которого и делался трансформатор. Замкнём накоротко вторичную обмотку и с помощью выключателя подадим на первичную обмотку напряжение от сети (220 В). Поскольку сопротивления первичной обмотки и магнитно связанной с ней (через воздух) вторичной обмотки малы, то в цепях будут протекать достаточно большие токи. Эти токи будут превышать критический уровень в 80 А и, следовательно, разрушать сверхпроводимость, из-за чего ВТСП обмотка начнёт постепенно обретать конечное электрическое сопротивление, что в свою очередь вызовет ограничение тока. Что мы зафиксируем в виде искажённой синусоиды тока. И появления на осциллограмме напряжения некоторых конечных значений (вместо нулевых в нормальном режиме). Измерения будут проходить с помощью неожиданного для данного опыта устройства: анализатора качества электроэнергии. Неожиданный он потому, что частота дискретизации данного устройства в режиме осциллографа оставляет желать лучшего. Но что поделать. Тем не менее давайте взглянем на качественную картину происходящего.

Осциллограммы токов (точки на графиках соответствуют реальным снятым данным)

На осциллограммах слева (для сравнения) приведён режим короткого замыкания в случае, если не заливать трансформатор жидким азотом: мы видим слегка искажённую, но спокойную синусоиду тока короткого замыкания, который спустя период (на рисунке приведено полпериода) отключается автоматическим выключателем. Справа приведён режим короткого замыкания если криостат предварительно заполнен жидким азотом: мы видим сильный начальный рост тока, который постепенно (уже начиная со 150 А) загибается под действием прирастающего сопротивления. Однако из-за большего значения тока короткого замыкания автоматический выключатель срабатывает уже на первом полупериоде.

Увы пока довольствуемся лишь этими качественными результатами, но в скором времени обязательно сделаем много других.

Заключение

Конечно, ВТСП трансформатор оставляет после себя уйму противоречий. Эти противоречия проявляются даже в кустарном способе изготовления такого непростого устройства. Чего говорить о реальных действующих образцах, с которыми вы можете ознакомиться по [1,3]. Реальная ВТСП электроэнергетика далеко ускакала вперёд с разработками кабелей и токоограничителей, претерпевая трудности даже в этих более развитых её подразделениях. С ними довольно популярно можно ознакомиться не покидая этот сайт, например здесь.

Тем не менее, сколь противоречива бы ни была эта область инженерного знания, прав в конечном итоге останется тот, кто свою правоту сможет обосновать, так что будем стараться.

И в любом случае, это жутко интересно!

Благодарю за внимание! Искренне Ваш DOK.

Также выражаю благодарности:

Высоцкому Виталию Сергеевичу и команде ВНИИКП за помощь и консультирование в этом нелёгком пути. Павлюченко Дмитрию Анатольевичу за гигантскую поддержку и желание развивать это направление с нуля!

Литература

1. Dai S. et al. Development of a 1250-kVA superconducting transformer and its demonstration at the superconducting substation //IEEE Transactions on Applied Superconductivity. – 2016. – Т. 26. – №. 1. – С. 1-7. 2. Манусов В. З., Александров Н. В. Ограничение токов короткого замыкания с помощью трансформаторов с высокотемпературными сверхпроводящими обмотками //Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – №. 4. 3. Lapthorn A. C. et al. HTS transformer: Construction details, test results, and noted failure mechanisms //IEEE Transactions on Power Delivery. – 2011. – Т. 26. – №. 1. – С. 394-399.

Залог долговечности и безотказности

В общем и целом процесс намотки и сборки больших затруднений не вызывает. Этим методом можно изготовить устройства для целого ряда применений, в том числе для галогенных ламп.

Чтобы итогом всех предпринятых усилий был реально пригодный для эксплуатации агрегат, надо тщательно соблюдать описанную выше методику намотки. Это станет гарантом не только исправности трансформатора, но и его бесперебойной работы на протяжении очень долгого времени.

Признаки и причины неисправности трансформатора

Возникновение проблем в трансформаторе можно определить по следующим признакам:

• видно задымление и явно чувствуется запах горелой изоляции;
• при работе микроволновка издает повышенный шум;
• продукты не разогреваются.

