AP Kashkarov, San Pietroburgo

Per la produzione di trasformatori e induttanze vengono utilizzati fili di avvolgimento speciali. I principali tipi di tali fili di produzione nazionale ed estera sono descritti in questo articolo.

Fili per avvolgimenti domestici

I fili di avvolgimento nell'isolamento smaltato a base di vernici sintetiche ad alta resistenza con un indice di temperatura (TI) nell'intervallo 105 ... 200 sono i più utilizzati. Per TI si intende la temperatura del filo alla quale la sua vita utile è di almeno 20.000 ore.

I fili smaltati in rame con isolamento a base di vernici ad olio (PEL) sono prodotti con un diametro del nucleo di 0,002 ... 2,5 mm. Tali fili hanno elevate caratteristiche di isolamento elettrico, che sono praticamente indipendenti dall'influenza esterna di temperature e umidità elevate.

I fili di tipo PEL sono caratterizzati da una maggiore dipendenza dall'influenza esterna dei solventi, rispetto ai fili con isolamento a base di vernici sintetiche. Il filo di avvolgimento PEL può essere distinto dagli altri anche per il suo segno esterno: il rivestimento smaltato è di colore quasi nero.

I fili di rame dei tipi PEV-1 e PEV-2 (prodotti con un diametro del nucleo di 0,02 ... 2,5 mm) hanno un isolamento in acetato di polivinile e si distinguono per un colore dorato. I fili di rame dei tipi PEM-1 e PEM-2 (con lo stesso diametro del PEV) e i conduttori di rame rettangolari PEMP (sezione 1,4 ... 20 mm2) hanno un isolamento verniciato su vernice polivinilformale. L'indice "2" nella designazione corrispondente dei fili PEV e PEM caratterizza l'isolamento a due strati (spessore aumentato).

PEVT-1 e PEVT-2 sono fili smaltati con un indice di temperatura di 120 (diametro 0,05 ... 1,6 mm), hanno un isolamento a base di vernice poliuretanica. Questi fili sono facili da installare. Durante la saldatura, non è necessario rimuovere l'isolamento verniciato e applicare flussi. Abbastanza normale marchio di saldatura POS-61 (o simile) e colofonia.

I fili smaltati con isolamento a base di poliestereammide PET-155 hanno un TI pari a 155. Sono prodotti con anime non solo di sezione rotonda (diametro), ma anche di tipo rettangolare (PETP) con un diametro del conduttore di 1,6-1 1,2 mm2. In termini di parametri, i fili in PET sono vicini ai fili di tipo PEVT discussi sopra, ma hanno una maggiore resistenza al calore e agli shock termici. Pertanto, i fili di avvolgimento dei tipi PEVT e PET, PETP si trovano particolarmente spesso in potenti trasformatori, compresi i trasformatori per saldatura.

Fili per avvolgimenti domestici ad alta frequenza

Sul alte frequenze vengono utilizzati fili per avvolgimento smaltati a trefoli (fili litz) del tipo LESHO con isolamento in seta a strato singolo o LESHD - fv doppio isolamento in seta. Tali fili sono costituiti da un fascio di fili smaltati in rame con un diametro di 0,05 ... 0,1 mm e sono utilizzati per induttori (e induttanze). Nei cavi ad alta frequenza dei tipi LESHO, LESHD, PELO, LELD, DEP, LEPKO, i fili sono attorcigliati da singoli fili smaltati per ridurre le perdite dovute all'effetto superficiale (effetto di prossimità). La tabella n. 1 mostra i diametri dei fili di avvolgimento ad alta frequenza ampiamente utilizzati di produzione nazionale. Per i numeri dispari, il diametro del filo è approssimativamente uguale alla metà della somma dei diametri di due numeri adiacenti (pari).



Designazione di popolari fili di avvolgimento stranieri

Negli Stati Uniti e nel Regno Unito, la designazione dei diametri dei fili di avvolgimento è scritta con le parole wire size (wire size).

