Намотка тороидального трансформатора для УМЗЧ
Основным элементом блока питания является трансформатор. Иногда его можно приобрести в специализированных магазинах, на радиорынке либо через интернет. Но чаще всего трансформатор с необходимыми параметрами купить не удается. Для изготовления трансформатора самостоятельно вначале нужно определиться с типом железа. Наиболее распространены трансформаторы из Ш-образных пластин. Вместе с тем, трансформаторы на тороидальном железе (бублик из железной ленты) в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин имеют меньший вес и габариты. Также торы отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД. При равномерном распределении обмоток по периметру тороидального сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформатора. Хотя при построении качественного усилителя экраном пренебрегать не стоит.
Кроме этого, даже на самом лучшем железе при индукции 15000 Гс в тороидальном трансформаторе ток намагничивания имеет форму импульсов с пикфактором 5. 50. Это является источником мощных помех с довольно широким спектром. Более-менее синусоидальным ток х.х. становится при индукции менее 6000 Гс для стали 3410 и 8000. 9000 Гс для 3425. Пониженная индукция заметно удорожает и утяжеляет трансформатор, что для серийной аппаратуры крайне нежелательно. Однако, для снижения помех в усилителе мощности звуковой частоты имеет смысл идти на снижение индукции в трансформаторе блока питания. В данном случае работает правило — «Чем меньше индукция, тем лучше».
Для расчета параметров тороидального трансформатора очень удобно пользоваться калькулятором. Он позволяет быстро посчитать параметры трансформатора, имея в наличии готовый тор. Для Hi-End УМЗЧ рекомендуется индукцию в сердечнике из российского (советского) железа не выбирать более 1,0 Тл. Для импортного железа (тор из старого ИБП) допустимо 1,2 Тл. В таком случае будет получена низкая магнитная наводка и минимальный акустический шум от трансформатора.
Перед намоткой тороидального трансформатора необходимо подготовить выбранный сердечник: вначале снять фаску полукруглым напильником со всех острых краев бублика, затем по торцу тора обвести карандашом и вырезать из плотной бумаги (открытки) щечки, приклеить щечки на боковинки тора, обклеить внешнюю и внутреннюю сторону сердечника обычной бумагой. Возможны другие варианты изоляции сердечника. Главное предотвратить возможное замыкание первичной обмотки на сердечник трансформатора в результате возможного продавливания изоляции и повреждения лака обмоточного провода на острых краях тора при намотке.
Для намотки тороидального трансформатора я использую челнок из дерева или текстолита на концах которого делаю вырезы в виде ласточкиного хвоста. Челнок легко изготовить из деревянной ученической линейки длиной 20 – 30 см. А чтобы она не треснула вдоль при намотке на нее моточного провода «ласточкин хвост» укрепляется бумажным скотчем (3 – 4 витка в поперек). При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить широко распространенный моточный провод ПЭВ-2 или ПЭТВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС толщиной 0,06-0,12 мм или батистовая лента, я же использовал фторопластовую пленку.
После намотки расчетного количества витков первичной обмотки желательно измерить ток холостого хода трансформатора. Для этого подключаем тестер последовательно с первичной обмоткой в режиме амперметра. Для избегания всяких ЧП последовательно с первичкой можно включить лампочку на 220 В и мощностью 40 Вт. Лампочка будет гореть если число витков мало. Если транс намотан правильно, то нить накала должна иметь розовый оттенок. Тороидальный трансформатор имеет большие пусковые токи, в момент запуска перегрузки могут достигать 160 раз. Поэтому запуск трансформатора необходимо делать не через тестер, а при помощи «перемычки», которая потом размыкается и ток начинает течь через тестер.
Для измерения тока холостого хода я использую следующую схему:
Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включаю резистор номиналом 10 Ом, подаю напряжение сети и замеряю на нем падение напряжения. Соответственно ток холостого хода равен I=U/R. В моем случае 0,045 В / 10 Ом = 0,0045 А. или 4,5 мА.
Норма тока холостого хода для каждого трансформатора индивидуальна и обычно не превышает 50 мА при напряжении 220 В. Здесь основное правило — «Чем ниже ток х.х., тем лучше», тем форма тока холостого хода больше похожа на синус.
