Виктор Егель
Ш — образный ферритовый трансформатор на 42 вольта, 50 ватт
Ш — образный ферритовый трансформатор на 42 вольта, 50 ватт.
Здравствуйте уважаемые коллеги!
Для одного из моих проектов светильников «Светильник на 30 ватт», нужен был источник питания постоянного тока на 42 вольта. Такой импульсный источник питания я уже представлял. Из чего состоит и как работает этот ИБП изложено в статье «Двухтактный ИБП своими руками», вот его схема. В этой статье силовой трансформатор Тр2 изготавливается на ферритовом кольце.
Трансформатор для этого ИБП можно изготовить на Ш — образном сердечнике. Как это сделать, я изложил ниже.
Из таблицы "ферритовые сердечники" я выбрал Ш — образный феррит № 17. Сложил два таких сердечника вместе и получился магнитопровод поперечным сечением Sк = 112 мм.кв. = 1,12 см.кв. с площадью окна Sо = 150 мм.кв.
Расчетные данные для трансформатора на 42 вольта, 30 ватт:
- коэффициент n (число витков на 1 вольт): n = 0,7/Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт;
- количество витков в первичной обмотке: w1 = n х 145 = 0,63 х 145 В = 91,35. Примем 92 витка;
- обмотка связи на 6 вольт: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78; Примем 4 витка;
- две вторичные обмотки, каждая по 42 вольта: w2.1 = w2.2 = n х 42 = 0,63 х 42 В = 26,46; Примем по 27 витков;
Диаметр провода для обмоток выбираем исходя из мощности в 29,4 ватта. Накинем на разные потери еще 5 ватт, получим 35 ватт — мощность ферритового трансформатора.
Ток в первичной обмотке: I = P/U = 35 ватт / 145 вольт = 0,24 A. Из таблицы по току определяем диаметр провода: ток в проводе 0,24 ампера соответствует диаметру 0,4 мм.
Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток, работающих поочередно. Общий ток через них мы приняли 0,7 ампера, через каждую полуобмотку соответственно будет по 0,35 ампера.
Диаметр провода для вторичных обмоток: ближайший из таблицы ток 0,4 ампера соответствует диаметру провода 0,5 мм. Обмотка связи мотается проводом диаметром 0,4 мм.
У меня не оказалось проводов с такими диаметрами. Я заменил их на другие, имеющиеся у меня : 0,4 мм. заменил на 0,43 мм.; 0,5 мм. на 0,6 мм. Нежелательно менять провод на меньший диаметр.
Каркас для трансформатора придется делать самому. Можно посмотреть мою статью «Как изготовить каркас....», где приводится один из множества
возможных вариантов изготовления. Нужно подставить свои размеры ферритового сердечника. Обычно я использую этот вариант каркаса из бумаги и клея ПВА. Получается неплохой, крепкий каркас.
Намотка на каркас проводится вручную. Изготавливается деревянная оправка под отверстие каркаса, на которую он плотно надевается. На каркас сначала мотается первичная обмотка.
Внизу, у основания каркаса, через щечку протыкается отверстие под вывод провода — начало обмотки. На провод надевается кусочек трубочки изоляции, снятый с монтажного провода, подходящего диаметра. Малая часть этой трубочки с вставленным в нее проводом, должна быть на внутренней стороне щечки каркаса и в последующем закреплена витками. Эта изоляционная трубочка нужна для того, чтобы вывод обмотки был крепким, не ломался.
Обмотка мотается виток к витку до заполнения ряда на каркасе. Между рядами в первичной обмотке желательно проложить слой конденсаторной или другой тонкой бумаги или пленки (лакоткань, фторопласт, скотч), для предотвращения пробоя лаковой изоляции провода высоким межвитковым напряжением. На слой бумаги, в обратном порядке, виток к витку, мотается второй ряд. И так уложить 92 витка. На конец вывода также надевается трубочка изоляции, как и в начале намотки. Желательно было бы так же сделать в щечке каркаса отверстие и просунуть в него второй вывод с трубочкой.
Поверх провода первичной обмотки (защитная изоляция от сети 220 вольт), наносится два ряда тонкой бумаги. Затем, около одной из щечек, мотается обмотка связи, 4 витка.
Вторичная обмотка мотается сразу двумя проводами одновременно. Закрепляются нитками начала двух проводов и, виток к витку, мотаются до конца ряда. Затем наносится один слой бумаги и далее второй ряд двумя проводами, все 27 витков. Концы обмоток также закрепляются нитками. Желательно обмотку w2 не мотать поверх обмотки связи w3.
Вот и получился готовый каркас с обмотками ферритового трансформатора. Каркас осторожно снимается с оправки и в него вставляются обе половинки ферритового сердечника.