Ad esempio, negli Stati Uniti il ​​sistema

American Wire Gauge (AWG). Inoltre, a volte negli Stati Uniti usano il sistema B&S e nel Regno Unito usano lo Standard Wire Gauge (SWG). La tabella 2 e la tabella 3 mostrano i diametri dei tipi di fili di avvolgimento ampiamente utilizzati secondo gli standard AWG e SWG.
Carico consentito per conduttori



La corrente massima consentita che può essere fatta passare attraverso i fili senza preoccuparsi di incendi o guasti ai contatti è determinata in base alla Tabella 4. Il riscaldamento massimo dell'isolamento dei fili in gomma o plastica (così come le loro combinazioni o derivati) non deve superare i +50 gradi. La durata dell'esposizione sicura dipende da questo parametro di temperatura.
massimo per conduttore corrente ammissibile(I max A in Tabella 4)
Rivista "Elettricista"

Quasi domanda principale tutti i radioamatori Come si può avvolgere un trasformatore? Conosciamo già i metodi più semplici per calcolare i trasformatori (chi ha dimenticato, puoi guardare qui), ma la cosa più importante è dove prendere il filo? Sì, ed esattamente che tipo di filo serve per avvolgere il trasformatore?

Dove sono finiti, ad esempio, i segni del filo PELSHO, PELBO e altri che furono venduti in epoca sovietica in set e bobine? Il primo dei fili sopra è richiesto per avvolgimento bobine di loop per le gamme di bassa frequenza, induttanze, trasformatori su anelli di ferrite, ecc. La seconda è necessaria per avvolgimenti potenti trasformatori di potenza.
Dopotutto, il vantaggio di tali cavi rispetto a quelli convenzionali (laccati) è ottimo.
Questo è innanzitutto il passo di avvolgimento creato dall'intrecciatura del filo. Nei potenti trasformatori di rete, la differenza di tensione negli avvolgimenti tra conduttori adiacenti è di 1 V o più, l'isolamento di vernice sottile, quando riscaldato e vibrato alla frequenza di rete, viene gradualmente cancellato dall'attrito tra spire vibranti e si sbriciola. Di conseguenza, ci sono cortocircuiti di ritorno.

Per illustrazione, darò semplice calcolo. Prendiamo un trasformatore di ferro con area della sezione del nucleo S=10 cm2. Sulla base di una semplice stima, Pr=S2, determiniamo che la potenza complessiva del futuro trasformatore sarà di circa 100 watt. Numero di giri per 1 V:
w1 \u003d 50 / S \u003d 50 / 10 \u003d 5 (vit. / V),
Di conseguenza, la tensione di interturn:
U1=1/5=0,2(V)
Se il ferro del trasformatore ha una sezione S=50 cm2, la potenza complessiva del trasformatore in questo caso è Pg=2500 W, e w1=50/50=1 (vit./V), che è pari a la tensione di interturn negli avvolgimenti. Con un ulteriore aumento della potenza complessiva, la tensione turn-to-turn aumenta, aumenta il rischio di rottura dell'isolamento e l'affidabilità del trasformatore diminuisce naturalmente.
Come uscire da questa situazione? Va ricordato che i fili non sono solo avvolti. Per avvolgere il trasformatore è possibile utilizzare un filo di montaggio in isolamento fluoroplastico (MGTF) di sezione corrispondente alla corrente richiesta. Poiché in tali fili è consuetudine indicare non il diametro, ma la sezione trasversale (lungo l'anima), è necessario utilizzare la formula di conversione
d=2 (Sp/3,14)^0,5
dove Sp - sezione del filo, mm2; d - diametro filo, mm. Ad esempio, il filo MGTF-0,35 ha d-0,66 mm. Il diametro del filo, a seconda della corrente richiesta I (A), è determinato dalla formula:
d = 0,8 I0,5.
Quindi la corrente nel filo dell'avvolgimento:
I \u003d (d / 0,8) ^ 2 \u003d 0,68 (A)
L'eccellente qualità dell'isolamento dei fili MGTF consente di fare a meno dell'avvolgimento guarnizioni intercalari e la sua resistenza al calore consente ai trasformatori di avvolgimento di funzionare a temperature elevate (l'isolamento fluoroplastico non si scioglie o carbonizza).

A volte per i circuiti bilanciati è necessario avvolgere un trasformatore con avvolgimenti rigorosamente identici.
Questo può essere fatto prendendo un cavo piatto come fili di avvolgimento, ad esempio, utilizzati nei cavi di collegamento del computer. Dopo aver separato dal cavo il numero richiesto di conduttori, avvolgono con essi l'avvolgimento, che viene quindi utilizzato come più conduttori identici, isolati l'uno dall'altro. L'isolamento del cavo piatto è sufficientemente stabile dal punto di vista termico.

