Как подключить моторчик к тороидальному трансформатору

Как подключить моторчик к тороидальному трансформатору

BT878A » 04 фев 2011, 09:30

Добрый день, уважаемые участники!

В сети довольно много статей описывающих изготовление сварочного тороидального трансформатора из старого электродвигателя. В большинстве из них рекомендуется зубилом или любым другим инструментом удалить перемычки расположенные между пазами обмоток железа статора. С одной стороны это дает действительно неоспоримый плюс — т.к увеличивает "окно" трансформатора, что позволяет уложить провод бОльшего сечения, но с другой — заметно снижает сечение железа, а вместе с этим и мощность трансформатора. Например ротор двигателя 3.5кВт 3000об/мин имеет сечение "по железу" 2.2*19=41.8 кв см, в то же время если бы перемычки статора были сплошными — 4*19=76кв см.

Кто нибудь пробовал заполнять пустоты между перемычками железом или другм ферромагнитным материалом? Насколько это целесообразно? Насколько снизится нагрев сердечника такого трансформатора если добиться полного изолирования набора пластин друг от друга?

Re: Тороидальный трансформатор из электродвигателя, вопросы

ВиП » 13 фев 2011, 22:20

Re: Тороидальный трансформатор из электродвигателя, вопросы

misha747 » 13 апр 2011, 10:01

BT878A писал(а): Добрый день, уважаемые участники!

В сети довольно много статей описывающих изготовление сварочного тороидального трансформатора из старого электродвигателя. В большинстве из них рекомендуется зубилом или любым другим инструментом удалить перемычки расположенные между пазами обмоток железа статора. С одной стороны это дает действительно неоспоримый плюс — т.к увеличивает "окно" трансформатора, что позволяет уложить провод бОльшего сечения, но с другой — заметно снижает сечение железа, а вместе с этим и мощность трансформатора. Например ротор двигателя 3.5кВт 3000об/мин имеет сечение "по железу" 2.2*19=41.8 кв см, в то же время если бы перемычки статора были сплошными — 4*19=76кв см.

Кто нибудь пробовал заполнять пустоты между перемычками железом или другм ферромагнитным материалом? Насколько это целесообразно? Насколько снизится нагрев сердечника такого трансформатора если добиться полного изолирования набора пластин друг от друга?

Делаем машину для намотки тороидальных катушек на базе Arduino

Всем привет, представляю вам изготовленную мною машину для намотки тороидальных катушек на базе Arduino. Машина автоматически наматывает проволоку и поворачивает тороид. В качестве интерфейса я использовал энкодер и ЖК-экран 16×2. Пользователь может вводить такие параметры, как диаметр катушки, количество оборотов и угол намотки.

В данной статье я расскажу, как построить эту машину и дам подробности её работы.

Комплектующие

• Arduino Nano
• Драйвер шагового двигателя A4988
• Энкодер
• ЖК-дисплей 16×2 I2C
• Шаговый двигатель Nema 17
• Двигатель на 1000 RPM
• Ремень
• L293D
• Алюминиевый профиль 20 × 20
• Болты/гайки
• Лист фанеры 12 мм

Подробности сборки

Намоточное кольцо

Кольцо я изготовил из фанеры 12 мм. Внешний диаметр – 145 мм, внутренний – 122 мм. Имеется углубление длиной 43 мм и глубиной 5 мм для катушки.

В кольце я сделал один разрез и замок для его открывания. Открыв замок, мы размещаем тороидальную катушку внутри кольца.

Также у кольца есть углубление по внешней стороне, 8 мм шириной и 4 мм глубиной, в котором размещается ремень шириной 6 мм.

Катушка

Катушка для медного провода, которую я выточил из нейлонового стержня. Все размеры показаны на картинке.

Материал выбран потому, что нейлон, во-первых, легче алюминия, во-вторых, его легко точить на станке. Кроме того, когда машина работает, он не колеблется так сильно.

Корпус машины

Корпус также сделан из фанеры 12 мм. На нём закреплены три направляющих ролика, расставленные примерно в 120° друг от друга.

Ролики сделаны из подшипников 626Z, гаек и болтов. На них будет вращаться наше деревянное намоточное кольцо.

Верхняя часть кольца откидывается, а после закрытия зажимается при помощи барашковой гайки. Откинув эту часть, мы устанавливаем кольцо внутрь машины. Вернув её на место, нужно прижать к ней ролик так, чтобы он вошёл в бороздку.

