А. П. Кашкаров, г. Санкт-Петербург

Для изготовления трансформаторов и дросселей используются специальные обмоточные провода. Об основных типах таких проводов отечественного и зарубежного производства рассказано в этой статье.

Отечественные обмоточные провода

Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105...200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.

Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002...2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.

Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку -эмалевое покрытие по цвету близко к черному.

Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02...2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4...20 мм2) имеют лакированную изоляцию на по-ливинилформалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).

ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 - эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05...1,6 мм), они имеют изоляцию на основе по-лиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.

Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.

Отечественные высокочастотные обмоточные провода

На высоких частотах применяются многожильные эмалированные обмоточные провода (литцендраты) типа ЛЭШО в шелковой однослойной изоляции или ЛЭШД - фв двойной шелковой изоляции. Такие провода состоят из пучка медных эмалированных проволочек диметром 0,05...0,1мм и используются для катушек индуктивности (и дросселей). В высокочастотных проводах типов ЛЭШО, ЛЭШД, ПЭЛО, ЛЭЛД, ДЭП, ЛЭПКО жилы скручены из отдельных Эмалированных проволок для уменьшения потерь от поверхностного эффекта (Эффекта близости). В табл.№1 приведены диаметры широко применяемых высокочастотных обмоточных проводов отечественного производства. Для нечетных номеров диаметр провода примерно равен половине суммы диметров двух соседних (четных) номеров.



Обозначение популярных зарубежных обмоточных проводов

В США и Великобритании обозначение диаметров обмоточных проводов записывается словами wire size (размер провода).

Например, в США применяют систему

American Wire Gauge (AWG). Также иногда в США используют систему B&S, а в Великобритании - Standar Wire Gauge (SWG). В табл.2 и табл.3 приведены диаметры широко применяемых типов обмоточных проводов по стандартам AWG и SWG.
Допустимая нагрузка на проводники



Максимальный допустимый ток, который можно пропускать через провода, не тревожась за возгорание или нарушение контакта, определяется в соответствии с табл.4. Максимальный нагрев резиновой или пластмассовой (а также их сочетаний или производных) изоляции проводов не должен превышать температуры +50градусов. От этого температурного параметра зависит продолжительность безопасного воздействия
на проводник максимально допустимого тока (I max A в табл.4)
Журнал "Электрик"

Чуть ли не главный вопрос у всех радиолюбителей чем можно намотать трансформатор? Простейшие методики расчета трансформаторов мы уже знаем (кто подзабыл можно заглянуть вот сюда), а вот самое главное где взять провод? Да и еще именно какой провод необходим для намотки трансформатора?

Куда делись, например, провода марок ПЭЛШО , ПЭЛБО и другое, продававшиеся в советское время в наборах и катушками? Первый из вышеназванных проводов необходим для намотки контурных катушек на низкочастотные диапазоны, дросселей, трансформаторов на ферритовых кольцах и пр. Второй необходим для намотки обмоток мощных силовых трансформаторов.
Ведь преимущество таких проводов перед обычными (с лаковым покрытием) - большое.
Прежде всего, это создаваемый за счет оплетки провода шаг намотки. В мощных сетевых трансформаторах разность напряжений в обмотках между соседними проводниками составляет 1 В и более, тонкая лаковая изоляция при нагреве и вибрации с частотой сети постепенно стирается от трения друг об друга вибрирующих витков и осыпается. В результате возникают межвитковые замыкания .