Для тороида в блоке питания УМЗЧ ток х.х.:
Для вычисления количества витков первичной обмотки любым подручным проводом (в моем случае мгтф) наматываю вторичную обмотку, подав сетевое напряжение на первичную обмотку замеряю напряжение на вторичной обмотке.
У меня на 4 витках вторички тестер показывает 0,581 В. Соответственно количество витков первичной обмотки будет равно: U сети х N вторички / U вторички. На момент измерений в сети было 230 В. В цифрах получаем: 230 В х 4 витка / 0,581 В = 1583 витка.
Еще пару слов о намотке трансформатора. В целях максимального уменьшения помех, излучаемых тороидальным трансформатором, необходимо равномерно заполнять моточным проводом каждый слой обмоток. Если первую половину обмотки вы укладывали витки вправо, то вторую половину обмотки витки необходимо укладывать влево, не меняя при этом направление укладки самих витков вокруг сердечника. Если необходимо намотать две одинаковые обмотки (характерно для УМЗЧ) на шпулю сматвается двойной провод, а затем со шпули укладываются витки двух вторичек одновременно, как показано на фото.
В моем случае три слоя первички уложены в одну сторону, и еще три слоя в другую. Выводы первички сделаны как можно ближе друг к другу. Две вторички намотаны аналогично, два слоя укладывались в одну сторону и еще 2 слоя в другую. С соблюдением данных правил мною был изготовлен тороидальный трансформатор мощностью 120 Ват для усилителя Василича с N-канальным выходным каскадом Алексея Никитина, обеспечивший минимальные наводки на входные цепи УМЗЧ.
Буду рад если мой опыт изготовления тороидальных трансформатором будет полезен Вам.
Сборка и схемы лампового усилителя с тороидальным выходным трансформатором
Ламповые усилители с любым тороидальным трансформатором – довольно известная разработка, применяемая инженерами-любителями. Собрать усилитель на торе возможно, но учитывать необходимо некоторые аспекты. Для преобразования тока используются различные виды устройств. К числу таких относится тороидальный трансформатор. Намотку допустимо проводить в домашних условиях.
Можно ли собрать ламповый усилитель на торе
Силовой трансформатор выбирают для лампового усилителя, но делается это с учетом определенных технических характеристик. Принцип работы тороидального устройства состоит в том, что оно преобразовывает переменный ток с одними показателями напряжения в другое. При этом возможно нескольку схематических решений: однотактный или двухтактный.
Тороидальные тс в любом случае имеют идентичные конструктивные особенности. В частности, устройства состоят из:
Именно последний — тороидальный сердечник — отвечает за специфику работы тс. Обмотки соединяются при помощи магнитного провода, технологические характеристик его различаются в зависимости от вида трансформатора.
Плюсы и минусы использования тороидального трансформатора в качестве выходного
Если трансформатор тороидального типа собираются использовать для работы с ламповым усилителем, то сначала оценивают целесообразность этого поступка. Обычно сравнивают тс такого типа со стержневыми или броневыми вариантами, которые обладают похожей спецификой действий. В сравнении с ним у трансформаторов тороидальных имеются такие преимущества:
Поток рассеяния катушки, которая использоваться в тс, должен быть равен нулю. Только использование пластинки из стали позволяет достичь этого показателя. В отличии от оборудования стандартного вида в этих типах магнитное поле, вызываемое внешними раздражителями, практически не влияет на работу.
Использование тороидального трансформатора в качестве выходного для лампового усилителя соответственно позволяет уменьшить влияние окружающих помех. Тороидальный сердечник, если сравнивать его с обычным, показывает гораздо большие экономические и электрические показатели. Его использование более целесообразно.
Сталь в составе позволяет устранить нелинейные искажения. Кроме того, так как напряжение не колеблеться, величина индукции максимальная, то вес и объем сердечника уменьшается, следовательно устройство само весит меньше.
Отдельно специалисты отмечают простоту использования и удобство приборов. Экранов нет, что позволяет комфортно закреплять их. Но следует понимать, что есть и недостатки. К числу таких относится стоимость намотки — она выходит несколько выше.
