Как сделать трансформатор своими руками: Токовый трансформатор своими руками

Содержание

Токовый трансформатор своими руками

Иногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока.

Что это такое?

Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный!

Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод.

ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.

Основные соотношения

Проделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:

Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:

Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:

К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке ( да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.

Применения

Раз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.

Запаздывание по фазе

Для автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала.

Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов

Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е.

Для предыдущего примера с трансформатором Тесла, возьмем сердечник R25.3 из материала N87 фирмы Epcos. В качестве паразитной емкости, возьмем 1нФ. Не спрашивайте, откуда такая емкость. Мне она кажется значительно большей, чем может возникнуть в любой реальной ситуации. Модель выглядит так:

Результаты симуляции при к. связи = 1

Как видно, отличаются только амплитуды. Сигнала. Никакого запаздывания нет в обоих случаях. Такое поведение сохраняется вплоть до очень высоких частот и до очень маленьких коэффициентов связи. Таким образом, можно сделать вывод, что фаза сигнала практически не зависит от паразитных параметров.

Каскадирование токовых трансформаторов

Люди всегда были ленивыми. Некоторым лениво встать из-за компа, а некоторым – мотать тысячи витков в ТТ. Поэтому придумали соединять трансформаторы последовательно. Решение спорное, и поэтому попробуем его проанализировать при помощи того-же симулятора. Включим последовательно два трансформатора на том-же сердечнике с обмоткой по 33 витка на каждом. Замечу, что паразитная емкость в каждом из трансформаторов сильно уменьшилась, что не удивительно.

Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.

Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно.

Прямоугольный выходной сигнал

Часто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:

Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы.

Далее идет диодная “вилка” которая защищает вход последующей микросхемы от пробоя отрицательным напряжением.

Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.

Конструкция

Заметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях.

Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч.

Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о GDT.

Чем больше проницаемость сердечника, тем больше к. связи и точнее показания, однако больше становится и паразитная индуктивность, добавляемая в измеряемые цепи. Это часто нежелательно. На практике, в качестве сердечника для ТТ может использоваться практически любой феррит, работающий на необходимой частоте. Для низкочастотных применений используют обычное трансформаторное железо.

В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.

Промышленные ТТ

Естественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений. Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”

Еще почитать

К моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое.

Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории.

Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.

Подбор материалов

Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.

Пропитка нужна для повышения времени работы, но, она повышает паразитную емкость катушки. Для этой цели применяют лак. Для простого трансформатора можно использовать масляный лак. Покрывается каждый слой. Сразу все слои пропитать невозможно. Лак не должен быстро засохнуть до окончания намотки.

Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см 2 .

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

  • Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
  • Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
  • Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Изготовление каркаса катушки трансформатора своими руками

Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.

На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

Окончание изготовления трансформатора своими руками

Припаиваем выводные концы обмоток, изолируем поверхность простого трансформатора, подписываем на нем данные характеристики и производим сборку сердечника. После этого надо проверить этот простой трансформатор своими руками.

Замеряем ток самодельного трансформатора вхолостую, он должен быть минимальным. Смотрим на нагрев. Если греется сердечник, то неправильно подобрано железо. Если нагрелись обмотки, значит, есть короткое замыкание. Если нормально, то замыкаем ненадолго вторичную обмотку, треска и сильного гудения не должно быть.

Пример как сделать самодельный трансформатор

Перейдем к изготовлению самого трансформатора. По готовому сердечнику рассчитаем мощность трансформатора, витки и провод, намотаем первичную и вторичную обмотки, соберем трансформатор полностью.

Чтобы мотать трансформатор напряжением 220 на 12 вольт нам необходимо подобрать магнитный сердечник. Подбираем магнитный сердечник Ш-образный, и каркас от старого трансформатора. Чтобы определить мощность, выдаваемую простым трансформатором, необходимо произвести предварительный расчет.

Расчет трансформатора

Рассчитываем диаметр провода первичной обмотки. Мощность трансформатора Р1 = 108 Вт:

где: I1 – ток в первичной обмотке;

тогда ток в первичной обмотке:

Возьмем I1 = 0,5 ампера.

Из таблицы диаметр провода в зависимости от тока выбираем допустимый ток 0,56 А, диаметр 0,6 мм.

Самодельный трансформатор своими руками можно намотать без станка. На это уйдет два-три часа, не больше. Приготовим полоски бумаги для прокладки ее между слоями провода. Полоску вырезаем шириной равной расстоянию между щечками катушки трансформатора плюс еще пару миллиметров, чтобы бумага легла плотно, по краям витки не залезали друг на друга.

Длину полоски делаем с запасом два сантиметра для склеивания. По краям полоску слегка надрезаем ножницами, чтобы при изгибе бумага не рвалась.

Затем приклеиваем полоску бумаги на каркас, плотно пригладив ее.

Намотка первичной обмотки

Теперь берем провод от старой катушки, у которой провод с хорошей не потрескавшейся изоляцией. Конец провода вставляем в гибкую трубочку изоляции от старого использованного провода соответствующего подходящего диаметра. Просовываем конец обмотки в отверстие каркаса катушки (они уже имеются в старом каркасе).

