Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками

Найти подходящий элемент в магазине иногда проблематично, поэтому домашние умельцы делают его сами. Сам процесс не вызывает никаких затруднений, чего нельзя сказать о расчете характеристик. Такие устройства можно установить в электрошокер, блок питания, зажигалку, ионизатор воздуха и т.д.

Смысл и предназначение

Высоковольтные трансформаторы (ВВ) принадлежат к преобразователям напряжения, используются для преобразования высоковольтного напряжения в низковольтное, которое используется для электроснабжения различного оборудования. Принцип их работы мало отличается от силового трансформатора.

Особенностью является разница в количестве витков в первичной и вторичной обмотке: в понижающем трансформаторе их больше, в повышающем – меньше.

Все устройства можно классифицировать по:

• назначению – общие и специальные;
• типу монтажа – внутренние или наружные;
• погрешностям;
• числу обмоток (2, 3, 4);
• числу фаз (одна, три).

Специальные монтируют в радиоприемники, телевизоры, устройства связи, бытовую технику. Практически все они маломощные (несколько кВА), рассчитаны на частоту 50 Гц, устанавливаются исключительно внутри. Число намоток зависит от типа оборудования, на которое они устанавливаются. Изоляцию обрабатывают эпоксидной смолой.

Электротехнические характеристики

Чтобы правильно изготовить модель самостоятельно, определяют ряд параметров:

• Мощность на выходе: Р2 = U2*I2, которую получают путем умножения выходных параметров. Если вторичных катушек несколько, они суммируются.
• КПД не превышает 80%, поэтому первичная: Р1 = Р2/0,8 = 1,25*Р2.
• Площадь центральной части рассчитывается на основании Р1. Для стального это значение составляет: S = Р1^0,5 – вычисляют корень из значения первичной мощности. Для жести, обожженной проволоки, кровельного железа S принимают в три раза больше: S = 3*Р1^0,5.
• Витки первой катушки: w1 = 50/S.
• Второй: w2 = w1*U2.

Значение w увеличивают на 5-10%, т.к. часть напряжения теряется из-за сопротивления.

Из какого материала сделать магнитопровод?

Если нужен маломощный преобразователь, подойдет стержневой или броневой магнитопровод. В первом варианте стержни расположены вертикально. Во втором случае стержни имеют прямоугольное сечение и расположены горизонтально. Эта конструкция сложнее, поэтому и встречается реже.

В повышающем часто устанавливаются Ш-образные ферритовые магнитопроводы, сложность в конструкции заключается в необходимости подбора точного размера стержня. Если для сборки используется запчасть с другой техники, толщина пакета пластин определяется на основании мощности. Пластинки вставляются в катушку и стягиваются гайками и шпильками.

Что нужно для внутренней части?

Для понижающего преобразователя с парой катушек подойдет ферритовый магнитопровод. Взять его можно из старого телевизора или компьютера (вырезать из центрального керна силового трансформатора).

Часто их покрывают эпоксидкой, поэтому для разборки ее нагревают строительным феном. Для кернов применяется угловая шлифмашина, не стоит их раскалывать. Чтобы выровнять поверхность, ее заклеивают скотчем, а нарастить длину можно, соединив два стержня и склеив их супер-клеем.

Диаметр провода

Параметр определяется силой и плотностью тока, в среднем 2 А/мм2.

• На 1-й намотке: I = P1 / U1.
• Без изоляционного материала: d = 0,8*I^0,5 – из показателя тока вычисляется корень.
• Поперечное сечение: s = 0,8*d^2 – возводится в квадрат.

Если изделия с полученным диаметром нет, можно взять несколько более тонких, соединить их параллельно, чтобы суммарное сечение было больше расчетного.

Для толстого провода в последней формуле коэффициент может составлять 0,65-0,7. Чтобы не рассчитывать ее, можно воспользоваться таблицей:

Далее определяется площадь с изоляционным материалом: s' = 0,8d^2 – но здесь берется характеристика из таблицы, с изоляцией.

Чтобы получить площадь окна сердечника, суммируют все полученные показания площадей, и умножить показатель на 2 или 3.

Как наматывать?

Сердечник 5 раз укрывают скотчем, вкладывают в желоб провод, наматывают обмотку-1. Оба конца должны быть выведены на одну сторону и изолированы тефлоновой лентой или кембриком. Для фиксации последнего витка можно использовать обычную нить, так он не будет разматываться.

Поверх этого укладывают 4-5 кругов скотчем, помещают стержень в корпус от шприца длиной 3 см. Его также обматывают скотчем дважды и выполняют вторичную намотку, ширина составляет полтора сантиметра. Каждый слой изолируется скотчем или дважды фторопластовой лентой. Концы выводят на разные стороны, с одного делают три вывода, со второго – один.

Все это снова изолируется клейкой лентой в пять слоев, к нему припаивают гибкие провода для вывода, изолируют повторно.

Если где-то происходит обрыв, место зачищают, скручивают, спивают, изолируют. Поэтому можно использовать старый провод, главное, чтобы он был правильно спаян. Чтобы повысить электропрочность, каждый слой намотки пропитывают акриловым лаком или эпоксидкой.

Витки располагают максимально близко друг к другу, по возможности параллельно сердечнику.

Сборка

Эпоксидная смола – обязательная составляющая конструкции. Она устраняет пузырьки воздуха, которые в будущем приведут к пробоям и протечкам. Поэтому позаботьтесь о каркасе и вакуумной установке. Для последней необходимы:

• герметик;
• пластилин;
• шприц;
• банка с прорезиненной закручиваемой крышкой;
• силиконовый шланг;
• обратный клапан (можно найти в зоомагазине).

В крышке создают отверстие, вставляют шланг, изолируют место герметиком и пластилином с обеих сторон. Воздух выкачивается шприцем до вжатия крышки.

Смолу нагревают, добавляют отвердитель. Каркас подойдет и обычный бумажный, к нему крепят цилиндр того же диаметра с помощью термоклея. На полное застывание уходит 24 часа, после этого каркас снимают.

Чтобы избежать ошибок, его проверяют на целостность магнитопровода, наличие разрывов в проводах, целостность изоляции. Для этого потребуется мультиметр, его устанавливают в режим МОмм и замеряют сопротивление между обмотками, и ними и корпусом. Далее эксперимент повторяют в рабочем состоянии, проверяют ток и коэффициент трансформации. Другой вариант – прозвон выводов.

После этого можно приступать к эксплуатации.