Намотка тороидального трансформатора: Тороидальный трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

На тот момент была идея установить энкодер с другой стороны вала, чтобы подкрутить катушку рукой на паузе не сбивая счёт. Идея оказалась не востребованной и осталось просто колёсико.

Когда все детали оказались на столе, оставалось просто собрать всё в одну конструкцию.

Так за выходные получилось Мотало.

Управление

Сразу встал вопрос с управлением. Рядом с Ардуино нашёлся стенд с ПЛК Siemens, который показался более интересной альтернативой. Тем более в нём уже был экран для простого пользовательского интерфейса. Ещё нашлась плата управления 3D принтером под Marlin, но экран победил.

Первый запуск показал работоспособность изделия: катушка мотается, проволока укладыватся, но держатель катушки, казавшийся ровным на экране, в реальности оказался не таким из-за своей конструкции и особенностей FDM печати.

Вторая версия держателя, спроектированная под фотополимерный принтер, получилась удачнее. Появилась поддержка катушки с другой стороны: сверло, как ровный калиброванный вал нашедшийся под рукой, вращается в подшипниках и пружиной зажимает катушку между двумя половинами держателя. Это сильно улучшило повторяемость установки и стабильность катушки на высоких скоростях.

Программирование

ПЛК можно рассматривать как большую Ардуину в которой решены вопросы корпусирования, защиты портов ввода-вывода и связи с внешним миром. Как Controllino, только для промышленного применения. Вместо breadboard и «DuPont» — плоская отвёртка и провода с наконечниками.

В среде TIA Portal, через которую происходит программирование ПЛК, многие параметры конфигурируются мышкой, как в CubeMX от STM. Настраивается не только низкоуровневая периферия, но и высокоуровневые объекты-«библиотеки».

Для намотки потребовалось два таких технологических объекта для управления осями. В каждом объекте выбирается выход, куда подключён драйвер шагового двигателя, количество импульсов на оборот и задаются динамические характеристики. Даже джерки из коробки.

Программирование похоже на программирование микроконтроллеров. Только вместо C — Паскале-подобный МЭК язык. Например Blink в одну строчку:

"LED_Out" := "Clock_1Hz";

LED_Out — это выход ПЛК, а Clock_1Hz — системная переменная типа Bool, которая меняет своё значение раз в секунду.

Вначале код намотки был тривиален — после каждого слоя расчёт движения последующего и запуск на исполнение. Но в процессе эксплуатации захотелось дополнительных возможностей: отвода укладчика с одновременным медленным поворотом катушки в обратном направлении для более удобного отрезания и закрепления проволоки, режима ручной укладки тейпа и замедления на сменах направления движения укладчика. Показалось интересным добавить функцию растягивания неполного слоя на два, чтобы конец обмотки оказался там же, где и начало для соединения с контактами.

После таких доработок изначальный код превратился в стейт-машину под сотню строк.

CASE "Control_DB".state OF
// …
    "STATE_IDLE":
        IF "Control_DB".doRun THEN
            "Control_DB".
  doRun := FALSE;
            "Control_DB".state := "STATE_WINDING_PREPARE";
            "Control_DB".isAxisEnable := TRUE;
            
        ELSIF "Control_DB".doSetHome THEN
            "Control_DB".doSetHome := FALSE;
            #home := true;
        END_IF;
        
        
    "STATE_WINDING_PREPARE":
        #_rodPosition_mm := 0;
        #_rodVelocity_mms := 2;
        
        #_coilRotations := 0;
        #_coilVelocity_rps := 1;
        
        #_doExecuteCoil := TRUE;
        #home := true;
        
        "Control_DB".state := "STATE_WINDING_RUN_NEXT";
    "STATE_WINDING":
// …
    "STATE_WINDING_RUN_NEXT":
// …
    "STATE_MOVE_ROD_PREPARE":
// …
    "STATE_MOVE_ROD":
// …
    "STATE_TAPING_PREPARE":
// …
    "STATE_TAPING":
// …
    "STATE_RETURN_ROD_PREPARE":
// …
    "STATE_RETURN_ROD":
// …    
END_CASE;

А ведь ещё хочется автоматического закрепления и отрезания проволоки на выводах. Но это пока больше вопрос механики.

