Как правильно намотать трансформатор для электрошокового устройства на сердечнике Б22. Какие инструменты и материалы потребуются для намотки. Каковы особенности технологии намотки преобразователя для ЭШУ. Какие параметры важно учитывать при расчете и изготовлении трансформатора.
Основные компоненты и инструменты для намотки трансформатора ЭШУ
Для успешной намотки трансформатора электрошокового устройства (ЭШУ) на сердечнике Б22 потребуется следующее:
- Ферритовый сердечник Б22
- Медный эмалированный провод подходящего сечения
- Изоляционная лента или лакоткань
- Устройство для намотки (моталка)
- Мультиметр для проверки намотки
- Паяльник и припой для соединения выводов
Какой провод лучше выбрать для намотки трансформатора ЭШУ. Оптимальным вариантом является медный эмалированный провод диаметром 0,1-0,3 мм. Тонкий провод позволит сделать больше витков, что важно для получения высокого выходного напряжения.
Расчет параметров трансформатора для электрошокера
Перед началом намотки необходимо произвести расчет основных параметров трансформатора:
- Определить требуемый коэффициент трансформации
- Рассчитать количество витков первичной и вторичной обмоток
- Выбрать оптимальное сечение провода для каждой обмотки
- Учесть особенности сердечника Б22 при расчетах
Как рассчитать количество витков обмоток трансформатора ЭШУ. Число витков первичной обмотки обычно составляет 20-50, а вторичной — несколько тысяч. Точное соотношение зависит от входного напряжения и требуемого выходного напряжения электрошокера.
Подготовка сердечника Б22 к намотке
Перед намоткой необходимо правильно подготовить ферритовый сердечник Б22:
- Очистить поверхность сердечника от загрязнений
- Проверить целостность сердечника, отсутствие сколов и трещин
- При необходимости нанести изоляционное покрытие
- Закрепить сердечник на устройстве для намотки
Зачем нужно изолировать сердечник перед намоткой. Нанесение тонкого слоя изоляции (например, лакоткани) на поверхность сердечника предотвратит возможное повреждение изоляции провода при намотке и снизит вероятность межвитковых замыканий.
Технология намотки первичной обмотки трансформатора
Процесс намотки первичной обмотки трансформатора ЭШУ включает следующие этапы:
- Закрепление начала провода на сердечнике
- Равномерная намотка расчетного количества витков
- Контроль натяжения провода при намотке
- Фиксация конца обмотки и вывода
- Изоляция готовой первичной обмотки
Как обеспечить равномерность намотки первичной обмотки. Для этого следует использовать специальное устройство с механизмом укладки витков или выполнять намотку вручную с постоянным контролем равномерности укладки и плотности прилегания витков друг к другу.
Особенности намотки вторичной обмотки трансформатора ЭШУ
Намотка вторичной обмотки имеет свои нюансы:
- Использование более тонкого провода
- Большее количество витков (тысячи)
- Необходимость послойной изоляции
- Повышенные требования к изоляции между слоями
- Важность точного подсчета витков
Почему важна послойная изоляция при намотке вторичной обмотки. Послойная изоляция предотвращает возникновение межвитковых замыканий и пробоев между слоями обмотки, что критично для надежной работы высоковольтного трансформатора ЭШУ.
Методы изоляции между слоями вторичной обмотки
Для качественной изоляции между слоями вторичной обмотки можно использовать следующие методы:
- Прокладка тонкой лакоткани между слоями
- Нанесение изоляционного лака после каждого слоя
- Использование специальной изоляционной ленты
- Применение метода «намотки виток к витку» для снижения напряжения между соседними витками
Финальная сборка и тестирование трансформатора
После завершения намотки обмоток необходимо выполнить следующие шаги:- Проверка сопротивления и отсутствия замыканий в обмотках
- Изоляция выводов трансформатора
- Пропитка обмоток изоляционным лаком (при необходимости)
- Установка магнитопровода (если используется)
- Финальное тестирование трансформатора
Как проверить качество намотки трансформатора ЭШУ. Основные методы включают измерение сопротивления обмоток, проверку отсутствия межвитковых замыканий и тестирование трансформатора под нагрузкой с контролем выходного напряжения.
Меры безопасности при работе с высоковольтными трансформаторами
При работе с трансформаторами для ЭШУ необходимо соблюдать следующие меры безопасности:
- Использование изолирующих перчаток и инструментов
- Работа с обесточенным устройством
- Правильное заземление оборудования
- Соблюдение правил электробезопасности
- Хранение готового трансформатора в изолированном виде
Почему важно соблюдать меры безопасности при работе с трансформаторами ЭШУ. Высокое выходное напряжение трансформатора может представлять серьезную опасность для жизни и здоровья. Строгое соблюдение правил безопасности минимизирует риски поражения электрическим током.
Оптимизация характеристик трансформатора ЭШУ
Для улучшения характеристик трансформатора электрошокера можно применить следующие методы:
- Использование сердечника с оптимальными магнитными свойствами
- Подбор оптимального соотношения витков первичной и вторичной обмоток
- Применение провода с минимальными потерями
- Оптимизация геометрии намотки для снижения паразитных емкостей
- Использование качественных изоляционных материалов
Как влияет выбор сердечника на эффективность трансформатора ЭШУ. Правильно подобранный сердечник обеспечивает оптимальную передачу энергии между обмотками, снижает потери и улучшает общую эффективность трансформатора.
Влияние частоты преобразователя на конструкцию трансформатора
Частота работы преобразователя ЭШУ существенно влияет на конструкцию трансформатора:
- Более высокая частота позволяет уменьшить габариты трансформатора
- При повышении частоты необходимо учитывать скин-эффект в проводах
- Выбор материала сердечника зависит от рабочей частоты
- С ростом частоты возрастают потери в сердечнике
Намотка трансформатора для электрошокового устройства на сердечнике Б22 требует тщательного подхода к расчетам, выбору материалов и соблюдению технологии намотки. При правильном выполнении всех этапов можно получить эффективный и надежный трансформатор, обеспечивающий требуемые характеристики ЭШУ. Важно помнить о мерах безопасности при работе с высоковольтными устройствами и соблюдать все необходимые правила.
Штука для намотки трансформаторов. Без Arduino / Хабр
В одном из проектов понадобилось намотать под сотню трансформаторов. Это стало поводом пересмотреть нелюбовь к моточным изделиям, которая тянулась ещё со школы, где, помогая в кабинете физики, вручную перематывал большую катушку для опытов Фарадея. Зелёную, как сейчас помню.
Поэтому вместо поиска трансформаторного завода меня манил ящик с деталями от старых проектов.
Видео
Проектирование
Быстрый поиск показал, что большая часть комплектующих в нём уже есть. Нашёлся даже шаговый мотор с винтом на ось укладчика, который достался в наследство с 3Д принтером.
Пока шли недостающие драйверы и шаговый мотор со сквозным валом, прикидывал конструкцию во Fusion 360 и печатал детали импровизированного укладчика.
Первая версия механикиНа 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.
Вторая версия механикиПрограммирование
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.
Controllino, Arduino и ПЛК S7-1200В 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.
Настройка параметров осиПрограммирование 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:
Визуальный редактор GUIВ 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.