Per correnti elevate avvolgimenti secondari i trasformatori di alimentazione sono avvolti con fili e pneumatici sufficientemente spessi. Questo lavoro, va detto, richiede non solo materiale (monetario), ma anche costi fisici, poiché è necessario piegare a tenuta la sbarra di rame elastica (filo), cercando di stenderla da bobina a bobina.

In alternativa al filo per avvolgimento, Suggerisco di utilizzare un cavo acustico, che di solito lo ècollegare l'amplificatore agli altoparlanti. Il cavo acustico ha un'ampia sezione trasversale del nucleo e. essendo doppio, assicura che i semi-avvolgimenti siano identici per un raddrizzatore a onda intera con punto medio. Viene prestata poca attenzione all'identità di questi semi-avvolgimenti e ciò comporta un aumento dello sfondo a cui sono così sensibili le moderne apparecchiature di alta qualità.

L'identità degli avvolgimenti può essere assicurata in altro modo, ad esempio avvolgendoli cavo del microfono(con un cavo stereo otteniamo tre avvolgimenti). In questo modo è possibile avvolgere gli avvolgimenti con uno schermo elettrostatico. Per fare ciò, la treccia di schermatura del cavo del microfono è collegata (su un lato) al filo comune.

Cavo coassiale, a causa della grande differenza di sezioni tra anima interna e treccia, non è molto adatto per avvolgimenti simmetrici, ma può essere utilizzato come filo di avvolgimento quando lo schermo e il nucleo interno sono interconnessi. Il nucleo interno del cavo può essere utilizzato anche per scopi di misurazione.

In tutti i casi, non bisogna dimenticare la stabilità termica dell'isolamento del filo. L'aumento dello spessore relativo dell'isolamento del filo, da un lato, riduce il numero di spire di avvolgimento che possono essere posizionate nella finestra del nucleo del trasformatore, dall'altro, fa uso dell'isolamento interstrato (fino all'isolamento tra gli avvolgimenti) non necessario, il che accelera la produzione del trasformatore e con l'isolamento del filo resistente al calore aumenta l'affidabilità dei trasformatori.

V. BESEDIN, Tyumen.

L'avvolgimento di un trasformatore con le proprie mani è di per sé una procedura semplice, ma richiede molto lavoro preparatorio. Alcune persone coinvolte nella produzione di varie apparecchiature radio o utensili elettrici hanno bisogno di trasformatori per esigenze specifiche. Poiché non è sempre possibile acquistare un trasformatore specifico per casi specifici, molti li avvolgono da soli. Coloro che realizzano un trasformatore per la prima volta con le proprie mani spesso non riescono a risolvere i problemi associati al calcolo corretto, alla selezione di tutte le parti e alla tecnologia di avvolgimento. È importante capire che l'assemblaggio e l'avvolgimento di un trasformatore step-up e di un trasformatore step-down non sono la stessa cosa.

Anche l'avvolgimento del dispositivo toroidale è significativamente diverso. Poiché la maggior parte dei radioamatori o artigiani che hanno bisogno di creare un dispositivo di trasformazione per le esigenze delle loro apparecchiature elettriche non sempre hanno le conoscenze e le abilità adeguate su come realizzare un dispositivo di trasformazione, quindi questo materiale è rivolto specificamente a questa categoria di persone.

Preparazione per l'avvolgimento

Il primo passo è fare il calcolo corretto del trasformatore. Calcola il carico sul trasformatore. Viene calcolato sommando tutti i dispositivi collegati (motori, trasmettitori, ecc.) che verranno alimentati dal trasformatore. Ad esempio, una stazione radio ha 3 canali con una potenza di 15, 10 e 15 watt. La potenza totale sarà pari a 15 + 10 + 15 = 40 watt. Quindi, prendi la correzione per l'efficienza del circuito. Quindi la maggior parte dei trasmettitori ha un'efficienza di circa il 70% (più precisamente, sarà nella descrizione di un circuito specifico), quindi un oggetto del genere dovrebbe essere alimentato non con 40 W, ma con 40 / 0,7 = 57,15 W. Vale la pena notare che anche il trasformatore ha una propria efficienza. Di solito efficienza del trasformatoreè 95-97%, ma dovresti prendere la correzione per fatto in casa e prendere l'efficienza pari a 85-90% (selezionata indipendentemente). Pertanto, la potenza richiesta aumenta: 57,15 / 0,9 = 63,5 watt. I trasformatori standard di questa potenza pesano circa 1,2-1,5 kg.