Возможные схематические решения
Обычно используются трансформаторы вида с немагнитным зазором. Проблема использования заключается в зависимости сердечника от внешнего поля, показателей индуктивности первички.
Однотактный
Кривая намагничивания зависит пропорционально от проницаемости сердечника. Это можно увидеть на схеме зависимости напряженности внешнего поля от величины намагничивания.
Если растет показатель тока на первичной обмотке, то проницаемость будет уменьшаться, а намагниченность увеличиваться. Индуктивность внутреннего слоя понизиться. Это способствует тому, что оборудование начинает работать в режиме насыщения.
Однотактные ламповые усилители дают возможность через тс протекать току, который вызывает намагничивание. Крепеж более мягкого материала невозможен, кроме того, не поможет решить проблему и увеличение витков первички — насыщение сердечника продолжится. Нужные показатели индуктивности достигаются путем смены количества витков и увеличения ширины зазора.
Двухтактный
Проблема создания двухтактного трансформатора идентичная — получить необходимые показатели индуктивности обмотки, но не допустить входа в режим пресыщения.
Для этой цели используется методика создания зазора, а также увеличение твердости магнитной стороны сердечника. Последний помещают в поперечное магнитное поле, которое выступает в роли магнита для середины.
Проведение питания таким образом решает сразу несколько проблем. В первую очередь повышает индуктивность первички. Это означает, что и увеличивается значение магнитной проницаемости. Сердечник не перемещается в режим пресыщения и стабильно работает. Тор наматывается на детали, при этом один является магнитомягким, а другой твердым.
Требования к качеству электрической машины
Самый простой тороидальный трансформатор представляет собой устройство из двух обмоток со стальным сердечником. Предъявляются определенные требования к электрический машине. Обратить внимание следует на то, что:
Магнитный провод усиливает индукцию, поэтому его коэффициент подбирается в строгом соответствии с техническими характеристиками обмоток. Витки обмотки определяют, какую силу имеет электромагнетизм. Изменяя число обмоток можно создать систему для лампового усилителя, которая бы преобразовывала любое напряжение.
При самостоятельном изготовлении используйте специальный станок для намотки — он упрощает процесс. Латры берутся одинаковыми, между листами не должно быть зазоров. Если будут щели, то непременно их заполнить железными листами. Выводы обязательно закрепляются при помощи сварочных точек.
Мощный тор трансформатор
Мощный тор трансформатор для усилителя
Чтобы изготовить Мощный тор трансформатор для усилителя в домашних условиях, но на профессиональном уровне, нужно немало терпения и определенных навыков. Я занимаюсь изготовлением мощных концевых усилителей для профессиональных музыкантов.
Скачать → Упрощенный расчет тороидального трансформатора
В общем я надеюсь, что у вас уже имеется подходящий сердечник, габаритная мощность которого соответствует требованиям вашего будущего устройства, тем более если вы хотите собрать свой качественный фирменный усилитель мощности, ну а в случаи его отсутствия, то на «железном» рынки можно подобрать такой «бублик», например от ЛАТРа.
Кстати сказать, на заводах где производят торы, относятся к их изготовлению не совсем так как положено, поэтому такие магнитопроводы требуют небольшой доработки, к тому же мы рассчитываем его применение в ответственном устройстве как усилитель мощности НЧ. Чтобы исправить заводскую халтуру и сделать надежный, мощный тор трансформатор, для начала тороидальное железо, то есть его острые кромки по внутреннем и внешнему периметру необходимо притупить напильником, чтобы эти острые края не повредили обмоточный провод.
Таблица габаритных размеров сердечников
Если сам сердечник не плотно намотан, то тогда для повышения его магнитных свойств, зазоры между витками залить жидким материалом, обладающим магнитными свойствами, который в последствии застынет. Например приготовить раствор карбонильного железа разведенного в ацетоне, а предпочтительнее в дихлоретане. Если таких препаратов нет под рукой, то можно обработать витки железа эпоксидной смолой, а затем высушить. Следующий процесс — изолирование самого железа. Я обычно применяю плотную бумажную ленту на клеевой основе, она толще скотча, поэтому надежнее. Но можно воспользоваться и строительным скотчем в несколько слоев.