Интерфейс для экрана собирается мышкой, почти как WinForms в VisualStudio. Похожие свойства и события в элементах управления:

В получившемся интерфейсе задаётся количество витков, диаметр проволоки, ширина катушки и скорость намотки. Также есть кнопки остановки, запуска, начала намотки тейпа и обнуления.

Мотало в действии

Теперь нужно ввести параметры намотки, вставить корпус трансформатора, закрепить проволоку и запустить намотку. А в конце сделать несколько оборотов специальной лентой.

Режим с растягиванием слоя на два сработал только на тонкой проволоке. На более толстой два слоя вместо одного не влезли на катушку — они не дают катушке сесть на плату.

Итоги

Укладчик делался без серьёзных исследований, поэтому не получается виток-к-витку на тонком проводе, хотя и позволяет наматывать на скорости 10-15 об/сек и получать готовый трансформатор примерно за пять минут.

Моточные изделия теперь кажутся чуть менее страшными. Но, пожалуй, нужно всё-таки искать завод.

В качестве послесловия

Как так же просто сделать аналогичное устройство на отечественных аналогах — пока не знаю.

Надеялся на ОВЕН, но у них в ПЛК нет похожих удобных штук для управления осями (хотя, на ПЛК 110 можно извернуться и сделать руками в прерывании), а о разрабатываемом модуле управления перемещением МП210-601 поддержка сказала, что приоритеты сменились и планов по выпуску оного пока нет. И даже в  АСУТП-шной группе в Телеграм не нашлось подходящего ответа. Если кто-то знает удобную штуку для управления осями — поделитесь, пожалуйста, в комментариях.

Что делает хороший тороидальный трансформатор? : The Talema Group

Выбор материала сердечника

Как правило, цена трансформатора определяется его сердечником и медью, а все остальные материалы составляют лишь 10–15% цены. Цены на медь, как правило, определяются Лондонской биржей металлов (LME), но стоимость сердцевины может сильно различаться в зависимости от выбора материала

Некоторые недорогие производители (многие из которых базируются в Китае) могут снизить цены за счет использования переработанной стали. (Класс B) для сердечников трансформаторов. Однако этот более дешевый материал сердечника достигается за счет более низкой надежности и производительности.

Высокопроизводительные сердечники изготавливаются из непрерывной полосы первичной стали высшего сорта, не оставляя воздушных зазоров и незакрепленных листов стали или пластин, вызывающих вибрацию. Использование первичного материала также позволяет инженерам проектировать трансформаторы с точкой магнитной индукции, заданной заводами, что снижает потери, связанные с трансформаторами.

Низкий уровень шума и высокая эффективность — две популярные причины выбора тороидальных трансформаторов. Талема разработала специальные технологии производства, чтобы обеспечить максимально тихие сердечники без каких-либо общих недостатков, таких как более высокие потери и большие размеры.

Выбор магнитной проволоки

Провод для обмотки, используемой в электрическом оборудовании, обычно называется магнитной проволокой. Для этой цели используются как алюминий, так и медь, но в тороидальных трансформаторах обычно предпочтительнее использовать медь из-за ее пропускной способности по току, стоимости, размера, а также электрических и тепловых свойств.

Обмотки тороидального трансформатора открыты по всей поверхности трансформатора, что обеспечивает оптимальную передачу тепла от медных обмоток. Это часто позволяет разработчику использовать провод несколько меньшего сечения, чем было бы целесообразно в противном случае, не превышая указанный предел повышения температуры, если позволяют соображения регулирования нагрузки и эффективности.

Эмалированный провод с двойным покрытием также важен для снижения риска короткого замыкания после намотки провода на сердечник.

Методы намотки

Процесс намотки тороидального трансформатора также имеет особое значение. Конструкция обмотки может сильно влиять на индуктивность рассеяния, поэтому необходимо соблюдать особую осторожность при работе с определенными токами утечки.