Successivamente, vengono determinati con le tensioni di ingresso e di uscita. Prendiamo ad esempio un trasformatore step-down con tensioni di 220 V in ingresso e 12 V in uscita, la frequenza è standard (50 Hz). Determina il numero di giri. Quindi, su un avvolgimento il loro numero è 220 * 0,73 = 161 giri (arrotondato per eccesso a un numero intero) e sul fondo 12 * 0,73 = 9 giri.

Dopo aver determinato il numero di giri, procedere alla determinazione del diametro del filo. Per fare ciò, è necessario conoscere la corrente che scorre e la densità di corrente. Per installazioni fino a 1 kW, la densità di corrente viene scelta nell'intervallo 1,5 - 3 A / mm 2, la corrente stessa viene calcolata approssimativamente in base alla potenza. Pertanto, la corrente massima per l'esempio selezionato sarà di circa 0,5-1,5 A. Poiché il trasformatore funzionerà con un carico massimo di 100 W con raffreddamento ad aria naturale, si presume che la densità di corrente sia di circa 2 A / mm 2. Sulla base di questi dati, determiniamo la sezione del filo 1/2 = 0,5 mm 2. In linea di principio, la sezione trasversale è sufficiente per selezionare un conduttore, ma a volte è richiesto anche un diametro. Poiché la sezione trasversale si trova secondo la formula pd 2 / 2, il diametro è uguale alla radice di 2 * 0,5 / 3,14 = 0,56 mm.

Allo stesso modo si trovano la sezione e il diametro del secondo avvolgimento (o, se ce ne sono più, tutti gli altri).

Materiali di avvolgimento

L'avvolgimento di un trasformatore richiede un'attenta selezione dei materiali utilizzati. Quindi, quasi ogni dettaglio è importante. Avrai bisogno:

1. Telaio trasformatore. È necessario isolare il nucleo dagli avvolgimenti, contiene anche le bobine degli avvolgimenti. La sua fabbricazione è realizzata con un materiale dielettrico durevole, che deve essere necessariamente abbastanza sottile per non occupare spazio negli intervalli ("finestra") del nucleo. Spesso per questi scopi vengono utilizzati cartone speciale, textolite, fibre, ecc.. Dovrebbe avere uno spessore minimo di 0,5 m e un massimo di 2 mm. Il telaio deve essere incollato, per questo vengono utilizzati normali adesivi per falegnameria (nitro-adesivi). Le forme e le dimensioni dei telai sono determinate dalle forme e dalle dimensioni del nucleo. In questo caso, l'altezza del telaio dovrebbe essere leggermente maggiore dell'altezza delle piastre (altezza di avvolgimento). Per determinarne le dimensioni, è necessario effettuare misurazioni preliminari delle piastre e stimare approssimativamente l'altezza dell'avvolgimento.
2. Nucleo. Un nucleo magnetico viene utilizzato come nucleo. Le piastre del trasformatore spellate sono le più adatte a questo, poiché sono realizzate con leghe speciali e sono già progettate per un certo numero di giri. La forma più comune del circuito magnetico ricorda la lettera "Ш". Allo stesso tempo, può essere tagliato da vari grezzi disponibili. Per determinare le dimensioni è necessario pre-avvolgere i fili degli avvolgimenti. All'avvolgimento, che ha il maggior numero di giri, determinare la lunghezza e la larghezza delle piastre centrali. Per questo, viene presa la lunghezza dell'avvolgimento + 2-5 cm e la larghezza dell'avvolgimento è + 1-3 cm, quindi si verifica una determinazione approssimativa della dimensione del nucleo.
3. Il cavo. Qui vengono considerati gli avvolgimenti e i fili per i cavi. La scelta migliore per avvolgimenti si considerano le bobine di un trasformatore fili di rame con isolamento smaltato (tipo "PEL" / "PE"), questi fili sono sufficienti per avvolgere non solo trasformatori per esigenze radioamatoriali, ma anche per trasformatori di potenza (ad esempio per saldatura). Hanno un'ampia selezione di sezioni, che consente di acquistare il filo della sezione desiderata. I fili che escono dalle bobine devono avere una sezione maggiore ed essere isolati con PVC o gomma. Fili spesso utilizzati della serie "PV" con una sezione trasversale di 0,5 mm 2. Si consiglia di prendere i cavi di uscita con isolamento colori differenti(in modo che non ci sia confusione durante la connessione).
4. Cuscinetti isolanti. Sono necessari per aumentare l'isolamento del filo dell'avvolgimento. Di solito si usa carta spessa e sottile come distanziatori (la carta da lucido è adatta), che viene posata tra le file. In questo caso, la carta deve essere completa, senza rotture e forature. Inoltre, gli avvolgimenti vengono avvolti con tale carta dopo che sono tutti pronti.