Для иллюстрации приведу простой расчет . Возьмем трансформаторное железо с площадью сечения керна S=10 см2. По простой прикидке Pr=S2 определяем, что габаритная мощность будущего трансформатора составит примерно 100 Вт. Количество витков на 1 В:
w1 =50/S=50/10=5(вит./В),
Соответственно межвитковое напряжение:
U1=1/5=0.2(В)
Если трансформаторное железо - с площадью сечения S=50 см2, габаритная мощность трансформатора в этом случае Pг=2500 Вт, а w1 =50/50=1 (вит./В), что равно межвитковому напряжению в обмотках. При дальнейшем увеличении габаритной мощности межвитковое напряжение возрастает, опасность пробоя изоляции увеличивается, а надежность трансформатора, естественно, снижается.
Как выйти из создавшегося положения? Следует вспомнить, что провода бывают не только обмоточными. Для намотки трансформатора можно применить монтажный провод во фторопластовой изоляции (МГТФ) с соответствующим требуемому току сечением. Так как в таких проводах принято указывать не диаметр, а сечение (по жиле), то следует воспользоваться переводной формулой
d=2 (Sп/3.14)^0,5
где Sп - сечение провода, мм2; d - диаметр провода, мм. Например, провод МГТФ-0.35 имеет d-0,66 мм. Диаметр провода, в зависимости от требуемого тока I (А), определяем по формуле:
d = 0,8 I0,5.
Тогда ток в проводе обмотки:
I=(d/0.8)^2 =0.68 (А)
Отличное качество изоляции проводов МГТФ позволяет обходиться при намотке без межслойных прокладок, а ее термостойкость позволяет мотать трансформаторы, работающие при повышенных температурах (фторопластовая изоляция не плавится и не обугливается).

Порой для балансных схем требуется намотать трансформатор со строго идентичными обмотками.
Такое можно осуществить, взяв в качестве проводов обмоток плоский кабель, например, используемый в компьютерных соединительных шлейфах. Отделив от кабеля нужное число проводников, наматывают ими обмотку, которую затем используют в качестве нескольких идентичных, изолированных друг от друга. Изоляция плоского кабеля достаточно термоустойчива.

Для получения больших токов вторичные обмотки трансформаторов блоков питания наматывают достаточно толстыми проводами и шинами. Работа эта, надо сказать, требует не только материальных (денежных), но и физических затрат, поскольку требуется внатяг сгибать упругую медную шину (провод), стараясь уложить ее виток к витку.

В качестве альтернативы моточного провода , предлагаю воспользоваться акустическим шнуром, которым обычно соединяют усилитель с акустическими системами. Акустический шнур имеет большое сечение жилы и. будучи двойным, обеспечивает идентичность полуобмоток для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. На идентичность этих полуобмоток мало обращают внимание, а это влечет за собой увеличение фона, к которому так чувствительна современная высококачественная аппаратура.

Идентичность обмоток можно обеспечить и другим способом, например, намотав их микрофонным шнуром (при стереошнуре получим три обмотки). Таким образом можно намотать обмотку (обмотки) с электростатическим экраном. Для этого экранирующая оплетка микрофонного шнура соединяется (с одной стороны) с общим проводом.

Коаксиальный кабель , вследствие большой разницы в сечениях внутренней жилы и оплетки, мало пригоден для симметричных обмоток, но может быть использован в качестве обмоточного провода, когда экран и внутренняя жила соединены между собой. Внутреннюю жилу кабеля можно использовать и для измерительных целей.

Во всех случаях не следует забывать о термоустойчивости изоляции проводов. Повышенная относительно лаковой толщина изоляции проводов, с одной стороны, уменьшает количество витков обмотки, которые можно разместить в окне сердечника трансформатора, с другой, делает ненужным применение межслоевой изоляции (вплоть до межобмоточной), что ускоряет изготовление трансформатора, а при термостойкой изоляции проводов повышает надежность трансформаторов.

В.БЕСЕДИН, гТюмень.

Намотка трансформатора своими руками сама по себе является несложной процедурой, однако требует существенных подготовительных работ. Некоторые люди, занимающиеся изготовлением различной радиоаппаратуры или силовых инструментов, имеют потребности в трансформаторах под конкретные нужды. Поскольку не всегда возможно приобретение определенного трансформатора под конкретные случаи, то многие наматывают их самостоятельно. Те, кто в первый раз изготавливает трансформатор своими руками, часто не могут решить проблемы, связанные с правильностью расчета, подбора всех деталей и технологии обмотки. Важно понимать, что собрать и намотать повышающий трансформатор и понижающий трансформатор – не одно и то же.