Намотка эмалированного провода должна быть расположена ровно и выровнена, а мощность намотки машины должна быть правильно отрегулирована, чтобы избежать перфорации эмалированного провода в процессе намотки. Таким образом, эмалированный провод может равномерно окружать тороидальный сердечник без риска короткого замыкания.

Метод обмотки пучка

Обмотка пучка — это катушка, в которой обмотка намотана таким образом, что части всей обмотки наматываются в виде нескольких сегментов в форме пирога вокруг тороида. После того, как желаемое нечетное количество сегментов было намотано в одном направлении (по часовой стрелке), последующие четные сегменты наматываются в другом направлении (против часовой стрелки). Это повторяется до тех пор, пока обмотка не будет завершена. Намотка на банк значительно снижает максимальный межвитковый градиент напряжения или нагрузку на изоляцию проводника. Таким образом, обеспечивается защита от скачков напряжения, которые очень распространены в любом приложении.

Метод межобмоточной изоляции

Метод межобмоточной изоляции размещает слой майларовой изоляции посередине одиночной первичной обмотки или между отдельными обмотками в двойной первичной конфигурации.

Выбор подходящих изоляционных материалов

Изоляционный материал тороидального трансформатора определяет его безопасность и срок службы. Чем лучше изоляционный материал, тем выше ударопрочность. Надлежащая изоляция значительно снижает вероятность короткого замыкания и утечки, что обеспечивает очень долгий срок службы трансформатора.

Как правило, все трансформаторы должны соответствовать международным стандартам безопасности, например стандартам, изданным Underwriters Laboratories (UL) и Международной электротехнической комиссией (IEC). В этих нормах безопасности указаны данные по изоляции для изоляции на основе пластмассы сухого типа, используемой между первичной и вторичной обмотками в тороидальных силовых трансформаторах, такие как минимальная общая толщина изоляции (DTI), минимальное количество слоев пластиковой пленки и минимальный путь утечки. по поверхности изоляционного материала.

Тороидальные трансформаторы требуют изоляции в разных местах или на разных этапах строительства. Международные стандарты безопасности устанавливают минимальные требования к общей толщине изоляции, а также к количеству слоев изоляции и необходимых путей утечки. Изоляция предусмотрена между тороидальным сердечником и первой обмоткой (заземляющая изоляция), между последовательными обмотками (межобмоточная изоляция) и снаружи последней обмотки (внешняя обмотка).

Изоляция жил обычно выполняется одним из следующих способов:

1. Отверждение изолирующего слоя из пластика или керамического материала на внешней поверхности жилы.
2. Установка пластиковых колпачков сверху и снизу сердечника.
3. Намотайте узкую полоску пластика внахлест через центральное отверстие в тороиде.

Первые два метода изоляции сердечника не подходят для изоляции, расположенной на обмотке, поскольку обмотка не выдерживает высокой температуры отверждения, а размер и форма обмоток настолько изменчивы, что нельзя использовать стандартные колпачки. Таким образом, изоляция обмоток производится почти исключительно путем намотки узкой полоски пластика через центр тороида внахлест.

Пропитка

Трансформаторы с низкой номинальной мощностью и небольшим сечением проводов могут быть пропитаны для увеличения срока службы и предотвращения короткого замыкания. В специальных приложениях, таких как аудио, тороидальный сердечник часто пропитывают для подавления слышимого шума.

Провода и гильзы

Как и изоляция, провода и гильзы должны соответствовать международным стандартам безопасности. Talema обычно использует подводящие провода категории UL AVLV2 с кабелями не менее 300 В и муфты категории UL YDPU2/UZFT2 с трубками не менее 300 В. Оба они выбраны в соответствии со стандартами EN61558, UL5085, UL60601-1 и UL62368. На трансформаторах более высоких классов изоляции (класса В и F) используются токоподводящие провода и материал оболочки более высоких категорий по напряжению/температуре.

Электростатический экран

Электростатические экраны иногда добавляются к тороидальным трансформаторам для фильтрации электростатических помех от сети питания и для отвода на землю в случае выхода из строя основной изоляции. Экраны изготавливаются с использованием катушки обмотки с медным слоем, изолированной полиэстером, которая обычно наматывается между первичной и вторичной обмотками. Доступны два метода строительства: снаружи закрытый и снаружи открытый.