Во многих случаях неисправности вызваны скачками напряжения в сети: может произойти обрыв провода, или случиться короткое замыкание. Без проверки можно обойтись в том случае, когда явно видны следы оплавленности и пахнет горелым. Тогда требуется замена трансформатора.

Совет! Преимущественно из-за перепадов в сети страдают катушки обмоток. Именно там следует искать причины неполадок.

Стальные пластины, из которых состоит каркас преобразователя, должны быть склеены между собой. Если происходит расслоение, то трансформатор при работе начинает громко шуметь. При таком положении вещей нужно купить новый прибор с аналогичными мощностными характеристиками и заменить неисправный.

Фото самодельного трансформатора

Поделитесь с друзьями

Меры предосторожности

При проведении измерений под напряжением может произойти поражение электрическим током, вплоть до летального исхода. Избежать опасности помогут два правила:

• Категорически запрещается дотрагиваться до внутренних деталей СВЧ-печки во время ее работы. Чтобы выполнять измерения, необходимо надеть на зажимы тестера щупы-«крокодилы» — ими и подключаться к участкам цепи.
• Если нужно прикоснуться к высоковольтным частям руками, следует не только отключить печку от электросети: предотвратить поражение током можно, замкнув на корпус выводы магнетрона. Благодаря такой предосторожности вы защитите себя от разряда конденсатора. В электрической цепи микроволновки имеется резистор для разряда конденсатора, однако он не исключает опасность на 100%. Резистор может сгореть или его вовсе забыли поставить, а такая ошибка может стоить жизни любителю самостоятельного ремонта.

Ремонт любой электротехники сопряжен с опасностью поражения электротоком. При проверке трансформатора в микроволновке нужно быть особенно осторожным из-за высокого напряжения и конденсатора. Используйте безопасные методы измерений и соблюдайте правила безопасности.

ЗУ из микроволновой печи

Некоторые автолюбители используют трансформатор от сломанной микроволновой печи. Но этот трансформатор нужно будет переделывать, поскольку он является повышающим, а не понижающим.

Необязательно, чтобы трансформатор был исправен, поскольку в нем зачастую сгорает вторичная обмотка, которую в процессе создания устройства все равно придется удалять.

Переделка трансформатора сводится к полному удалению вторичной обмотки, и намотки новой.

В качестве новой обмотки используется изолированный провод сечением не менее 2,0 мм. кв.

При намотке нужно определиться с количеством витков. Можно сделать это экспериментально – намотать на сердечник 10 витков нового провода, после чего к его концам подсоединить вольтметр и запитать трансформатор.

По показаниям вольтметра определяется, какое напряжение на выходе обеспечивают эти 10 витков.

К примеру, замеры показали, что на выходе есть 2,0 В. Значит, 12В на выходе обеспечат 60 витков, а 13 В – 65 витков. Как вы поняли, 5 витков добавляет 1 вольт.

Схема.

Ну а далее все делается, как описано выше – изготавливается диодный мост, производится соединение всех составных элементов и проверяется работоспособность.

Стоит указать, что сборку такого зарядного устройства лучше производить качественно, затем все составные части поместить в корпус, который можно изготовить из подручных материалов. Или смонтировать на основу.

Обязательно следует пометить где «плюсовой» провод, а где — «минусовой», чтобы не «переплюсовать», и не вывести из строя прибор.

ЗУ из лампового телевизора

Первой будет схема, пожалуй, самая простейшая, и справиться с ней сможет практически любой автолюбитель.

Для изготовления простейшего зарядного устройства понадобиться всего лишь две составные части – трансформатор и выпрямитель.

Главное условие, которым должно соответствовать зарядное устройство – это сила тока на выходе из прибора должна составлять 10% от емкости АКБ.

То есть, зачастую на легковых авто применяется батарея на 60 Ач, исходя из этого, на выходе из прибора сила тока должна быть на уровне 6 А. При этом напряжение 13,8-14,2 В.