При намотке провода, каркас может деформироваться и изменить свои размеры. Будьте осторожны, ферритовый сердечник может сломаться даже при небольших усилиях. Обязательно проследите, чтобы в магнитопроводе не получилось зазора, и сопрягаемые поверхности плотно прилегали друг к другу.
Такой трансформатор может применяться и в других изготавливаемых устройствах. Если там будут нужны другие напряжения и мощность, эти параматры можно легко пересчитать.
Изменения и дополнения в схеме ИБП
Изменения и дополнения в схеме ИБП.
Здравствуйте уважаемые коллеги!!
К схеме построения двухтактного автогенераторного импульсного источника питания я уже возвращался неоднократно. 
Такие ИБП я строил на разные мощности (10 — 100 ватт) и напряжения (10 — 42 вольт) для питания разных устройств. Мои коллеги упрекают меня в чрезмерном увлечении таким вот автогенераторным ИБП. Такую схему построения практически перестали использовать опытные электронщики. Может быть для этого есть веские основания.
Но мне нравится эта автогенераторная схема.
Двухтактный импульсный источник питания — инвертор служит для преобразования переменного напряжения — мощности сети 220 вольт 50 герц в источник постоянного напряжения и тока заданной величины.
Как работает импульсный блок питания, подробно рассматривается в статье «Двухтактный ИБП своими руками». ИБП по такой схеме я сделал более десятка штук на разные мощности — от 10 ватт до 100 ватт. Сама схема от этого не меняется, меняется только мощность составляющих элементов: диодов, конденсаторов, транзисторов, резисторов и, конечно же, силового ферритового трансформатора.
В процессе эксплуатации автогенераторных, полумостовых ИБП такого рода, у меня появились некоторые замечания по поводу надежной работы устройства.
В связи с этим пришлось внести некоторые изменения и дополнения в схему ИБП:
- емкость электролитического конденсатора С1 увеличивать с ростом выходной мощности от 50 мкФ — 10 ватт, до 300 мкФ и более — 100 ватт; Уменьшится просадка напряжения.
- вместо резистора R1 поставить термистор небольшой мощности ( более плавный запуск);
- зашунтировать конденсаторы С3 и С4 резисторами по 100 КОм (способствует надежному запуску ИБП);
- в базовых цепях выходных ключевых транзисторов поставить резисторы на 8 — 10 ом;
- величину емкости конденсаторов С3 и С4 устанавливать в зависимости от выходной мощности ИБП (от 0,2 мкФ — 10 ватт, до 2,2мкФ — 100 ватт), меньше проседает выходное напряжение;
- обязательно поставить выходные ключевые транзисторы на небольшие радиаторы, начиная от 10 см.кв., в зависимости от выходной мощности;
- поставить выходные выпрямительные диоды на радиатор, начиная от 5 см.кв. и выше;
- при мощности ИБП свыше 30 ватт, использовать транзисторы Т1 и Т2 вида 13005.
С учетом всех замечаний привожу измененную схему ИБП.
Рекомендую ее для мощности нагрузки до 60 ватт.
Привожу также схему печатной платы этого ИБП и эту же плату со стороны деталей. Размер платы 58 мм. х 94 мм.
Схему печатной платы можно открыть с помощью программы Sprint-Layout_6. Откроется этот файл, на яндекс-диске.
Нажмите с правой стороны вверху «скачать». Файл установится на ваш комп. на диск «С» в папку «Загрузки». Найдите и откройте: Sprint-Layout — Плата — Печатная плата ИБП-40.
Появится платка в натуральную величину. Распечатать на лист А4. Наложить один из рисунков на фольгированный текстолит со стороны фольги и засверлить отверстия для деталей.
Если у вас нет сканера — скачайте файл «!! — Sprint Layout — !!» на флешку и отнесите на ксерокс, вам распечатают.
Есть еще одна причина для беспокойства о надежности работы ИБП. Это выявляется через некоторое время (15 — 20 минут), после включения устройства в сеть. Постепенно начинает разогреваться ферритовый трансформатор за счет электрических потерь в обмотках и самом сердечнике.
Особенно это сказывается в трансформаторах на Ш — образном сердечнике, т.к. обмотки расположены внутри сердечника. На кольце это не так заметно. Это тепло не успевает отводиться за счет естественной вентиляции и сердечник разогревается до 70 — 80 градусов, что очень плохо.
Можно конечно поставить вентилятор для принудительного охлаждения, но это потребует много места. 
Я пробовал поставить ферритовый стержень на медную радиаторную пластину средних размеров. Для этого зачищаем пластину от «грязи» и приклеиваем к ней ферритовый стержень клеем ПВА. Температура ферритового трансформатора снижается до приемлемой величины в 40 — 45 градусов.
