Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками

Люди, которые часто работают с радиоаппаратурой, наматывают высоковольтные трансформаторы своими руками, если нельзя купить нужный прибор. Процедура намотки не сложная, сложнее точно рассчитать параметры магнитопровода и намотки. Самоделки чаще всего используются в электрошокерах, блоках питания систем освещения с газоразрядными лампами, зажигалках, ионизаторах воздуха, игрушках.

Назначение и применение

Высоковольтные трансформаторы (ВВ) относятся к группе преобразователей напряжения. Их предназначение – преобразовать высоковольтное напряжение в низковольтное для питания различных приборов. По принципу работы преобразователи напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов. Во вторичной обмотке всегда меньше витков, чем в первичной, если преобразователь понижающий, и наоборот, если прибор повышающий.

ВВ трансформаторы классифицируются по:

• количеству фаз (одно- или трехфазные);
• количеству обмоток (две, три или четыре);
• допускаемым погрешностям;
• способу установки (внутренняя или наружная);
• назначению (общее или специальное).

Преобразователи специального назначения используются в различном электрооборудовании:

• телевизорах и радиоприемниках;
• устройствах связи;
• бытовых приборах (например, боках питания для систем освещения).

Большинство преобразователей этого типа маломощные (не более нескольких киловольт-ампер), частота от 50 Гц, предназначены для внутренней установки. Количество намоток зависит от того, в какое оборудование трансформатор будет установлен. Изоляция заливается эпоксидной смолой.

Расчет электрических параметров

Для вычисления мощности используется формула на основе напряжения и тока на выходе:

Мощности плюсуются, если вторичных обмоток две (или больше).

Коэффициент полезного действия преобразователя не может быть выше 80%, поэтому первичная мощность:

Ток из первичной намотки во вторичную передается через сердечник, площадь которого полностью зависит от мощности первичной намотки. Для сердечника, который изготовлен из трансформаторной стали, площадь вычисляется по формуле:

Количество витков первичной обмотки:

При использовании сердечника из другого материала (некоторые используют жесть, обожженную проволоку, кровельное железо), то S необходимо увеличить на треть.

Количество витков вторичных намоток:

Так как часть напряжения теряется из-за сопротивления, расчетное количество желательно увеличить на 5-10%.

Выбор материала магнитопровода

Маломощный преобразователь можно сделать на броневом или стержневом магнитопроводе. В броневом стержни с прямоугольным сечением располагаются горизонтально. Это сравнительно сложная конструкция, поэтому используется редко. В стержневом магнитопроводе стержни располагаются вертикально, обмотки цилиндрические.

Для повышающего трансформатора лучше использовать Ш-образный ферритовый магнитопровод. Важно точно подобрать размеры (на стержне должно поместиться требуемое количество витков). Если сердечник нужно разобрать, чтобы сделать другой из полученных пластин, толщина пакета подбирается, базируясь на мощность. Пластины вставляют в катушку, стягивают при помощи шпилек и гаек.

Конструкция сердечника

Чтобы сделать понижающий преобразователь с двумя обмотками своими руками, нужно найти круглый ферритовый магнитопровод.

Такие есть в старых телевизорах и блоках питания компьютеров. В случае с компьютером стержнем служит центральный керн силового трансформатора (его нужно вырезать). Длина 2,1 см, диаметр 1,1 см.

Чаше всего эти преобразователи покрыты эпоксидной смолой. Для того, чтобы их разобрать, требуется разогрев строительным феном. Керны вырезаются болгаркой (колоть не стоит). Поверхность обычно неровная, поэтому столбики обматываются скотчем. Если длины недостаточно, можно склеить два супер-клеем.

Расчет необходимого диаметра провода

Сечение проводов рассчитывается, базируясь на значение и плотность тока (среднее значение 2 А/мм²).

Ток на первичной намотке:

С такими исходными данными диаметр провода (без изоляции):

Если под рукой нет провода с рассчитанным диаметром, можно параллельно соединить несколько более тонких таким образом, чтобы сумма сечений не оказалась меньше рассчитанной.

Для расчета поперечного сечения используется формула:

Если обмотка низкого напряжения создается из толстого провода и располагается над другими витками, плотность тока увеличивается до 2,5-3 А/мм² благодаря улучшению охлаждения. В формулу 0,8 заменяется на 0,7 или 0,65.

От необходимости в вычислениях освобождают специальные таблицы, например:

В заключении необходимо вычислить диаметр проводов с изоляцией.

Площадь сечения всех витков любой обмотки:

0,8d²_из

d_из — диаметр с изоляцией

Все рассчитанные площади складываются, полученное значение умножается на 2 или 3 (это площадь окна сердечника).

