Меню

Расчет трансформатора для зарядных устройств

Расчет трансформатора для зарядных устройств

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

  • Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
    • Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
    • Выполнение онлайн расчета трансформатора
  • Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
    • Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
    • Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
    • Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
    • Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
    • Учет свободного места внутри окна магнитопровода
  • 4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Сердечники трансформаторов

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

Коэффициент трансформации трансформатора

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Расчет диаметра провода

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

Расчет числа витков трансформатора

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Читайте также:  Запчасти для зарядных устройств ноутбуков

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Источник



Автомобильное зарядное устройство для аккумулятора

Зарядное устройство из трансформатора своими рукамиСиловой трансформатор — зарядное устройство Зарядное устройство из трансформатора своими рукамиСиловой трансформатор — зарядное устройство

Автомобильный аккумулятор требует внимания — это факт. Несмотря на уверения маркетологов, которые уверяют нас в полной и безоговорочной «необслуживаемости» наших батарей, надо следить за источником питания наших автомобилей. Теоретическая «необслуживаемость» еще не означает , что к батарее можно относиться попустительски.

Приступить к изготовлению собственного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора меня вынудили первые, серьезные, морозы и «неожиданно» севший, довольно старый (4 года), аккумулятор. У меня есть зарядник заводского изготовления, рассчитанный на зарядный ток 5А, по крайней мере, так написано на этикетке, но он заряжает батарею долго и нудно. После блэк-аута, который приключился у меня, ему потребовалось бы двое суток, чтобы оживить батарею.

Пациент — стандартная аккумуляторная батарея, емкостью 55 А/ч, которая из «плюшек» имеет лишь встроенный ареометр. По всем показаниям ей, для зарядки, требуется ток 5 А/ч, но пациент старый и хотелось бы заодно с зарядкой провести десульфатацию аккумулятора, чтобы реанимировать его былые возможности и продлить срок эксплуатации — в кризисные времена нет желания тратиться на новые прибамбасы, если можно оживить старые.

Навыки обращения с трансформаторами и паяльником у меня имеются, да и физику с электротехникой я изучал еще в советские времена, итак приступим.

Трансформатор ТС-250 и снятие старой вторичной обмотки

Трансформатор ТС-250Трансформатор ТС-250

Для успешной операции нам потребуется силовой трансформатор ТС-250 или ТС-180. Такие трансформаторы раньше применяли в телевизорах. В этих трансформаторах все рассчитано на большие токи, недаром цифры в модели трансформатора означают мощность в ваттах (250 и 180 ватт). В моем случае был использован трансформатор ТС-250.

Для целей изготовления зарядного устройства нам потребуется лишь первичная обмотка этих трансформаторов. Чтобы избавиться от лишнего груза, надо отмотать всю вторичную обмотку с обеих катушек.

Чтобы приступить к отматыванию вторичной обмотки надо разобрать трансформатор, предварительно пометив выводы, где находится вход питания 220 вольт, то есть первичную обмотку, которую мы оставляем на катушках.

Удаляем все конденсаторы, припаянные к выводам, для зарядного устройства они не нужны.

Перед разборкой трансформатора надо пометить местоположение сердечника, направление намотки проводов и расположение катушек. После сборки крайне желательно все вернуть на место «как было». Если собрать трансформатор неправильно он будет сильно гудеть. А если, к тому же, неправильно намотать вторичную обмотку (в неправильном направлении), то он вообще работать не будет из-за противотока.

Мусора и проводов при отмотке старой вторичной обмотки будет много, поэтому это лучше делать в гараже или на открытом воздухе, где не жалко намусорить.

Провод вторичной обмотки 2,5 мм 2

В наше насыщенное время в магазинах доступно практически всё, кроме хороших, лакированных, медных, проводов для намотки трансформатора. О проводах в шёлковой изоляции даже и мечтать не приходится, поэтому было решено использовать обычные медные жилы в ПВХ-изоляции. Такое упрощение значительно снижает качество и надежность трансформатора, но упрощает поиск нужных материалов.