Магнитный экран

Тороидальные трансформаторы уже по своей природе имеют низкие магнитные поля рассеяния. Если требуется дальнейшее уменьшение, то трансформаторы могут поставляться с дополнительным магнитным экранированием. В этом экранировании используется тонкий лист текстурированной кремнистой стали с несколькими слоями, плотно намотанными по окружности тороидального трансформатора и закрепленными внешней оберткой.

Заливка или герметизация

Термопластический материал используется для герметизации или герметизации и обеспечивает превосходную защиту от ударов и вибрации. По желанию заливочный материал также может быть теплопроводным.

Заключение

Общее качество тороидального трансформатора определяется многими вариантами конструкции. Как и в случае любого инженерного компонента, стоимость зависит от качества материалов и методов строительства. Инженеры-конструкторы компании Talema обладают многолетним опытом разработки нестандартных магнитов и будут рады помочь вам выбрать компоненты для вашего следующего проекта. Свяжитесь с нами сегодня!

Главная – Fair-Rite

Запросить цену

Запросить образец

Спросить у консультанта

ПРОТОТИПИРОВАНИЕ

Наша команда технических инженеров разрабатывает надежный процесс для вашего приложения

Дизайн

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 9 0090

Наша команда технических инженеров разрабатывает надежный процесс для вашего приложение нужно

Разработка

ПРОИЗВОДСТВО

Изготовление ферритовых компонентов по индивидуальному заказу на наших трех предприятиях по всему миру

Доставка

ПРОТОТИПИРОВАНИЕ

Наша команда технических инженеров разрабатывает надежный процесс для вашего приложения

Дизайн 900 05

ИНЖИНИРИНГ

Наша инженерно-техническая команда разрабатывает надежный процесс для вашего приложения

Разработка

ПРОИЗВОДСТВО

Ферритовые компоненты на заказ производятся на наших трех предприятиях по всему миру

Deliver

Инженерные комплекты

Fair-Rite предлагает полную линейку инженерных комплектов, включающих наши лучшие детали и линии продуктов. Доступно для всех ваших потребностей в дизайне.

См. Комплекты

Инженерные комплекты

Fair-Rite предлагает полную линейку инженерных комплектов, включающую наши лучшие детали и линии продуктов. Доступно для всех ваших потребностей в дизайне.

См. комплекты

ОБРАБОТКА ПРОТОТИПОВ

Пользовательские возможности

ОБРАБОТКА ПРОТОТИПОВ

Индивидуальные возможности

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ВСЕМУ МИРУ

Плоский камень

Уоллкилл

Провинция Цзянсу

Свяжитесь с нами

FAIR-RITE NEWS

Содержит набор деталей для кабелей различного диаметра. Рекомендуемая рабочая частота 1–300 МГц.

ПОДРОБНЕЕ

Содержит подборку из 44 материалов Snap-It. 44 — рекомендуемый нами материал для подавления кондуктивных электромагнитных помех в диапазоне 25–300 Ом.

ПОДРОБНЕЕ

Набор из 61 материала Snap-It.

ПОДРОБНЕЕ

ЧЕСТНЫЙ ОБряд

УМНЫЕ ДОМА

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

АВТОМОБИЛЬНАЯ

СМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ

МЕДИЦИНА

СМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ

РЕАЛЬНЫЕ ЛЮДИ, РЕАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

Мы, команда преданных своему делу профессионалов, создаем лучшие ферритовые изделия и инновационные решения для мировой электронной промышленности, стремясь улучшить будущее наших клиентов, нашей компании, нашего общества, наших семей и самих себя.

Подробнее о нас

Узнайте о карьерных возможностях в Fair-Rite

РЕАЛЬНЫЕ ЛЮДИ,

Мы, команда преданных своему делу профессионалов, создаем лучшие ферритовые изделия и инновационные решения для мировой электронной промышленности, стремясь улучшить будущее наших клиентов, нашей компании, нашего общества, наших семей и самих себя.