Силовой трансформатор на феррите
Силовой трансформатор на феррите
Здравствуйте уважаемые коллеги!!
Чтобы намотать импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике на любую мощность, необходимо провести предварительный, прикидочный расчет. Сначала нужно определиться с мощностью, которую необходимо получить на выходе трансформатора.
Обратимся к таблице параметров ферритовых магнитопроводов, в ней указаны размеры, площадь сечения магнитопровода, площадь окна и мощность, которую «теоретически» можно получить от сердечника.
Эту таблицу я «откопал» еще в «советской технической литературе» по электротехнике и не один раз убедился в ее верности. 
Ферритовые кольца на разные размеры по позициям №1 — №16 имеют рабочую мощность Рвт, от 9 до 951 и более, ватт. Нетрудно заметить, что начиная с позиции №6, даже незначительное увеличение размеров ферритового кольца, приводит к резкому увеличению «пропускаемой» мощности Р вт.
Кольцо К18,5×11х6,5 (Наруж. диам. х Внутр. диам. х Ширина кольца, в миллиметрах) соответствует мощности 70 ватт.
Кольцо К28×16х9 уже 232 ватта. И так далее...
Начиная с позиции №5 уже можно использовать кольца для изготовления выходного трансформатора в импульсном блоке питания на мощность 10 — 15 ватт. С позиции №7 можно изготовить импульсный блок питания на 25 — 30 ватт.
Количество витков в обмотках ферритового трансформатора (количество витков на один вольт) зависит от поперечного сечения магнитопровода "Sк". Выбор размера того или иного ферритового кольца или Ш — сердечника, для задуманного ИБП, зависит в основном от условия — уместятся ли заявленные количества витков в обмотках, в окне.
Чем больше мощность трансформатора, тем диаметр провода обмоток должен быть выше. Чем меньше поперечное сечение феррита, тем больше число витков в обмотках (выше количество витков, приходящееся на один вольт).
Теоретически, все кольца, начиная с позиции №7, «дадут мощность» свыше 232 ватт, что вполне достаточно для среднемощного, до 200 ватт источника питания. Но пытаться «вымучить» из него 200 ватт бесполезно, площадь окна в 202 мм.кв. для этого очень мала. Витки всех обмоток не влезут в его окно. Чтобы получить мощность 200 ватт, нужно брать больше размер кольца.
Существуют также П — образные ферритовые сердечники (строчный трансформатор в телевизорах с кинескопами).
Исходя из практики, импульсные трансформаторы, выполненные на Ш — образных и П — образных ферритовых сердечниках, имеют те же свойства, что и на ферритовом кольце.
Ш — образный сердечник № 17: поперечное сечение среднего стержня " "Sк"= 56 мм.кв.; площадь окна -"Sо" = 7,5 х 20 = 150 мм.кв...
Ш — образный сердечник № 18 от ИБП компьютера: сечение «Sк» = 8,0 х 12,5 = 100мм.кв. = 1см.кв.; Площадь окна «Sо» = 7,5 х 19 = 142 мм.кв...
Сердечник № 19: «Sк» = 10 х 10 = 100 мм.кв. = 1 см.кв.; «Sо» = 7,5 х 25 = 187 мм.кв...
Из всего перечня ферритовых магнитопроводов, я использовал для построения маломощных импульсных трансформаторов кольца: № 5,№ 6, № 7.
Из Ш — образных сердечников: № 17, № 18, № 19.
Из П — образных, от строчных трансформаторов с «Sк»= 1,1 — 1,3 см.кв.
Основной параметр у кольца, П и Ш — сердечников, это площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк». Этот параметр определяет количество витков провода в обмотках. Чем больше площадь «Sк», тем меньше витков в обмотках.
Для определения количества витков в обмотках трансформатора, необходимо определить число витков на 1 вольт, исходя из площади Sк. Для этого я постоянно использую свою простую формулу, полученную эмпирическим путем:
n = 0,7/Sк
где: n — количество витков на 1 вольт для данного сердечника;
0,7 — коэффициент;
Sк — площадь поперечного сечения феррита в см.кв.
Второй основной параметр ферритового сердечника, это площадь окна Sо.
В таблице о ферритах видно — увеличивается площадь окна "Sо", увеличивается объем феррита в сердечнике. Следовательно, запасается больше индуктивной энергии в феррите, увеличивается «пропускаемая» электрическая мощность Рвт.
Увеличить мощность ферритового трансформатора любой конфигурации, можно двумя путями:
1. Взять феррит заведомо больших размеров;
2. Применить складывание однотипных сердечников вместе.