Если у кого-то стоит старый ненужный ламповый советский телевизор, то лучше трансформатора, чем из него не найти.

Принципиальная схема зарядного устройства из телевизора имеет такой вид.

Зачастую на таких телевизорах устанавливался трансформатор ТС-180. Особенностью его являлось наличие двух вторичных обмоток, по 6,4 В и силой тока 4,7 А. Первичная обмотка тоже состоит из двух частей.

Вначале потребуется выполнить последовательное подключение обмоток. Удобство работ с таким трансформатором в том, что каждый из выводов обмотки имеет свое обозначение.

Для последовательного соединения вторичной обмотки нужно соединить между собой выводы 9 и 9\’.

А к выводам 10 и 10\’ – припаять два отрезка медного провода. Все провода, которые припаиваются к выводам должны иметь сечение не менее 2,5 мм. кв.

Что касается первичной обмотки, то для последовательного соединения нужно соединить между собой выводы 1 и 1\’. Провода с вилкой для подключения к сети нужно припаять к выводам 2 и 2\’. На этом с трансформатором работы завершены.

Далее нужно сделать диодный мост. Для этого потребуется 4 диода, способных работать с током в 10 А и выше. Для этих целей подойдут диодные мосты Д242 или аналоги Д246, Д245, Д243.

На схеме указано, как должно производится подключение диодов – к диодному мосту припаиваются провода, идущие от выводов 10 и 10\’, а также провода, которые будут идти к АКБ.

Не стоит забывать и о предохранителях. Один из них рекомендуется установить на «плюсовом» выводе с диодного моста. Этот предохранитель должен быть рассчитан на ток не более 10 А. Второй предохранитель (на 0,5 А) нужно установить на выводе 2 трансформатора.

Перед началом зарядки лучше проверить работоспособность устройства и проверить его выходные параметры при помощи амперметра и вольтметра.

Иногда бывает, что сила тока несколько больше, чем требуется, поэтому некоторые в цепь установить 12-вольтовую лампу накаливания с мощностью от 21 до 60 Ватт. Эта лампа «заберет» на себя излишки силы тока.

Электротехнические характеристики

Чтобы правильно изготовить модель самостоятельно, определяют ряд параметров:

• Мощность на выходе : Р2 = U2*I2, которую получают путем умножения выходных параметров. Если вторичных катушек несколько, они суммируются.
• КПД не превышает 80%, поэтому первичная : Р1 = Р2/0,8 = 1,25*Р2.
• Площадь центральной части рассчитывается на основании Р1. Для стального это значение составляет: S = Р1^0,5 – вычисляют корень из значения первичной мощности. Для жести, обожженной проволоки, кровельного железа S принимают в три раза больше: S = 3*Р1^0,5.
• Витки первой катушки : w1 = 50/S.
• Второй : w2 = w1*U2.

Значение w увеличивают на 5-10%, т.к. часть напряжения теряется из-за сопротивления.

Какую мощь будет иметь?

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

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

Расстояние, имеющееся между брусками не должно быть менее чем тридцать сантиметров. Затем следует просверлить отверстия восемь миллиметров диаметром. В созданные отверстия нужно вставить специальные пруты для катушки аппарата.

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

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

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

Обустройство катушечного корпуса

Корпус делают из качественной картонной бумаги. Внутренняя его сторона слега больше в сравнении со стержневой частью сердечника. При применении о-образного сердечника потребуется несколько катушек. При сердечнике ш-образном достаточно использовать всего одну катушку.

Применяя сердечник круглой формы, его следует обмотать, применяя изоляцию. Затем можно осуществлять проводную намотку. Как только вы завершите с обмоткой первичной, её следует закрыть несколькими изоляционными слоями. После этого нужно накрутить очередной слой. Концы имеющихся обмоток выводятся на наружную сторону.

При применении магнитного провода корпус трансформатора собирается пошагово:

• Осуществляется выкраивание определённого размера гильзы с требуемыми отворотами.
• Создаются картонные щёчки.
• Основная часть катушки сворачивается в специальную коробочку.
• На гильзы надеваются щёчки.