Также существенно отличается и намотка тороидального устройства. Поскольку большая часть радиолюбителей или мастеров, которым требуется создать трансформирующее устройство для нужд своего силового оборудования, не всегда имеют соответствующие знания и навыки о том, как изготовить трансформирующее устройство, поэтому данный материал ориентирован именно на эту категорию людей.

Подготовка к намотке

Первым делом необходимо произвести правильный расчет трансформатора. Следует вычислить нагрузку на трансформатор. Она вычисляется суммированием всех подключенных устройств (двигателей, передатчиков и т.д.), которые будут запитаны от трансформатора. Например, на радиостанции имеется 3 канала с мощностью 15, 10 и 15 Ватт. Суммарная мощность будет равна 15+10+15 = 40 Ватт. Далее берут поправку на КПД схемы. Так большинство передатчиков имеют КПД около 70% (точнее будет в описании конкретной схемы), поэтому такой объект следует запитать не 40 Вт, а 40/0,7 = 57,15 Вт. Стоит отметить, что и трансформатор имеет свой КПД. Обычно КПД трансформатора составляет 95-97 %, однако следует взять поправку на самоделку и принять КПД равном 85-90% (выбирается самостоятельно). Таким образом, требуемая мощность увеличивается: 57,15/0,9 = 63,5 Вт. Стандартно трансформаторы такой мощности весят около 1,2-1,5 кг.

Далее определяются с входными и выходными напряжениями. Для примера возьмем понижающий трансформатор с напряжениями 220 В входное и 12 В выходное, частота стандартная (50 Гц). Определяют количество витков. Так, на одной обмотке их количество равно 220*0,73 = 161 виток (округляется в большую сторону до целого числа), а на нижней 12*0,73 = 9 витков.

После определения количества витков приступают к определению диаметра провода. Для этого необходимо знать протекающий ток и плотность тока. Для установок до 1 кВт плотность тока выбирают в пределах 1,5 – 3 А/мм 2 , сам ток примерно рассчитывают, исходя из мощности. Так, максимальный ток для выбранного примера будет составлять около 0,5-1,5 А. Поскольку трансформатор будет работать максимум со 100Вт нагрузки с естественным воздушным охлаждением, то плотность тока принимаем равной около 2 А/мм 2 . Исходя из этих данных, определяем сечение провода 1/2 = 0,5 мм 2 . В принципе сечения достаточно для выбора проводника, однако иногда требуется и диаметр. Поскольку сечение находится по формуле pd 2 /2, то диаметр равен корню из 2*0,5/3,14 = 0,56 мм.

Таким же образом находят сечение и диаметр второй обмотки (или, если их больше, то всех остальных).

Материалы для намотки

Намотка трансформатора требует тщательного подбора используемых материалов. Так, важное значение имеют практически все детали. Понадобятся:

1. Каркас трансформатора. Он необходим для изолирования сердечника от обмоток, также он удерживает катушки обмоток. Его изготовление осуществляется из прочного диэлектрического материала, который обязательно должен быть довольно тонким, чтобы на занимать место в интервалах («окно») сердечника. Часто для этих целей применяют специальные картонки, текстолит, фибры и др. Он должен иметь толщину минимально 0,5 м, а максимально 2 мм. Каркас необходимо приклеивать, для этого применяют обычные клеи для столярных работ (нитроклеи). Формы и габариты каркасов определяются формами и размерами сердечника. При этом высота каркаса должна быть чуть больше высоты пластин (высоты обмотки). Для определения его габаритов необходимо произвести предварительные замеры пластин и прикинуть примерно высоту обмотки.
2. Сердечник. В качестве сердечника применяют магнитопровод. Лучше всего для этого подойдут пластины из разобранного трансформатора, поскольку они изготовлены из специальных сплавов и уже рассчитаны на определенное количество витков. Наиболее распространенная форма магнитопровода напоминает букву «Ш». При этом его можно вырезать из различных заготовок, имеющихся в наличии. Чтобы определиться с размерами, необходимо предварительно намотать провода обмоток. К обмотке, которая имеет наибольшее количество витков определяют длину и ширину пластин сердечника. Для этого берется длина обмотки + 2-5 см, и ширина обмотки + 1-3 см. Таким образом происходит примерное определение размеров сердечника.
3. Провод. Здесь рассматривается обмоточный и провода для выводов. Лучшим выбором для намотки катушек трансформирующего устройства считаются медные провода с эмалевой изоляцией (типа «ПЭЛ»/«ПЭ»), этих проводов достаточно для намотки не только трансформаторов для радиолюбительских нужд, но и для силовых трансформаторов (например, для сварочного). Они имеют широкий выбор сечений, что позволяет приобрести провод нужного сечения. Провода, которые выводятся от катушек, должны иметь большее сечение и изоляцию из ПВХ или резины. Часто применяют провода серии «ПВ» с сечением от 0,5 мм 2 . Рекомендуется брать на вывод провода с изоляцией разных цветов (чтобы не было путаницы при подключении).
4. Подкладки изоляционные. Они необходимы для увеличения изоляции провода обмотки. Обычно в качестве прокладок применяется плотная и тонкая бумага (хорошо подходит калька), которую укладывают между рядами. При этом бумага должна быть целостной, без обрывов и проколов. Также такой бумагой оборачивают обмотки после того, как все они готовы.

Способы ускорения процесса

Многие радиолюбители часто имеют специальные примитивные устройства для осуществления намотки обмоток. Пример: примитивный станок для намотки обмоток представляет собой стол (часто подставку), на котором установлены бруски с вращающейся продольной осью. Длина оси выбирается в 1,5-2 раза больше длины каркаса катушек трансформирующего устройства (берется максимальная длина), на одном из выходов из брусков ось должна иметь ручку для вращения.

На ось надевается катушечный каркас, который стопорится с двух сторон ограничительными шпильками (они не дают каркасу перемещаться вдоль оси).

Далее на катушку закрепляется обмоточный провод с одного из концов и осуществляется намотка путем вращения ручки оси. Такая примитивная конструкция существенно ускорит намотку обмоток и сделает ее более точной.

Процесс намотки обмоток

Намотка трансформатора заключается в намотке обмоток. Для этого провод, который планируется использовать для обмоток, наматывается на любую катушку туго (для упрощения процесса). Далее сама катушка устанавливается либо на приспособление, указанное выше, либо наматывается «вручную» (это сложно и неудобно). После этого на катушке обмотки закрепляется конец обмоточного провода, к которому припаивают выводной провод (это можно сделать как вначале, так и в конце операции). Далее начинают вращение катушки.

При этом катушка не должна никуда смещаться, а провод должен иметь сильное натяжение для плотной укладки.

Намотка витков провода продольно должна производиться так, чтобы витки прилегали друг к другу максимально плотно. После того, как был намотан первый ряд витков по длине, его обматывают специальной изоляционной бумагой в несколько слоев, после чего наматывают следующий ряд витков. При этом ряды должны плотно прилегать друг к другу.

В процессе намотки следует контролировать количество витков и остановиться после намотки нужного количества. Важно, чтобы считались полные витки, не учитывая расход провода (т.е. второй ряд витков требует большего количество провода, однако наматывают количество витков).