В обычном, строительном, магазине было закуплено 4 метра двухжильного кабеля в двойной изоляции, сечением 2,5 мм 2 . Один виток равен, примерно, 7 см, а потому для 44 витков надо около 3,08 метра провода. С учетом выводов и припусков получается 3,3 метра, но в магазинах с такой точностью вам провод не продадут.

Диодный мост KBPC2501 (MB251) на 25А/100В

Диодный мост KBPC 2510Диодный мост KBPC 2510

Зарядное устройство, в нашем случае, получится довольно мощное, поэтому надо приобрести достойный диодный мост, предназначенный для выпрямления больших токов.

Диодный мост KBPC2501 с прикрепленным к нему радиатором позволяет вам не заботиться о нагрузке на трансформатор — он полностью перекрывает его возможности, ведь он способен выпрямлять ток величиной 25 ампер, а напряжение вторичной обмотки на холостом ходу будет не выше 18 вольт.

Наматываем вторичную обмотку

Зарядное устройство из трансформатора своими силамиЗарядное устройство из трансформатора своими силами

На подготовленные катушки трансформатора (на них должна остаться только первичная обмотка) наматываем по 22 витка подготовленного провода. Конечно жилы разноцветные, но это очень удобно для идентификации катушек.

Напоминаю, направление витков новой обмотки должно совпадать с направлением витков старой, снятой обмотки — это архиважное условие! Внутренние концы обмоток припаиваем к тем же выводам, где были внутренние концы старой вторичной обмотки и соединяем их перемычкой. Если убирали перемычку первичной обмотки, то восстановите ее на старое место.

Почему 22 витка на катушку, а потому, что я не хочу вас утомлять расчетами обмотки. Если вам требуется зарядник на 24 вольта умножьте количество витков на каждой обмотке на 2 и т.д.

Сборка трансформатора

Катушки с намотанной вторичной обмоткой собираем на О-образный сердечник магнитопровода, соблюдая метки, которые мы нанесли при разборке, иначе загудит на весь дом. Между половинками магнитопровода можно нанести клей, типа момент, но только после испытаний. Клей позволит уменьшить шум до минимума.

Испытания и завершение работы

Готовое зарядное устройство из трансформатора ТС-250Готовое зарядное устройство из трансформатора ТС-250

К выводам собранного трансформатора надо припаять кабель с вилкой, для включения в розетку 220 вольт и провода для подключения к диодному мосту. Я выбрал гибкие, многожильные, кабели, сечением 2,5 мм 2 .

Провода припаянные к клеммам вторичной обмотки присоединяем к «

» — выводам диодного моста в любой последовательности. К положительному и отрицательному выводам диодного моста припаиваем хорошие, медные, провода (кабель).

Диодный мост зарядного устройстваДиодный мост зарядного устройства

К верхней части диодного моста прикрепляем хороший радиатор для отвода тепла. Я использовал радиатор от системы охлаждения процессора AMD Athlon — Thermaltake. Он рассчитан на отвод 100 ватт тепла. Радиатор справляется со своими обязанностями без дополнительно обдува, но значительно нагревается при работе.

Корпус для трансформатора подбирайте по своему вкусу, но обязательно предусмотрите хорошую вентиляцию и виброизоляцию — под нагрузкой трансформатор нагревается и вибрирует (именно вибрирует, гудение будет слышно, если поместить его в коробку, которая служит резонатором).

Резюме

Готовое зарядное устройство обойдется вам в 200 рублей, потраченных на покупку диодного моста и проводов. Сам трансформатор вы вряд ли найдете в продаже, поищите у старых радиолюбителей.

Это зарядное устройство, изготовленное своими руками, позволит заряжать автомобильный аккумулятор за 12 часов, доводя его до нужной кондиции. Например, он позволяет увеличить плотность электролита с 1,20 до летней нормы 1,27 за в зависимости от возраста пациента.