Когда сердечник подготовлен, начинаем непосредственно наматывать эмаль-проводом первичную обмотку трансформатора. Для этого необходимо намотать на челнок провод нужного сечения и требуемой длинны. К концу обмоточного провода припаять отрезок гибкого монтажного провода, а стык изолировать в термоусадочный кембрик. Если вы намерены собирать двуполярный мостовой источник питания для каждого канала стереоусилителя, то нужно учесть необходимость вывода средней точки с обмотки трансформатора. Поэтому не ошибитесь при намотке, то есть не забыть в камом месте нужно делать отвод.
Таблица диаметра провода и ток нагрузки
Для меня удобнее производить намотку, как я уже сказал именно на «коленке». То есть располагаюсь на диване в левой руке сердечник — в правой челнок и начинаю мотать стараясь большим пальцем левой руки плотно прижимать провод при этом челнок у меня всегда находится рядом на диване, а не падает на пол если бы я сидел на стуле. Именно так очень удобно, можно конечно сделать небольшое устройство на столе, где бы закреплялся сердечник, но лично для меня мой вариант удобнее всего. Обмоточный провод старайтесь укладывать ровно, а не вкось. По внутреннему диаметру тора он должен ложится виток к витку, а не в навал, а по внешнему периметру должен быть зазор между проводом где-то примерно в три его диаметра, тогда намотка будет ровной и красивой.
Основные характеристики электрической энергии и их взаимосвязь
Мощный тор трансформатор можно изготовить и с применением другого способа изоляции обмоток, на мой взгляд очень бюджетный и эффективный метод. В супермаркетах продаются специальные термостойкие рулоны с пакетами для запекания мяса в духовке. Отличная вещь! И стоит не дорого и на долго хватит. А пользоваться этой пленкой очень просто: нужно порезать это рулон на ленты шириной примерно 20-25мм и изолировать обмотку двумя-тремя слоями, будет надежно и эффективно. При укладке провода всегда считайте витки, количество которых необходимо вы уже знаете. Когда закончите с выполнением первичной обмотки, нужно проверить ток холостого хода трансформатора.
Измерение тока нужно производить с особой осторожностью и желательно через ЛАТР. Это нужно знать при построении силовой части усилителя мощности и если будет слишком большой пусковой ток при включении усилителя, то появятся сопутствующие проблемы. Идеальный ток холостого хода, который должен иметь мощный тороидальный трансформатор рассчитанный на мощность 1000 Вт, должен быть 40-45 мА, это если при изготовлении сердечника он был хорошо отожжен.
Вторичная обмотка выполняется аналогичным способом, что и первичная. Зная количество витков в первичной обмотки и значение витков на вольт, вы примерно можете определить на каком витке вторички нужно делать отвод среднего провода, а для точного определения лучше замерять напряжение намотанных витков мультиметром. Для этого опять же через ЛАТР устанавливает точное сетевое напряжение 220 вольт и измеряем вольтаж намотанной половинки вторичной обмотки не отсоединяя челнок, а так и измеряем — один щуп прибора на гибкий вывод вторички, другой прямо на конец провода расположенного на челноке предварительно его зачистив.
Если напряжение на средней точке (которое должно быть ровно половине общего напряжения во вторичной обмотке) соответствует заданному значению, значит также делаем гибкий отвод монтажным проводом и продолжаем выполнять обмотку до конца, с таким же количеством витков, как и первой половине. Не забывать после каждого прохода нужно изолировать слой. Затем выполняется еще одна аналогичная вторичная обмотка для второго канала усилителя. Если требуется дополнительная обмотка, например для обеспечения питания вентилятора охлаждения, то ее тоже нужно изготовить, но уже проводом меньшего сечения в зависимости от тока потребления вентилятора.
Не в коем случае не берите напряжение для этой цели с рабочих обмоток предназначенных для питания самого усилителя, должна быть только отдельная обмотка и свой выпрямитель. После того как вы полностью намотали трансформатор, последний слой провода нужно изолировать более надежно, во избежании механических повреждений при монтаже и эксплуатации в дальнейшем.