При этом суммарная площадь поперечного сечения сердечника «Sк», будет кратна количеству штук, а общая площадь окна «Sо» остается прежней.
Какой же конфигурации (П, Ш или кольцо) ферритовый сердечник наиболее подходит для построения трансформатора. У каждой формы магнитопровода есть свои особенности.
Например, кольцо:
- обмотки трансформатора покрывают всю поверхность кольца, максимальное потокосцепление магнитного поля катушки и сердечника;
- минимально поле рассеивания электромагнитной энергии;
- максимальна площадь теплового излучения обмоток при нагревании, хороший теплоотвод — естественная вентиляция;
- площадь окна у кольца больше, чем у Ш — образного сердечника, значит при одинаковой площади «Sк» (у кольца и Ш — сердечника), с кольца можно «снять» большую мощность.
Трансформатор на Ш — сердечнике (при одинаковой мощности) более компактен, чем на кольце и П — образном сердечнике. Обмотки на Ш — обр. сердечнике сильно нагреваются, т. к. находятся внутри корпуса трансформатора, требуется обдув вентилятором.
Силовые ферритовые трансформаторы в компьюторных блоках питания выполнены в основном на Ш — образных сердечниках.
Разбирая старый ферритовый трансформатор, обратите внимание, есть ли немагнитный зазор в прилегающих плоскостях. Для ферритовых сердечников, применяемых в двухтактных импульсных источниках питания, такой зазор не нужен. Если зазор существует, нужно аккуратно сточить на бруске, наждачной шкурке или мелком напильнике боковые стержни сердечника таким образом, чтобы сохранялась плоскость соприкосновения.
Расчет трансформатора на Ш — образном ферритовом сердечнике
Расчет трансформатора на Ш — образном ферритовом сердечнике.
Здравствуйте уважаемые коллеги!!
Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках здесь. Теперь расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».
Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора, напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.
Смотреть схему ИБП здесь.
Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора. Магнитопровод с зазором используется только в однотактных ИБП.
Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки. Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример.
Первый пример.
Выберем из таблицы ферритовых сердечников №17, Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.
Окно Sо = 150 мм.кв. Расчетная мощность 200 ватт.
Количество витков на 1 вольт у этого сердечника будет: n = 0,7/Sк = 0,7 / 0,56 = 1,25 витка.
Количество витков в первичной обмотке трансформатора будет: w1 = n х 145 = 1,25 х 145 = 181,25. Примем 182 витка.
При выборе толщины провода для обмоток, я исходил из таблицы «Диаметр провода — ток».
В своем трансформаторе я применил, в первичной обмотке, провод диаметром 0,43 мм. (провод большим диаметром не умещается в окне). Он имеет площадь сечения S = 0.145 мм.кв. Допустимый ток (смотреть в таблице) I = 0,29 A.
Мощность первичной обмотки будет: Р = V x I = 145 х 0,29 = 42 ватта.
Поверх первичной обмотки необходимо расположить обмотку связи. Она должна выдавать напряжение v3 = 6 вольт. Количество витков ее будет: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 витка. Примем 7 витков. Диаметр провода 0,3 — 0,4 мм.
Затем мотается вторичная обмотка w2. Количество витков вторичной обмотки зависит от необходимого нам напряжения. Вторичная обмотка, например на 30 вольт, состоит из двух равных полуобмоток, w3-1 и w3-2 (смотреть по схеме).
Ток во вторичной обмотке, с учетом КПД (k=0,95) трансформатора: I = k xР/V = 0,95 x 42 ватта / 30 вольт = 1,33 А ;
Подберем провод под этот ток. Я применил провод, нашедшийся у меня в запасе, диаметром 0,6 мм. Его площадь сечения S = 0,28 мм.кв.
Допустимый ток каждой из двух полуобмоток I = 0,56 А. Так, как эти две вторичные полуобмотки работают вместе, то общий ток равен 1,12 А, что немного отличается от расчетного тока 1,33 А.
Количество витков в каждой полуобмотке для напряжения 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 1,25 х 30 = 37,5 вит.
Возьмем по 38 витков в каждой полуобмотке.
Мощность на выходе трансформатора: Рвых = V x I = 30 В х 1,12 А = 33,6 Ватт, что с учетом потерь в проводе и сердечнике, вполне нормально.
Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв.
Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности.
Второй пример.
Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17, Ш 7,5 х 7,5 .
При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.
Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв.
Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.
Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:
w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35. Примем 92 витка.
В обмотке обратной связи w3, для 6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка.
Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.
Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19 витков.
Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв., ток 0,56 А.
С этим проводом мощность первичной обмотки будет: Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.
Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. Сечением 0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера. Для двух полуобмоток ток во вторичной обмотке равен 2,72 ампера.
Мощность вторичной обмотки Р2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 ватт.
Провод диаметром 0,9 мм. немного великоват, подходит с большим запасом, это не плохо.
Провод для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм.кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток.
Общий вывод из этих расчетов таков:
- при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк» в два раза при той же площади окна «Sо».
- число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется.
- первичная обмотка w1 с 182 витков уменьшается до 92 витка;
- вторичная обмотка w2 с 38 витков уменьшается до 19 витков.
Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза.
Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас.
Нужно иметь в виду, что трансформаторы, по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт. ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение.
Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником и пример-2, с двумя сложенными сердечниками. Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно.
Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам.
Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему ИБП смотрите здесь.
Выходное напряжение (а следовательно и выходная мощность) зависят от многих причин:
- емкости сетевого электролитического конденсатора С1,
- емкостей С4 и С5,
- падения мощности в проводах обмоток и в самом ферритовом сердечнике;
- падения мощности на ключевых транзисторах в генераторе и на выходных выпрямительных диодах.
Общий коэффициент полезного действия «k» таких импульсных блоков питания около 85%.
Этот показатель все же лучше, чем у выпрямителя с трансформатором на стальном сердечнике, где k = 60%. При том, что размеры и вес ИБП на феррите существенно меньше.
Порядок сборки ферритового Ш — трансформатора.
Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.
Как изготовить «Каркас для Ш — образного трансформатора» смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю.
Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную.
На каркас сначала мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д. На начало и конец провода надевается тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился.
Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи w3. Обмотка w3 имеет мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки. Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания.
Намотка ведется сразу двумя проводами (две полуобмотки), виток к витку в ряд, затем слой бумаги или скотч и второй ряд двух проводов. ПВХ трубку на концы провода можно не надевать, т.к. провод толстый и ломаться не будет. Готовый каркас снимается с оправки и надевается на ферритовый сердечник. Предварительно проверьте сердечник на отсутствие зазора.
Если каркас туго одевается на сердечник, будьте очень осторожны, феррит очень легко ломается. Сломанный сердечник можно склеить. Я клею клеем ПВА, с последующей просушкой.
Собранный ферритовый трансформатор, для крепости, стягивается по торцу скотчем. Нужно проследить, чтобы торцы половинок сердечника совпали без зазора и сдвига.
Трансформатор для двухтактного ИБП
Трансформатор для двухтактного ИБП.
Для статьи: "Двухтактный ИБП своими руками"
Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или на сердечнике 
другой формы.
Сердечник трансформатора подбирается по требуемой мощности на выходе инвертора.
Есть много различных формул и разных программ по расчету ферритовых трансформаторов для импульсных источников питания. Я перепробовал различные способы расчета ферритовых трансформаторов. Не буду вдаваться в их достоинства и недостатки. Каждый выбирает свой вариант расчета ферритового сердечника для импульсного блока питания.
Вот некоторые мои рассуждения по этому поводу.
Во первых: рекомендуемые к использованию, в результате расчетов, ферритовые сердечники (кольца, Ш-образные, броневые) не всегда имеются в наличии в торговых точках.
Во вторых: тот ферритовый магнитопровод, что мы можем достать, как правило, не имеет никаких обозначений на корпусе о его магнитной проницаемости.
Вот и получается, что все с таким трудом проведенные выкладки и расчеты количества витков в обмотках ферритового трансформатора, из за неопределенности в магнитной проницаемости феррита, теряют ценность.
Я подошел к подбору выходного ферритового трансформатора с чисто практической стороны.
Из технической литературы приведу таблицу ферритовых колец для использования в качестве высокочастотный трансформаторов.
В этой таблице дан размер магнитопровода, его поперечное сечение по сердечнику, размер окна.
Произведение площадей, сечения магнитопровода и окна, дает возможность определить его габаритную мощность на частоте в 20 килогерц.
На другой частоте соответственно и мощности будут другие.
Ферритовые сердечники будут работать и на более высокой частоте, но увеличатся потери в магнитопроводе и КПД трансформатора уменьшится. Но ничего, для нашего случая частота автогенератора не превысит 45 — 50 КГц, это нормально.
В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше 20 ватт. У меня есть ферритовое кольцо снятое со старой аппаратуры вполне подходящее под наш случай. Его размер: К28×18х8 (наружний диаметр 28, внутренний 18, толщина 8 мм.).
По таблице его габаритная мощность свыше 200 ватт, что более чем достаточно для данного устройства. Не нужно стремиться брать ферритовое кольцо меньших размеров, это якобы уменьшает габариты устройства. Ничего подобного.