Читайте также:  Модели пуско зарядное устройство для

Источник

Основные критерии выбора, какой трансформатор нужен для пускового устройства АКБ

Если автомобиль все время в эксплуатации, то его аккумулятор заряжен. Но при длительном простое из-за саморазряда напряжение на АКБ падает ниже уровня необходимого для запуска.

Еще одной причиной пониженного тока аккумулятора является мороз. В холодном аккумуляторе повышенное сопротивление электролита и замедленные химические реакции, в результате которых батарея вырабатывает электрическое напряжение. Кроме того, холодный двигатель стартеру труднее провернуть из-за загустевшей смазки.

В этих ситуациях необходимо подать на стартер дополнительное питание. Чтобы сделать такой аппарат самостоятельно необходимо знать, какой трансформатор нужен для пускового устройства АКБ.

акб

Пусковые и зарядные устройства

Для запуска автомобиля и зарядки АКБ используются различные приспособления:

  • Зарядные. Имеют мощность до 150Вт, более сложную схему и возможность регулировки выходного тока и напряжения.
  • Пусковые. Мощность таких аппаратов более 1,5кВт при выходном напряжении 12В, конструкция не предусматривает регулировок выходных параметров.
  • Пуско-зарядные. Фактически это аппараты для зарядки, только большой мощности.

Выходные параметры пускового устройства

Ток, потребляемый стартером легкового автомобиля во время вращения коленвала, зависит от марки машины и составляет 80-100А при напряжении 12В. Однако для того, чтобы привести его в движение, стартер кратковременно потребляет ток до 200А. Поэтому в ремонтных мастерских используются для запуска двигателей легковых автомобилей устройства мощностью Р=12Вх200А=2400Вт. Необходимые параметры для пуска грузовых машин зависят от конкретной модели автомобиля.

Устройство трансформатора

В домашних условиях аппарат подключается параллельно АКБ. Мощность его достаточно выбрать 1500 Вт при токе 125А и определяется тем, какую мощность имеет трансформатор пуско-зарядного устройства. Схема намотки может быть простой или со средней точкой.

Информация! Некоторые магазинные аппараты имеют мощность всего 700Вт и ток 60А.

Устройство пусковой установки

Пусковая аппаратура состоит из трех частей:

  • понижающий трансформатор 220/12В;
  • диодный мост;
  • соединительные кабеля с клеммами.

Совет! Для подключения аппарата к АКБ допускается применение проводов «прикуривателя».

Изготовление понижающего трансформатора

Самой сложной в изготовлении частью этого аппарата является трансформатор для пуско-зарядного устройства. Наибольшее распространение получили самодельные схемы пуско-зарядных на трансформаторе 1500 ватт.

Понижающий трансформатор

Конструкция трансформатора

В качестве него используется любой трансформатор с сечением магнитопровода не менее 36мм². Этого достаточно для мощности аппарата в 1,5 кВт.

Первичная обмотка трансформатора для пускового устройства используется готовая, если она рассчитана на напряжение 220 В или мотается заново, медным проводом сечением 1,5-2мм². При ее отсутствии необходимое число витков определяется по таблицам или при помощи онлайн-калькуляторов.

Вторичная обмотка удаляется и мотается заново нужная, медной шиной. Ее сечение зависит от используемой схемы выпрямления:

  • в обычной, с четырьмя диодами — 20 мм²;
  • в схеме из двух диодов и двух катушек со средней точкой 10 мм².

При выборе алюминиевых намоточных проводов их сечение увеличивается вдвое.

Важно! Если взять магнитопровод большего сечения, то это увеличит мощность аппарата, но приведет к пропорциональному увеличению сечения обмоточных проводов и уменьшению количества витков в катушках.