Обмотки трансформаторов малой мощности выполняются обычно проводом круглого сечения. В настоящее время имеется большое количество марок обмоточных проводов. Провода изготовляются с волокнистой, эмалевой и комбинированной эмалево-волокнистой изоляцией. Для обозначения марок проводов приняты буквенные обозначения. Первая буква для всех видов изоляции П (провод). Волокнистая изоляция имеет обозначение: Б - хлопчатобумажная пряжа, Ш - натуральный шелк. ШК или К - искусственный шелк (капрон), С - стекловолокно, А - асбестовое волокно. Следующая буква О или Д указывает на один или два слоя изоляции. Провода в эмалевой изоляции обозначаются буквой Э. Комбинированные изоляции состоят из эмалевой изоляции, покрытой дополнительно волокнистой изоляцией. При изготовлении трансформаторов малой мощности в основном применяются провода в эмалевой изоляции. Эмальслой должен иметь сплошную и ровную поверхность и обладать достаточной механической прочностью и эластичностью. Эмальслой не должен давать трещин и отставаний от меди при намотке. Высокая механическая прочность и повышенная теплостойкость винифлексовой изоляции, позволяющая значительно снизить количество межслойных прокладок, повысить теплопроводность и допустимую плотность тока, обеспечили проводам марок ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭТВ и др. широкое применение при изготовлении трансформаторов малой мощности. В настоящее время провода в изоляции из хлопчатобумажной пряжи и бумажной ленты марок ПБД, ПБОО, ПББО и др. широко применяются в силовых трансформаторах средней и большой мощности и в измерительных трансформаторах (напряжения и тока), работающих в масле. В таких трансформаторах провода с эмалевым покрытием не применяются. Для трансформаторов открытого типа, силовых на напряжения до 500 В и трансформаторов тока до 6 -10 кВ применяются как обмотки проводом ПБД, так и комбинированные с эмалевым и хлопчатобумажным покрытием, но при этом обмотки трансформаторов обязательно пропитываются или компаундируются. Для сварочных, нагрузочных и других аналогичных трансформаторов и устройств следует применять провода в стеклянной изоляции. Применяют также провода в асбестовой изоляции, но их электрические свойства и прочность значительно хуже, толщина изоляции повышенная, что снижает теплопроводность обмоток. Кроме того, они гигроскопичны. Для указанных выше работ иногда применяют провода прямоугольного сечения. Последние выполняются марок: ПБД, ПБОО, ПСД, ПСДК, ПДА. Толщина и изоляции соответствует маркам круглых проводов - или верхним пределам - или несколько выше. Из указанных марок проводов для трансформаторов малой мощности применяется провод ПЭЛШО для обмоток на повышенные напряжения (например, в обмотках высокого напряжения осциллографа и в других случаях). ПЭЛШО (и ПЭЛБО) целесообразно применять при галетной намотке малых трансформаторов, пропитываемых склеивающими компаундами, ввиду высокой схватываемости волокнистых материалов с большинством склеивающих компаундов. Провод ПЭШО применяется широко в контурах радиоприемных устройств, но пригодность той или иной пропитки (и других материалов) определяется фактором потерь, что для частоты 50 Гц не существенно. В тех случаях, когда одним из основных требований к аппаратуре (трансформатору) является надежность, обмотку обязательно следует пропитывать каким-либо лаком или компаундом. Значительному повышению надежности способствуют облегченные режимы работы обмоток и применение материалов, имеющих температуру по нагревостойкости на 1-2 класса выше рабочей температуры обмотки. В тех случаях, когда трансформатор может работать в форсированном режиме, обмотка должна пропитываться, так как при этом повышается теплопроводность и нагревостойкость за счет более равномерной температуры в толще обмотки. При форсированном режиме допустимо повышать нагрев трансформатора на 10-12° С сверх температуры данного класса. При этом ускоряется процесс старения материала примерно (в среднем) в 2 раза. Надо указать, что допустимые температуры для проводов ПЭЛ, ПЭЛУ 100-105° С, ПЭТ 125° С, ПЭВ-1, ПЭВ-2 110° С. Для трансформаторов, к которым предъявляются требования надежности, форсированные режимы недопустимы. Приведенная шкала классов нагревостойкости принята как в России, так и в ряде зарубежных стран. Нижний предел допустимых температур для эмаль-проводов - 60° С. При этой температуре эмаль не должна трескаться и отставать от меди.