Как сделать трансформатор 220 на 12 вольт своими руками
Время на чтение:
Суть работы устройства
Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.
Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочков фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.
Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.
Принцип действия
Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:
Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами. - Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
- Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
- Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
- Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.
Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).
При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.
Характеристики и виды изделия
Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:
- U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
- N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
- I1, I2 — сила тока в обмотках.
Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.
К основным параметрам изделия относят:
- Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
- КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
- Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
- Количество обмоток.
- Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.
Самостоятельное изготовление
Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.
Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».
На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.
В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.
Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).
На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.
Расчёт конструкции
Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.
Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I) ½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d 2 . Она соответственно составит — 0,3 мм 2 и 5 мм 2 .
Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.
Техника намотки
Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.
Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.
Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.
Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.
Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.
Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.
Источник
Электронный трансформатор 220 12 своими руками
Электронный трансформатор — сетевой импульсный блок питания, который предназначен для питания галогенных ламп 12 Вольт. Подробнее о данном устройстве в статье «Электронный трансформатор (ознакомление)». Устройство имеет достаточно простую схему. Простой двухтактный автогенератор, который выполнен по полумостовой схеме, рабочая частота порядка 30кГц, но этот показатель сильно зависит от выходной нагрузки. Схема такого блока питания очень не стабильна, не имеет никаких защит от КЗ на выходе трансформатора, пожалуй именно из-за этого, схема пока не нашла широкого применения в радиолюбительских кругах. Хотя в последнее время на разных форумах наблюдается продвижение данной темы. Люди предлагают различные варианты доработки таких трансформаторов. Я сегодня попытаюсь все эти доработки совместить в одной статье и предложить варианты не только доработки, но и умощнения ЭТ.
В основу работы схемы углубляться не будем, а сразу приступим к делу. Мы попытаемся доработать и увеличить мощность китайского ЭТ Taschibra на 105 Ватт.
Для начала хочу пояснить, по какой причине я решил взяться за умощнение и переделку таких трансформаторов. Дело в том, что недавно сосед попросил сделать ему на заказ зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, который был бы компактным и легким. Собирать не хотелось, но позже я наткнулся на интересные статьи в которых рассматривалась переделка электронного трансформатора. Это натолкнуло на мысль — почему бы не попробовать?
Таким образом, были приобретены несколько ЭТ от 50 до 150 Ватт, но опыты с переделкой не всегда завершались успешно, из всех выжил только ЭТ на 105 Ватт. Недостатком такого блока является то, что трансформатор у него не кольцевой, в связи с чем неудобно отмотать или домотать витки. Но другого выбора не было и пришлось переделать именно этот блок.
Как нам известно, эти блоки не включаются без нагрузки, это не всегда является достоинством. Я планирую получить надежное устройство, которое можно свободно применять в любых целях, не боясь, что блок питания может перегореть или выйти из строя при КЗ.
Доработка №1
Суть идеи заключается в добавлении защиты от КЗ, также устранения вышеуказанного недостатка (активация схемы без выходной нагрузки или с маломощной нагрузкой).
Глядя на сам блок, мы можем увидеть простейшую схему ИБП, я бы сказал, что схема не до конца отработана производителем. Как мы знаем, если замкнуть вторичную обмотку трансформатора, то меньше, чем за секунду схема выйдет из строя. Ток в схеме резко возрастает, ключи в миг выходят из строя, иногда и базовые ограничители. Таким образом, ремонт схемы обойдется дороже стоимости (цена такого ЭТ порядка 2,5$).
Трансформатор обратной связи состоит из трех отдельных обмоток. Две из этих обмоток питают базовые цепи ключей.
Для начала удаляем обмотку связи на трансформаторе ОС и ставим перемычку. Эта обмотка включена последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Затем на силовом трансформаторе мотаем всего 2 витка и один виток на кольце (трансформаторе ОС). Для намотки можно использовать провод с диаметром 0,4-0,8мм.