Тороидальный трансформатор своими руками
На практике выделяют достаточно большое разнообразие преобразователей электрической энергии, как по конструктивным особенностям, так и по принципу действия. Среди устройств для изменения величины напряжения существуют броневые, стержневые и тороидальные трансформаторы. Последний вариант по своей форме напоминает бублик, за счет чего он является наиболее эффективным в части передачи магнитного потока. Его КПД может приближаться к 100% и отличается достаточной простотой намотки, поэтому многие радиолюбители стараются изготовить тороидальный трансформатор своими руками.
Конструкция и принцип работы
Конструктивная особенность такого трансформатора заключается в форме магнитопровода, которая представляет замкнутое кольцо, называемая тором.
В остальном состав его элементов идентичен другим типам электрических машин:
Принцип действия тороидального преобразователя заключается в подаче напряжения питания на выводы первичной обмотки. После чего в ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитный поток внутри витков. Магнитный поток перемещается внутри каркасов катушек и наводит ЭДС во вторичной обмотке. При условии подключения нагрузки к ее выводам будет происходить потребление заданной мощности.
Данное устройство нашло применение в тороидальных автотрансформаторах (ЛАТРах), радиоэлектронике, сварочных трансформаторах и прочих преобразователях. В домашних условиях занимаются перемоткой трансформатора такого типа за счет относительно простого процесса.
Изготовление своими руками
Чтобы изготовить тороидальную электрическую машину вам необходимо определиться с ее типом. Всего выделяют повышающий и понижающий трансформатор, в первом случае с низкого напряжения, к примеру, 220В получают высокое — 600В, а во втором, с высокого низкое, как наиболее распространенный вариант с 220В – 12В. Важным параметром для изготовления и расчета тороидального агрегата является коэффициент трансформации, показывающий, во сколько раз изменяется электрическая величина во вторичной обмотке по отношению к первичной. Для его определения используется одно из следующих соотношений:
U1 и U2, I1 и I2 — величина напряжения и тока в обмотках, W1 и W2 – это число витков.
Что необходимо для работы?
Вам обязательно пригодится набор слесарных инструментов для элементарных работ: отвертки, пассатижи, круглогубцы, ножи, паяльник, заклепочник и т.д. Также для того чтобы намотать тороидальный сетевой трансформатор или самодельный сварочный агрегат вам понадобятся некоторые материалы:
Возьмите длинный лист стали и согните кольцом, на краю зафиксируйте концы.
Рис. 2. Согните пластину железа
Внутрь полученного тороидального листа поместите следующий, следите за тем, чтобы края ложились стык в стык. При необходимости, края можно подрезать, что особенно актуально на внутренних слоях. Каждую пластину необходимо четко обжимать, чтобы при мотании тор получился плотным без зазоров.
Если вы решите изготовить сердечник, его края обязательно следует обработать эпоксидным клеем с обеих сторон. После этого сборку сердечника можно считать оконченной. Помимо этого можно использовать ленточную сталь, которую по такой же технологии закручивают плотной по спирали.
Рис. 3. Намотайте сердечник из ленточной стали
Расчет
Чтобы начать вычисления, вам необходимо определиться с величиной напряжения на вторичной и первичной обмотке и нужной мощностью тороидального трансформатора. Далее вам понадобится определить сечение тора:
S = H * ((D-d))/2
Чтобы вычислить количество витков воспользуйтесь двумя выражениями для коэффициента передачи магнитопровода:
Здесь k – коэффициент передачи, f – частота в подключаемой сети, S – площадь сечения магнитопровода. W1 – число витков в первичной катушки, U1 – напряжение в первичке. Из второй формулы вы узнаете количество витков, аналогично рассчитываются витки для вторичной обмотки тороидального трансформатора.
Чтобы определить сечение проводов катушек преобразователя, воспользуйтесь формулой:
И длину и сечение трансформатора можно рассчитать для каждой обмотки отдельно. После того как расчет тороидального агрегата готов, можно переходить к его намотке.
Намотка
Процесс изготовления самодельного трансформатора будет состоять из нескольких этапов:
Перемотка вторичной обмотки осуществляется аналогичным образом, после чего ее так же изолируют и всю конструкцию, при необходимости, закрывают корпусом. Тороидальный трансформатор готов.