Чем больше окно кольца, тем удобнее расположить в нем витки и не нужно стеснять себя в диаметре провода. Чем больше диаметр провода в первичной и вторичной обмоток, тем меньше потерь в проводах и стабильнее выходное напряжение. К тому же, с увеличением сечения магнитопровода, уменьшается количество витков на вольт, то есть будет меньше витков во всех обмотках.
Количество витков на 1 вольт у ферритового трансформатора зависит от сечения сердечника магнитопровода.
Известная формула для определения количества витков на вольт при расчете обмоток трансформатора изготовленного из стальных листов и работающего на частоте 50 герц:
n = 50 /S
Где: n – количество витков на вольт;
S – площадь поперечного сечения сердечника в см. кв.
Для расчета количества витков на вольт ферритового трансформатора на частоты свыше 20 килогерц, я применяю немного видоизмененную формулу:
n = 0,7 / S;
где: S – площадь поперечного сечения ферритового сердечника в см. кв...
Площадь поперечного сечения выбранного нами кольца К28×18х8 будет:
S = (D — d) / 2 x l = (28 — 18) / 2 x 8 = 10 / 2 x 8 = 40 мм. кв. или 0,4 см. кв..
Количество витков на 1 вольт выбранного мной ферритового магнитопровода:
n = 0,7 / S = 0,7 / 0,4 = 1,75 витка на 1 вольт.
Тогда количество витков первичной обмотки трансформатора Тр2 будет:
w1 = n x U1 = 1,75 х 145 = 253,75 витка. Примем 254 витка.
Диаметр провода 0,25 — 0,35 мм. Чем больше диаметр провода, тем мощнее будет ИБП, но все должно быть в разумных пределах.
Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток w2-1 и w2-2, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение.
Количество витков в каждой вторичной полуобмотке:
w2-1 = w2-2 = n x U2 = 1,75 х 15 = 26,25 витка.
С учетом падения напряжения на диодах Д9, Д10 количество витков во вторичной обмотке примем: w2-1 = w2-2 = 28 витков. Диаметр провода 0,6 — 0,7 мм.
Напряжение обратной связи в обмотке w3 должно быть достаточным для работы генератора. Для трансформатора Тр1 оно должно быть 6,5 вольт.
Количество витков в обмотке связи w3 = n x 6,5 = 1,75 x 6,5 = 11,3 витка. Примем: w3 = 12 витков. Диаметр провода 0,3 мм.
Трансформатор Тр2 будем мотать на ферритовом кольце по схеме приведенной на рисунке.
На рисунке показана последовательность намотки ферритового трансформатора.
Ферритовое кольцо (рис. а) необходимо обмотать лакотканью или лучше фторопластовой лентой (рис. б).
Поверх мотается первичная обмотка w1. На начало и конец провода, для жесткости, надевается хлорвиниловая трубочка и провод вместе с трубочкой закрепляется нитками.
Витки обмотки необходимо равномерно распределить по всей длине кольца (рис.в).
Для этого нужно заранее поверхность кольца разделить на секторы. Например на четыре сектора. Тогда в каждом секторе будет по 254 витка / 4 = 63,5 витков. Равномерно и последовательно намотав один сектор, переходим ко второму, еще 63,5 витка и т.д.
Идеальный случай, это намотать обмотку виток к витку, что вряд ли получится.
Начало и конец проводов обмотки не должны касаться друг друга, между ними надо сохранить промежуток в 2-3 мм... Это делается для избежания пробоя между витками начала и конца первичной обмотки.
Намотка на кольцо производится с помощью самодельного челнока, который можно изготовить из медной проволоки, по форме как на рисунке.
Предварительно рассчитав необходимую длину провода (количество витков в обмотке умноженное на длину одного витка, плюс длину выводов) с небольшим запасом, наматываем на челнок. Закрепляем начало провода обмотки , провод вместе с трубочкой, нитками на кольце и мотаем при помощи челнока. При намотке провода на кольцо необходимо следить, чтобы провод не скручивался и не образовывались «барашки». Нужно запастись большим терпением и тогда все получится.
Сначала процедура намотки кольца будет проходить с трудом, но по мере накопления опыта, работа ускорится.
Поверхность намотанной первичной обмотки w1 необходимо обмотать лентой шириной 8 — 10 мм. из лакоткани или лучше фторопласта (рис. г).
Далее мотается вторичная обмотка w2. Две полуобмотки w2-1 и w2-2 мотаются одновременно двумя проводами.
Нужно определить длину каждого провода для w2-1 и w2-2. Предварительно измеряется длина одного витка, а затем умножается на количество витков, плюс 10 сантиметров на длину выводов, плюс запас 20 см.