Modi per accelerare il processo

Molti radioamatori hanno spesso speciali dispositivi primitivi per avvolgere gli avvolgimenti. Esempio: una bobinatrice primitiva è un tavolo (spesso un supporto) su cui sono installate barre con asse longitudinale rotante. La lunghezza dell'asse viene scelta 1,5-2 volte la lunghezza del telaio delle bobine del trasformatore (viene presa la lunghezza massima), in una delle uscite delle barre, l'asse deve avere una maniglia per la rotazione.

Sull'asse viene posizionato un telaio della bobina, che viene fermato su entrambi i lati da perni restrittivi (che impediscono al telaio di muoversi lungo l'asse).

Successivamente, un filo di avvolgimento viene fissato alla bobina da una delle estremità e l'avvolgimento viene eseguito ruotando la manopola dell'asse. Un design così primitivo accelererà notevolmente l'avvolgimento degli avvolgimenti e lo renderà più accurato.

Processo di avvolgimento

L'avvolgimento del trasformatore consiste nell'avvolgimento degli avvolgimenti. Per fare ciò, il filo che si prevede di utilizzare per gli avvolgimenti viene avvolto saldamente su qualsiasi bobina (per semplificare il processo). Inoltre, la bobina stessa è installata sul dispositivo sopra indicato o avvolta "manualmente" (questo è difficile e scomodo). Successivamente, l'estremità del filo dell'avvolgimento viene fissata sulla bobina dell'avvolgimento, a cui viene saldato il cavo (questo può essere fatto sia all'inizio che alla fine dell'operazione). Quindi la bobina inizia a ruotare.

In questo caso, la bobina non dovrebbe spostarsi da nessuna parte e il filo dovrebbe avere una forte tensione per una posa stretta.

L'avvolgimento delle spire di filo deve essere eseguito longitudinalmente in modo che le spire si incastrino il più strettamente possibile. Dopo che la prima fila di spire è stata avvolta lungo la lunghezza, viene avvolta con una speciale carta isolante in più strati, dopodiché viene avvolta la fila successiva di spire. In questo caso, le file dovrebbero adattarsi perfettamente l'una all'altra.

Nel processo di avvolgimento, dovresti controllare il numero di giri e fermarti dopo aver avvolto la quantità desiderata. È importante che vengano conteggiate le spire complete, non tenendo conto del consumo di filo (cioè la seconda fila di spire richiede più filo, ma il numero di spire è avvolto).

