Мотаем трансформатор, решил заняться полезным делом — намотать силовой трансформатор на Ш-образном магнитопроводе. Железо давно лежало без дела, а параметры у него отличные: по габаритной мощности можно получить до 1 кВт. Почему бы не пустить его в дело?
В этой небольшой статье мотаем трансформатор, немного расскажу о практических шагах, от расчёта сечения сердечника до намотки обмоток, с учётом всех нюансов, с которыми столкнулся в процессе.
Мотаем трансформатор, оценка Ш-образного железа и расчёт сечения
Первым делом оценил состояние магнитопровода. Ш-образное железо досталось ещё с советских времён, но в хорошем состоянии — пластины ровные, ржавчины нет. Такое железо даёт индукцию до 1,2–1,4 Тл без особых проблем.
Каркас уже был в наличии, поэтому набор пластин подбирал именно под него. После сборки пакета измерил сечение сердечника:
S = 44 см²
Это расчётное сечение центрального керна, на который надевается каркас с обмотками. Для Ш-образного железа габаритная мощность при таком сечении получается около
P ≈ (S / 1,2)² ≈ (44 / 1,2)² ≈ 1344 Вт
Конечно, это приблизительная оценка, на практике с учётом КПД и плотности тока в обмотках получим честный киловатт без перегрева.
Расчёт количества витков
Первичная обмотка 220 В, но в последнее время можно считать на 230-240
Количество витков на вольт считается по упрощенной формуле:
N/V = 50 / S
Для нашего железа:
N/V = 50 / 44 ≈ 1,14 витка на вольт
Значит, первичная обмотка на 220 В должна содержать:
W₁ = 220 × 1,14 ≈ 250 витков
Это с запасом. Иногда берут коэффициент 45 вместо 50 для хорошего железа, тогда:
N/V = 45 / 44 ≈ 1,02 витка на вольт
W₁ = 220 × 1,02 ≈ 225 витков
Но чтобы снизить ток холостого хода и избежать перегрева, лучше намотать чуть больше — 240–250 витков.
Вторичные обмотки
Для примера посчитаю пару типовых напряжений.
Обмотка на 12 В (силовая)
Для получения 12 В постоянного тока после выпрямления с учётом падения на диодах и просадки под нагрузкой нужно переменное напряжение около 10 В.
С учётом запаса и компенсации падения:
W₂ = 10 × 1,14 × 1,05 ≈ 12 витков
Берём 12–13 витков.
Обмотка на 5 В (к примеру, дежурное питание)
Переменное 4 В:
W₂₅ = 4 × 1,14 × 1,05 ≈ 5 витков
Диаметр проводов
Ток первички при полной мощности 1 кВт:
I₁ = P / U₁ = 1000 / 220 ≈ 4,5 А
При плотности тока 3 А/мм² (для принудительного охлаждения можно 4 А/мм², но это по моему мнению совсем не нужно):
S₁ = I₁ / 3 = 1,5 мм²
Это провод диаметром около 1,4 мм.
Для вторички на 12 В при токе 30 А:
S = 30 / 3 = 10 мм²
Можно взять шину 2×5 мм или несколько параллельных проводов.
Мотаем трансформатор, подготовка каркаса
Каркас изначально был в наличии, но при разборке старого трансформатора он немного потрескался. Укрепил его эпоксидной смолой и проклеил углы стеклотканью. После высыхания — вполне рабочий.
Мотал первичную обмотку первым слоем. Провод старался укладывать виток к витку, без перехлёстов. Между слоями прокладывал трансформаторную бумагу — так изоляция надёжнее, чем просто лак на проводе.
Вторичные обмотки, тут уже что надо к примеру:
Вторичку на 12 В мотал жгутом из нескольких параллельных проводов меньшего сечения — так проще укладывать, чем один толстый провод. Например, 5 проводов по 1 мм² дают суммарно 5 мм².
Между первичкой и вторичкой проложил несколько слоёв лакоткани. Это критично для безопасности — пробой между обмотками недопустим.
Сборка магнитопровода
При сборке Ш-образные пластины чередовал: одну — слева направо, следующую — справа налево. Это снижает зазор и уменьшает гул.
После набора всех пластин сердечник стянул шпильками через отверстия в углах. Стягивать нужно равномерно, не перетягивая, чтобы не повредить лак.
Проверка
Перед первым включением:
-
Прозвонил обмотки на обрыв и КЗ.
-
Проверил сопротивление изоляции между обмотками и сердечником (мегаомметр или просто мультиметр — должно быть более 10 МОм).
-
Подключил первичку через лампу накаливания (100–150 Вт) для защиты от возможного КЗ.
При включении лампа должна слабо гореть или погаснуть после набора индукции. Если горит ярко — ошибка в намотке.
Измерил ток холостого хода — около 0,3 А при 220 В, что нормально для такого железа. Без нагрузки трансформатор практически не греется.
Итоги
Намотанный трансформатор получился на честный киловатт с запасом. Основные параметры:
Сечение сердечника | 44 см²
Первичная обмотка | 250 витков, провод 1,4 мм
Вторичная 12 В | 13 витков, 10 мм²
Вторичная 5 В | 6 витков, 1,5 мм²
Габаритная мощность | ~1000 Вт
Работа предстоит ещё небольшая — довести каркас до ума, но в целом трансформатор готов к использованию. Такой трансформатор отлично подойдёт для мощного лабораторного блока питания или зарядного устройства.