Провод для вторичной обмотки толстый и мотается без челнока, одновременно двумя проводами. Начала двух проводов закрепляются нитками, а затем виток за витком, двумя проводами продеваются в кольцо. Между началами и концами вторичных полуобмоток нужно оставить на кольце свободным расстояние 5-6 мм. В этот зазор разместить витки обмотки w3
Нужно стараться меньше гнуть провода и чтобы они оба не переплетались между собой.
Необходимо так же равномерно распределить количество витков вторичной обмотки по всему кольцу, т.е. разбить количество витков на четыре сектора, как и в случае первичной обмотки. Необходимо мотать так, чтобы намотка уложилась в один ряд по всей длине, как на рисунке д).
Конец одной полуобмотки (w2-1) спаять с началом другой полуобмотки (w2-2). Получится полная обмотка w2 с выводом посередине (рис. д).
Обмотка обратной связи w3 мотается на первичную обмотку в одном слое с вторичной w2. Мотать ее поверх обмотки w2 нельзя, так как это может повлиять на режим автогенерации.
УДАЧИ ВАМ!!!!
Двухтактный ИБП своими руками
Двухтактный ИБП своими руками
Изготовим простой, но достаточно надежный преобразователь – инвертор своими руками. Рабочая схема такого инвертора или, говоря по другому, импульсного блока питания ИБП, изображена на рисунке. Эта схема является классической и с небольшими изменениями и дополнениями повсеместно используется.
Своей целью в рекомендации к изготовлению этого преобразователя я считаю изготовление простого и доступного для каждого начинающего электрика – любителя, электронного прибора. При некотором практическом навыке это несложно, хотя и придется приложить немного усилий и «потратить нервов».
Зададимся целью создать источник питания постоянного напряжения на 15 вольт и мощностью 20 ватт в нагрузке. Можно задаться любым выходным напряжением и мощностью.
Схема состоит из нескольких узлов: выпрямителя, устройства запуска, генератора импульсов, выходного устройства.
Выпрямитель. Представляет из себя преобразователь переменного напряжения 220 вольт 50 герц в постоянное напряжение 310 вольт. Резистор R1 служит для ограничения первоначального броска тока заряда конденсатора С1. Переменное напряжение выпрямляется диодами D1 – D4 и сглаживается электролитическим конденсатором С1.
Устройство запуска представляет из себя генератор пилообразного напряжения и состоит из резистора R2 конденсатора С2 и стабилитрона D7.
Импульсы от этого генератора подаются на базу ключевого транзистора Т2.
Генератор запускающих импульсов работает только в момент пуска, а потом выключается.
Генератор прямоугольных импульсов преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение высокой частоты 30 — 45 килогерц.
Трансформатор Тр1 служит для подачи импульсов управления на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.
Выходной трансформатор Тр2 преобразует высокое переменное напряжение в низкое выходное переменное напряжение (согласно коэффициента трансформации).
Выходное устройство, это два выпрямительных диода (Д9 и Д10) и сглаживающие конденсаторы (С5 и С6).
Сразу после включения питания 220 вольт, начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7) (точка 1). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2 (точка 2). Происходит запуск автогенератора.
Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы (точка 3).
С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9, Д10 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсаторами С5 и С6. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.
Предпочтение такой схемы двухполупериодного выпрямления ( с двумя диодами), перед схемой с помощью мостика, состоит в большем КПД выпрямительного устройства.
Рабочее напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторах Т1 и Т2, не превышает напряжения питания 310 вольт.
Откуда берутся эти 310 вольт?
Действующее значение переменного напряжения в сети Uд = 220 вольт, а амплитудное значение напряжения равно: Uа = Uд х √2 = 220 х 1,41 = 310 вольт.
Электролитический конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения этого напряжения Uа = 310 В.
В рабочем состоянии, под нагрузкой, это напряжение падает до величины, примерно 290 – 295 вольт. Это напряжение также зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость С1, тем напряжение на конденсаторе ближе к 310 вольтам.
Напряжение на первичной обмотке ферритового трансформатора Тр2 составляет половину напряжения питания. Примем, для расчета, напряжение на С1 — 290 вольт. Один конец первичной обмотки соединен со средней точкой делителя из конденсаторов С3 и С4, которая имеет потенциал равный U = 290/2 = 145 вольт, то есть половину Uпит. Второй конец обмотки w1 (точка 3) — переключаемый узел эмиттер — коллектор силовых транзисторов Т1 и Т2.
На напряжение питания U = 145 вольт мы и будем рассчитывать выходной ферритовый трансформатор Тр2, об этом необходимо помнить.