Ролики-держатели тороида

Это ролик, вращающий катушку, и одновременно удерживающий её. Я выточил их из нейлонового стержня на моём токарном мини-станке. Все размеры приведены на фото.

Ролики я снабдил поролоновой лентой, она хорошо держит катушку и та не проскальзывает. Важно использовать барашковые гайки для закрепления направляющих – обычные от вибрации откручиваются.

Сверху и снизу каждого ролика я поставил по фланцевому подшипнику.

Крепление шагового двигателя

Так я закрепил шаговый двигатель, NEMA17. Он вращает катушку, что позволяет автоматически наматывать проволоку по всей её окружности и не требует ручного вращения.

Двигатель постоянного тока

Этот мотор вращает намоточное кольцо. Я использовал Orange Jhonson 12v Dc Motor 300 RPM. Вам советую взять мотор на 600 RPM или 1000 RPM.

Ремень имеет 600 мм в длину и 6 мм в ширину. Держатель мотора, крепящийся к алюминиевому профилю, также сделан из фанеры.

Инфракрасный датчик

Я использовал датчик от SeedStudio. Он отправляет сигнал на контакт обработки прерываний Arduino – таким образом Arduino может подсчитывать количество оборотов кольца.

Я закрепил датчик на алюминиевом профиле так, чтобы замок кольца заодно работал и отражающей поверхностью, на которую реагирует датчик.

Данный датчик выдаёт по 2 сигнала за один поворот кольца – когда дерево сменяется металлом, сигнал меняется с низкого напряжения на высокое, а потом наоборот. Обработчик прерываний регистрирует два изменения состояния. Поэтому для подсчёта реального количества поворотов мне пришлось делить количество срабатываний пополам.

Основание аппарата

Основание тоже сделано из фанеры 12 мм, имеет размеры 300х200 мм. Четыре резиновых ножки будут прочно и хорошо держать машину, и помогут избежать ненужной вибрации.

Для установки компонентов я закрепил на основании алюминиевый профиль. Обожаю его за гибкость в использовании. Все компоненты можно легко устанавливать на профиле и двигать вдоль него. Позволяет легко выравнивать компоненты относительно друг друга.

Корпус контроллера

Коробочка распечатана на 3D-принтере, внутрь установлены плата, ЖК-дисплей и энкодер. Корпус придаёт профессиональный вид всему проекту, а также обеспечивает удобную настройку аппарата. Корпус закреплён на основании при помощи металлической скобы.

Схема подключения

Навигация в меню

ЖК-дисплей используется для вывода информации, а энкодер – для ввода.

Первый экран с приветствием.

На втором экране нужно ввести внешний диаметр катушки – аппарат поддерживает катушки разных диаметров.

На третьем экране нужно ввести количество витков.

На четвёртом экране нужно ввести угол покрытия катушки. 360° означает, что катушка будет покрыта проволокой целиком. 720° означает, что катушка будет обмотана проволокой дважды по окружности.

На 5-м экране можно проверить все входные данные пред тем, как запустить машину. Если всё верно, нажимаете на энкодер, и машина стартует.

Как подключить моторчик к тороидальному трансформатору

_________________
Не мешайте мешать!
С." Ну почему Господь так долго не протянет нам руку помощи? И самое страшное: может быть он протягивает, но мы всё дольше и дольше этого не замечаем?"

Коты, подскажите пожалуйста. Частенько появляется необходимость как в гараже, так и по хозяйству, в сварочном полуавтомате. Подумал что смогу самостоятельно его повторить. Простенький. Чтоб его хватало для металла толщиной примерно до двух. трех миллиметров. Думаю, что будет достаточно. Это получается, что нужно, примерно, около 16. 22 В и 80. 100 А? Для металла большей толщины — есть покупной инверторный сварочный.

Много изучал форумы и статьи. Приглянулись такие схемы как у человека под ником Тимвал http://forum.cxem.net/index.php?/topic/ . й-аппарат/ , и схема на сайте Датагор https://datagor.ru/practice/diy-tech/19 . tomat.html . И вот наконец выкроил время, и начал подбирать необходимые компоненты: что-то есть, а что-то докуплю.