Далее нужно подобрать резистор для ОС, в моем случае он на 6,2 ОМ, но резистор можно подобрать с сопротивлением 3-12 Ом, чем выше сопротивление этого резистора, тем меньше ток защиты от КЗ. Резистор в моем случае использован проволочный, чего делать не советую. Мощность этого резистора подбираем 3-5 ватт (можно использовать от 1 до 10 ватт).
Во время КЗ на выходной обмотке импульсного трансформатора ток во вторичной обмотке падает (в стандартных схемах ЭТ при КЗ ток возрастает, выводя из строя ключи). Это приводит к уменьшению тока на обмотке ОС. Таким образом, прекращается генерация, сами ключи запираются.
Единственным недостатком такого решение является то, что при долговременном КЗ на выходе, схема выходит из строя, поскольку ключи греются и достаточно сильно. Не стоит подвергать выходную обмотку КЗ с длительностью более 5-8 секунд.
Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.
Доработка №2
Теперь постараемся, в какой-то мере сгладить сетевое напряжение от выпрямителя. Для этого будем использовать дроссели и сглаживающий конденсатор. В моем случае использован готовый дроссель с двумя независимыми обмотками. Данный дроссель был снят от ИБП DVD проигрывателя, хотя можно использовать и самодельные дросселя.
После моста следует подключить электролит с емкостью 200мкФ с напряжением не менее 400 Вольт. Емкость конденсатора подбирается исходя из мощности блока питания 1мкФ на 1 ватт мощности. Но как вы помните, наш БП рассчитан на 105 Ватт, почему же конденсатор использован на 200мкФ? Это поймете уже совсем скоро.
Доработка №3
Теперь о главном — умощнение электронного трансформатора и реально ли это? На самом деле есть только один надежный способ умощнения без особых переделок.
Для умощнения удобно использовать ЭТ с кольцевым трансформатором, поскольку нужно будет перемотать вторичную обмотку, именно по этой причине мы заменим наш трансформатор.
Сетевая обмотка растянута по всему кольцу и содержит 90 витков провода 0,5-0,65мм. Обмотка мотается на двух сложенных ферритовых кольцах, которые были сняты от ЭТ с мощностью 150 Ватт. Вторичная обмотка мотается исходя от нужд, в нашем случае она рассчитана на 12 Вольт.
Планируется увеличить мощность до 200 Ватт. Именно поэтому и нужен был электролит с запасом, о котором говорилось выше.
Конденсаторы полумоста заменяем на 0,5мкФ, в штатной схеме они имеют емкость 0,22 мкФ. Биполярные ключи MJE13007 заменяем на MJE13009.
Силовая обмотка трансформатора содержит 8 витков, намотка делалась 5-ю жилами провода 0,7мм, таким образом, имеем в первичке провод с общим сечением 3,5мм.
Идем дальше. Перед и после дросселей ставим пленочные конденсаторы с емкостью 0,22-0,47мкФ с напряжением не менее 400 Вольт (я использовал именно те конденсаторы, которые были на плате ЭТ и которые пришлось заменить для увеличения мощности).
Далее заменяем диодный выпрямитель. В стандартных схемах применяются обычные выпрямительные диоды серии 1N4007. Ток диодов составляет 1 Ампер, наша схема потребляет немало тока, поэтому диоды стоит заменить на более мощные, во избежание неприятных результатов после первого включения схемы. Можно использовать буквально любые выпрямительные диоды с током 1,5-2 Ампер, обратное напряжение не менее 400 Вольт.
Все компоненты, кроме платы с генератором смонтированы на макетной плате. Ключи были укреплены на теплоотвод через изоляционные прокладки.
Продолжаем нашу переделку электронного трансформатора, дополнив схему выпрямителем и фильтром.
Дросселя намотаны на кольцах из порошкового железа (сняты от компьютерного БП), состоят из 5-8 витков. Намотку удобно сделать сразу 5-ю жилами провода с диаметром 0,4-0,6мм каждая жила.
Сглаживающий конденсатор подбираем с напряжением 25-35 Вольт, в качестве выпрямителя применен один мощный диод шоттки (диодные сборки из компьютерного блока питания). Можно использовать любые быстрые диоды с током 15-20 Ампер.
Источник