Генератор импульсов работает в режиме автогенерации. В этой схеме задействована цепь обратной связи ОС по напряжению (Тр2, w3 – R5 – Тр1, w3). Напряжение обратной связи с обмотки w3 выходного трансформатора Тр2 поступает на обмотку w3 трансформатора Тр1 через гасящий резистор R5. С обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 поступают разнополярные импульсы управления на базы транзисторов Т1 и Т2.
Генератор импульсов самостоятельно, без устройства запускающего импульса, заработать не может.
Трансформатор Тр1 наматывается на ферритовом кольце К10×6х4 (наружный диаметр 10 мм, внутренний диаметр 6 мм, ширина кольца 4 мм) марки НМ2000.
Количество витков в обмотках: w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков. Диаметр провода 0,3 – 0,4 мм в хорошей изоляции. Обмотки w1 и w2 мотать одновременно двумя проводами. Обмотки w1, w2 и w3 равномерно мотать по всему сердечнику. Сначала намотать обмотку w3, а затем поверх обмотки w1 и w2.
Желательно как то пометить начала и концы этих обмоток, чтобы не перепутать. Я обычно мотаю обмотки w1 и w2 проводом с разным цветом изоляции. Начала обмоток пометить маркером или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки подходящего диаметра.
Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к эмиттеру Т2; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.
Отнеситесь к этому очень внимательно.
Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или П — образной формы. Пример построения Тр2 на ферритовом сердечнике Ш — образной формы смотрите здесь.
Пример построения трансформатора Тр2 на ферритовом кольце смотрите в статье: «Трансформатор для двухтактного ИБП, на ферритовом кольце.».
Перечень деталей схемы:
Резисторы: R1 – 27 Ом, 1 ватт; R2 – 470 Ком; R3 = R4 = 8 Ом; R5 – 50 — 100 Ом. любой мощности.
Конденсаторы: С1 – 50 МкФ 350 В; С2 – 47 нФ 250 В; С3, С4 – 200 нФ 250 В; С5 – 1,0 МкФ 50 В керамический; С6 – 100 МкФ.
Диоды: Д1 – Д4, Д5, Д6, Д8 — N4007; Д7 – динистор DB3; Д9, Д10 — КД213 или другие с частой до 100 КГц и током не ниже 3 ампер.
Транзисторы: Т1, Т2 – 13003, 700 В, 1,6 А или 13005, этот транзистор помощнее.
Транзисторы лучше поставить на два небольшие радиатора по 5 — 8 см.кв., чтобы не грелись.
Трансформаторы:
Тр1 — ферритовое кольцо К10×6х4, НМ2000, w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков, провод 0,3 – 0,4 мм.
Тр2 — ферритовое кольцо К28×18х8, НМ2000;
w1 – 254 витков провода 0,25 — 0,35 мм.;
w2-1 и w2-2 по 28 витков провода 0,6- 0,7 мм.;
w3 – 12 витков провода 0,3 мм.
Размеры кольца рассчитаны на мощность побольше 20 ватт. но это неплохо, будет запас по диаметру провода и его размещению в окне ферритового кольца.
Если нет такого ферритового кольца, можно взять кольцо с размерами побольше. Количество витков в обмотках можно оставить то же, а диаметры проводов в обмотках немного увеличить. Тогда мощность инвертора увеличится.
Наладка схемы двухтактного преобразователя – инвертора.
Перед включением устройства в сеть необходимо проверить все соединения проводов и деталей, согласно электрической схемы. Во избежание пробоя силовых транзисторов Т1 и Т2 в случае неправильного соединения проводов, в разрыв сети 220 вольт временно включают электрическую лампочку на 220 вольт, мощностью 40 -60 ватт. После наладки схемы, ее отключают.
Еще раз проверить подключение обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 к базам транзисторов Т1, Т2 на полярность включения.
На выход преобразователя нужно подключить маломощную лампочку на 15 — 24 вольта, 0,1 ампера, для контроля работы устройства питания. В последующем ее можно будет снять.
Включаем питание 220 вольт на вход схемы. Если все соединения проведены правильно, лампочка "Л" должна загореться, инвертор работает!
Если же лампочка не загорелась, генератор не работает. Необходимо поменять полярность подключения обратной связи на трансформаторе Тр2 (w3, точки 4, 5). Значение резистора R5 примите 75 Ом.
После этого все должно работать.
Постоянное напряжение на выходе инвертора около 15 вольт, ток нагрузки до 1,5 ампера.
Внимание! Изготовленный вами инвертор собран по простой схеме и не имеет никаких защит ни по напряжению, ни по току. Поэтому его нельзя перегружать свыше 20 -30 ватт! Имейте это в виду!
Подписка