Пример расчета

Требуется преобразователь, питающийся от сети 220 В, на вторичной обмотке которого должно быть напряжение 6,3 В и ток 50 мА.

Мощность вторичной намотки:

P₂=6,3*3=18,9 Вт

Мощность первичной намотки:

P₁=1,25*18,9=23,625 Вт

Площадь сечения сердечника (если он изготовлен из трансформаторной стали): примерно 4,7 см².

Количество витков (на один вольт):

50/4,7=10,6

Ток на первичной намотке:

24/220=0,1 А

Количество витков на первичной обмотке:

10,6*220=2332

Диаметр провода: 0,8 мм

Количество витков на вторичной обмотке:

10,6*6,3=78 (примерно)

Диаметр провода: 0,17 мм

Диаметр с изоляцией определяется по таблице:

0,8 – 0,85 мм;

0,17 – 0,185 мм.

Провод лучше всего взять медный, изоляция эмалированная.

Если удалось найти трансформатор, который возможно перемотать, в процессе размотки нужно сосчитать, сколько витков во вторичной обмотке. Если известен коэффициент трансформации, можно определить, сколько витков требуется для нового преобразователя.

Инструкция по намотке

Сердечник нужно обмотать скотчем (5 слоев), вложить в желоб провод с рассчитанным диаметром, намотать по всей длине рассчитанное для первичной намотки количество витков. Оба конца обмотки выводятся на одну сторону и изолируются винилкой.

Последний виток необходимо зафиксировать (подойдут простые нитки), чтобы предотвратить разматывание.

Далее наматывается 4-5 слоев скотча, конструкция помещается в корпус одноразового шприца длиной 3 см. На шприц наматывается 2 ряда скотча и рассчитанное для вторички количество витков, ширина обмотки примерно 1,5 см. Каждый слой нужно заизолировать скотчем или двумя слоями фторопластовой ленты. Концы второй обмотки выводятся на обе стороны. В результате с одного конца получается три вывода, со второго – один.

Готовая конструкция изолируется скотчем (5 слоев), припаиваются гибкие провода (выводы), наматываются еще 5 слоев скотча.

Если в процессе намотки порвался провод, концы необходимо зачистить, скрутить, спаять и заизолировать. Электрическую прочность увеличивает пропитка каждого слоя намотки лаком на основе акрила или эпоксидной смолы.

Для того, чтобы сделать трансформатор своими руками, не обязательно покупать новый провод. Подходит и старый, если отрезки соединены правильно (свиты и спаяны). При намотке витки должны плотно прижиматься друг к другу. Нежелательно укладывать их перпендикулярно к сердечнику (нужен небольшой наклон). Не допускаются перегибы и сгибы, поэтому требуется определенная натяжка. Скотч для изоляции следует нарезать на полоски шириной 1,5 см, чтобы было легче покрыть провод.

Сборка

Изготовить качественный высоковольтный трансформатор невозможно без пропитки эпоксидной смолой. Цель этой процедуры – удалить пустоты и пузырьки воздуха, вызывающие протечки и пробои. Нужен каркас для заливки и вакуумная установка.

Последнюю тоже можно сделать своими руками, если имеется:

• обратный клапан (продается в зоомагазинах);
• шланг из силикона;
• банка, оснащенная прорезиненной привинчиваемой крышкой;
• шприц;
• пластилин;
• герметик.

В металлической крышке делается отверстие, в которое пропихивается шланг. Все щели замазываются герметиком, потом пластилином с обеих сторон. Воздух из банки выкачивается шприцем (крышка должна вжаться).

Перед пропиткой смола подогревается, добавляется отвердитель. Каркас можно сделать из обычной бумаги, предназначенной для принтера компьютера. К бумаге приклеивается скотч, делается цилиндр по диаметру преобразователя, все склеивается термоклеем. После обработки в вакууме необходимо подождать примерно сутки, потом можно снять каркас.

Перед установкой преобразователь желательно проверить на:

• целостность магнитопровода;
• отсутствие разрывов проводов в обмотках;
• целостность изоляционного материала.

Для проверки изоляции мультиметр переключается на мегомметр, замеряется сопротивление между обмотками или между каждой обмоткой и корпусом (для ВВ оптимальное значение 1 МОм).

Далее измеряется ток в обмотках в рабочем состоянии, чтобы определить, соответствует ли коэффициент трансформации требуемому. Но это не самый лучший метод, если напряжение достаточно высокое. Более безопасно прозвонить выводы. Если они из разных обмоток, на сопротивление бесконечное. При прозвоне выводов одной обмотки сопротивление имеет цифровое значение.

К сети трансформатор присоединяется параллельно. Если на выходе требуется постоянный ток (например, в блоке питания для системы освещения), к вторичной обмотке подключается сглаживающий фильтр из диодного моста и электролитического конденсатора.