Трансформатор в зарядном устройстве

Расчет вторичной обмотки

Для намотки вторичной обмотки пускового трансформатора для автомобиля своими руками необходимо определить количество витков. Оно зависит от числа витков в первичной обмотке Nперв. Если оно известно, то необходимое количество определяется по формуле Nвтор=(Nперв/220)*12. При неизвестных параметрах число витков определяется опытным путем:

  • намотать временную вторичную катушку проводом любого сечения из 10 витков;
  • измерить выходное напряжение;
  • определить необходимое количество витков для вторичной обмотки Nвтор=(Nврем/Uврем)*12;
  • удалить временную обмотку и намотать постоянную проводом или шиной необходимого сечения.

Совет! Для упрощения работы можно намотать несколько лишних витков, а после сборки аппарата и измерения выходного напряжения их отмотать.

Вторичная обмотка трансформатора

Схема с двумя диодами

Классическая схема выпрямления однофазного напряжения состоит из четырех диодов. Но в некоторых случаях при отсутствии нужного количества диодов или провода необходимого сечения применяют схему, в которой два диода:

  • используются две одинаковых обмотки, включенных согласно — конец первой подключается к началу второй;
  • к началу первой катушки и концу второй подключаются включенные встречно-последовательно диоды, обычно установленные на общем радиаторе;
  • постоянное напряжение снимается с мест соединения диодов и соединения обмоток.

Эта схема применима также при наличии двух одинаковых аппаратов 220/12 мощностью от 700Вт. Такое пусковое зарядное из двух трансформаторов в работе не отличается от обычного аппарата.

Схема акб с двумя диодами

Пусковой аппарат из сварочного

Трансформатор для пуско-зарядного устройства своими руками можно сделать также из катушечного сварочника — определить необходимое число витков и намотать дополнительную катушку. Диоды допускается использовать уже установленные, но для пуска автомобиля они переключаются на пусковую обмотку перемычками или перекидным рубильником.

Диоды и соединительные кабеля

Кроме трансформатора, в устройстве используются диоды, выпрямляющие переменное напряжение, и кабеля, по которым к аппарату поступает переменное напряжение 220В и к автомобилю постоянное 12В.

Диоды

Устройство выпрямителя

В выпрямителе используются диоды с номинальным напряжением от 25В. Это связано с тем, что 12В — это действующее значение напряжения на клеммах вторичной обмотки. Максимальное значение в √3 выше и составляет больше 20В.

Номинальный ток диодов нужен не меньше, чем 1/2 тока устройства. Это связано с тем, что через каждый из диодов проходит только одна полуволна переменного напряжения, а вторая идет через другой диод. В пусковых агрегатах мощностью 1500 Ватт ток диодов составляет от 60А. Таких не существует, поэтому берутся более мощные элементы 100А. Для лучшего охлаждения они устанавливаются на радиаторах.

Выпрямитель

Информация! Некоторые автомобилисты для лучшего охлаждения устанавливают аппарат без корпуса. При его наличии делается перфорация для циркуляции воздуха.

Соединительные кабеля

Питание 220В подается по трехжильному кабелю, например, ПВС 3*1. Ток при запуске составляет 7-10А, поэтому этого сечения провода достаточно, третья жила необходима для заземления металлических частей. Подключать его допускается при помощи обычной вилки и розетки.

Питание к машине подается двумя проводами или двухжильным кабелем с клеммами ПВС 2*16. При использовании проводов от «прикуривателя» на корпусе аппарата устанавливаются клеммы от старого аккумулятора.

Знание того, как сделать пусковое для машины из трансформатора избавит от необходимости приобретать дорогое магазинное устройство.

Источник

Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

  • Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
    • Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
    • Выполнение онлайн расчета трансформатора
  • Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
    • Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
    • Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
    • Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
    • Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
    • Учет свободного места внутри окна магнитопровода
  • 4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

Читайте также:  Зарядное устройство для аккумулятора показывает уровень заряда

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Сердечники трансформаторов

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

Коэффициент трансформации трансформатора

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Расчет диаметра провода

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

Расчет числа витков трансформатора

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Источник