Решил начать с самого главного — силового трансформатора. Сначала хотел применить самый большой, какой только у меня есть сердечник (ШЛ), имеющий внешние размеры 150*90*50, окно: 100*41. Но посчитав его в программе, оказалось, что он слабоват, и будет работать на пределе, и скорее всего не будет жесткой ВАХ, а хотелось бы еще иметь и небольшой запас.

И тут я задумался намотать его на статоре от эл. двигателя. Сгоревших двигателей кВт на 1,5. 2 найти, к сожалению, не удалось, а разбирать рабочие, у меня рука не поднимается. Из сгоревших нашел только 3 мотора от старых стиральных машин — два из них одинаковые. Третий хоть и меньше, но намного "увесистее", но нет пусковой обмотки и похож на статор от болгарки. Как думаете, можно ли выбрать наиболее подходящее железо из того что имеется? Рассчитывать его как ТОР, но как узнать необходимую толщину, а следовательно и площадь, если по всей окружности она изменяется? Брать самую малую? Может соединить два одинаковых сердечника? Как оно вообще мотается? И в целом, возможна ли такая идея, или утопия?

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:

• Обмотка – выполняется медным проводником, разделяется на первичную и вторичную. Обе обмотки могут отличаться сечением проводника.
• Тороидальный сердечник — имеет форму кольца, изготавливается наборной шихтовкой, ленточной сталью или монолитным железом, в зависимости от габаритов и назначения. В качестве материала берутся ферромагнитные сплавы, обеспечивающие хорошую магнитную проводимость.
• Изоляционных материалов – часть диэлектрика заранее наносится на монтажных провод, остальной диэлектрик разделяет катушку тора с железом, обмотки между собой, между катушками и кожухом. В качестве изоляции используются ленточные или лакотканевые материалы, электроизоляционный картон, клей и т.д.
• Защитный кожух – предназначен как для защиты силового трансформатора от механических повреждений, так и для предотвращения контакта человека с поверхностью обмоток.
• Выводы вторичной и сетевой обмотки, крепежные и вспомогательные детали.

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:

• Медный провод с лаковым покрытием – можете взять и с виниловой изоляцией, но у него будет толщина больше. Как результат, намотка потребует больших усилий, что не сильно удобно при большом числе витков.
• Устройство для намотки – чаще всего применяется либо автоматизированный механизм с кольцевым расцеплением, либо челночная катушка. Первый позволяет наматывать провода быстро и без лишних усилий, но его приобретение или самостоятельное изготовление требует дополнительных затрат. Второй способ куда проще, но он хуже применяется для жил большого сечения.
• Изоляционный материал – вам пригодится электроизоляционный картон, полимерный диэлектрик, лакотканевая изоляция, тканевая изолента. Чтобы перемотать трансформатор можно использовать не все вышеперечисленные материалы, а выбрать некоторые из них.
• Магнитопровод или тор – наилучшим вариантом будет готовый заводской сердечник круглой формы от другого трансформатора. Однако если его нет, можно собрать тороидальную конструкцию самостоятельно. Для этого подойдет шихтовка от стержневого магнитопровода.

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

• S – площадь сечения магнитопровода;
• H – высота тороидального сердечника;
• D – внешний диаметр тороидального сердечника;
• d – внутренний диаметр тороидального сердечника.

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:

• S – площадь сечения проводника трансформатора;
• P – мощность тороидального трансформатора;
• ρ – удельная проводимость материала жил (для меди 0,017 Ом*мм 2 /м);
• U – напряжение в соответствующей обмотке трансформатора;
• l – длина проводника в катушке, этот параметр можно узнать из следующей формулы:

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:

• осмотрите тороидальный магнитопровод на предмет отсутствия заусениц и неровностей – поверхность должна быть ровной, без выпирающих краев.

• изготовьте для пластин самодельного трансформатора изоляцию из электротехнического картона, при его отсутствии можете взять любой другой диэлектрик;

• чтобы не повредить изоляцию провода, наденьте на край челнока виниловую трубку и намотайте медный провод;

• припаяйте край провода к первому выводу обмотки тороидального трансформатора;

• заизолируйте электроизоляционным картоном и закрепите место пайки на сердечнике;

• с помощью челнока намотайте обмотку, при этом старайтесь делать витки, как можно плотнее к сердечнику;

• заизолируйте первичную обмотку тороидального трансформатора.

Перемотка вторичной обмотки осуществляется аналогичным образом, после чего ее так же изолируют и всю конструкцию, при необходимости, закрывают корпусом. Тороидальный трансформатор готов.