Gli avvolgimenti dei trasformatori di bassa potenza sono generalmente realizzati con filo tondo. Attualmente, ci sono un gran numero di marche di fili per avvolgimento. I fili sono realizzati con isolamento fibroso, smaltato e combinato di smalto-fibra. Per designare le marche di cavi accettate designazioni di lettere. La prima lettera per tutti i tipi di isolamento P (filo). L'isolamento fibroso ha la designazione: B - filato di cotone, W - seta naturale. ShK o K - rayon (kapron), C - fibra di vetro, A - fibra di amianto. La lettera successiva O o D indica uno o due strati di isolamento. I fili nell'isolamento smaltato sono contrassegnati dalla lettera E. L'isolamento combinato è costituito da un isolamento smaltato, inoltre ricoperto da un isolamento fibroso. Nella produzione di trasformatori a bassa potenza vengono utilizzati principalmente fili con isolamento smaltato. Lo strato di smalto deve avere una superficie continua e uniforme e avere sufficiente resistenza meccanica ed elasticità. Lo strato di smalto non deve incrinarsi o staccarsi dal rame durante l'avvolgimento. Elevata resistenza meccanica e maggiore resistenza al calore dell'isolamento vinilico flessibile, che consente di ridurre significativamente il numero di distanziatori intercalari, aumentare la conduttività termica e la densità di corrente consentita, a condizione che i fili di grado PEV-1, PEV-2, PETV, ecc. ampia applicazione nella produzione di trasformatori di bassa potenza. Attualmente, i fili isolati con filato di cotone e nastri di carta di qualità PBD, PBOO, PBBO, ecc. sono ampiamente utilizzati in trasformatori di potenza di media e alta potenza e nei trasformatori di misura (tensione e corrente) operanti in olio. I fili smaltati non vengono utilizzati in tali trasformatori. Per trasformatori tipo aperto, alimentazione per tensioni fino a 500 V e trasformatori di corrente fino a 6-10 kV vengono utilizzati come avvolgimenti con filo PBD e combinati con smalto e rivestimento in cotone, ma allo stesso tempo gli avvolgimenti del trasformatore devono essere impregnati o composti. Per la saldatura, il carico e altri trasformatori e dispositivi simili, devono essere utilizzati fili isolati in vetro. Vengono utilizzati anche fili nell'isolamento dell'amianto, ma le loro proprietà elettriche e la loro resistenza sono molto peggiori, lo spessore dell'isolamento è aumentato, il che riduce la conduttività termica degli avvolgimenti. Inoltre, sono igroscopici. Per i lavori di cui sopra, a volte vengono utilizzati fili rettangolari. Questi ultimi sono realizzati dai marchi: PBD, PBOO, PSD, PSDK, PDA. Lo spessore e l'isolamento rientrano nei gradi del filo tondo - o limiti superiori - o leggermente superiori. Delle marche indicate di fili per trasformatori di bassa potenza, il filo PELSHO viene utilizzato per gli avvolgimenti sovratensione(ad esempio, negli avvolgimenti alta tensione oscilloscopio e in altri casi). PELSHO (e PELBO) è opportuno da utilizzare per l'avvolgimento a biscotto di piccoli trasformatori impregnati di collanti, data l'elevata adesione dei materiali fibrosi alla maggior parte dei collanti. Il filo PESHO è ampiamente utilizzato nei circuiti dei ricevitori radio, ma l'idoneità di una particolare impregnazione (e di altri materiali) è determinata dal fattore di perdita, che non è essenziale per una frequenza di 50 Hz. Nei casi in cui uno dei requisiti principali per l'attrezzatura (trasformatore) è l'affidabilità, l'avvolgimento deve essere impregnato con un qualche tipo di vernice o composto. Un significativo aumento dell'affidabilità è facilitato da modalità di funzionamento più leggere degli avvolgimenti e dall'uso di materiali con una temperatura in termini di resistenza al calore 1-2 classi superiori alla temperatura di esercizio dell'avvolgimento. Nei casi in cui il trasformatore può funzionare in modo forzato, l'avvolgimento deve essere impregnato, poiché ciò aumenta la conducibilità termica e la resistenza al calore a causa di una temperatura più uniforme nello spessore dell'avvolgimento. Nella modalità forzata, è consentito aumentare il riscaldamento del trasformatore di 10-12 ° C al di sopra della temperatura di questa classe. In questo caso, il processo di invecchiamento del materiale viene accelerato di circa (in media) 2 volte. Va notato che le temperature consentite per i fili PEL, PEL 100-105 ° C, PET 125 ° C, PEV-1, PEV-2 110 ° C. Per i trasformatori soggetti a requisiti di affidabilità, le modalità forzate sono inaccettabili. La scala data delle classi di resistenza al calore è accettata sia in Russia che in numerosi paesi stranieri. Il limite inferiore delle temperature consentite per i fili di smalto è di 60 ° C. A questa temperatura, lo smalto non deve rompersi e rimanere indietro rispetto al rame.