Катушка мотается плотно, виток к витку. Намотав 3-4 витка, нужно прижать витки, друг к другу, чтобы намотка витков была плотной. Чтобы мотать трансформатор после намотки первого слоя, необходимо посчитать количество витков в ряду. У нас получилось 73 витка. Делаем прокладку полоской бумаги. Наматываем второй слой. Во время намотки нужно все время держать провод в натянутом состоянии, чтобы намотка получалась плотной. После второго слоя также делаем прокладку из бумаги. Если не хватает длины провода, то соединяем с ним другой провод путем спайки. Лудим лакированный провод, нагрев конец паяльником на таблетке аспирина. При этом лак хорошо снимается.

Когда намотка первичной обмотки закончена, то конец провода изолируем в трубочку и выводим наружу катушки. Между первичной и вторичной обмотками делаем обмоточную изоляцию. Можно мотать трансформатор дальше.

Вторичная обмотка

Рассчитаем диаметр провода вторичной обмотки самодельного трансформатора. Мощность вторичной обмотки примем:

Допустимый ток во вторичной обмотке будет равен:

Из таблицы диаметр в зависимости от тока: диаметр для тока 5,55 А – ближайшее значение в таблице 6,28 ампера. Для такого тока необходим диаметр провода 2 мм.

Берем провод, который мы получили при сматывании старого трансформатора. Наматываем провод вторичной обмотки по такому же принципу, как и первичную обмотку. Провод вторичной обмотки намного жестче, поэтому, чтобы он ровно ложился при намотке, периодически его необходимо осаживать ударами молотка через деревянный брусок, чтобы не повредить изоляцию. У нас получилось 3 слоя вторичной обмотки. Получился готовый намотанный каркас простого трансформатора.

Сборка трансформатора своими руками

Для ускорения сборки берем по две Ш-образные пластины. Вставляем их внутрь каркаса поочередно с двух сторон по две штуки.

Перекрывающие пластины пока не ставим. Они будут установлены позже. Если вставлять все пластины сразу всем пакетом, то между пластинами появляются зазоры и индуктивность всего сердечника падает. После сборки Ш-образных пластин самодельного трансформатора вставляем перекрывающие пластины, также по две штуки.

После сборки сердечника аккуратно обстукиваем его плоскости молотком для выравнивания пластин. При помощи стоек и шпилек будем стягивать сердечник. По правилам на шпильки надеваются бумажные гильзы для снижения потерь в сердечнике.

Концы обмоток зачищаем и лудим. Затем припаиваем к выводным планкам, которые можно прикрепить к каркасу трансформатора. Получился готовый трансформатор своими руками.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Самоделки из двигателя от стиральной машины:

1. Как подключить двигатель от старой стиральной машины через конденсатор или без него
2. Самодельный наждак из двигателя стиральной машинки
3. Самодельный генератор из двигателя от стиральной машины
4. Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат
5. Гончарный круг из стиральной машины
6. Токарный станок из стиральной машины автомат
7. Дровокол с двигателем от стиральной машины
8. Самодельная бетономешалка

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Целью является практическая реализации обогрева дома с использованием техники индукционной плавки металлов. Идея, не обладает новизной и состоит в том, чтобы индуктор разместить вокруг трубы отопления. Нагревая трубу, тем самым мы нагреваем воду которая циркулирует в системе отопления. Базовой предпосылкой, которая может значительно снизить затраты на электроэнергию является колебательный контур (индуктор->конденсаторы) который работает в резонансе. Возникает повышение напряжения примерно в десятки раз, которым и осуществляется нагрев металла.

Классические индукционные схемы, как показала практика замены выходящих из строя транзисторов, требует дорогой элементной базы. За основу была взята схема индукционного нагрева использующая ZVS (zero voltage switching) метод переключения транзисторов. Схема взята с сайта http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V – 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца – L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания – два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

Напряжение на каждом из транзисторов относительно корпуса по 800 Вольт, не важно где мерять. Частота работы схемы без металлической трубы в индукторе, 321 Кгц, ток потребления 1,7 Ампера. При добавлении металлической трубы частота понижается до 138 Кгц, ток потребления вырастает до 5А. Труба 0,5 дюйма, индуктором с внутренним диаметром 85 мм нагревается в районе средней точки до вишневого цвета.

Лучше всего в таких схемах использовать плёночные конденсаторы фирм Evox Rifa,Faratronic,Pilcor. КПД поднимется,да и количество кондёров потребуется в разы меньше.

Ток потребления определяется заполнением индуктора металлом. Стоит использовать под бесшовную трубу с максимальной толщиной стенок. При токе потребления более 12 ампер, транзисторы STP40N10 долго не живут. Рекомендованное на сайте водяное охлаждение не используется. Греются радиатор и индуктор, конденсаторы холодные. Для охлаждения транзисторных радиаторов я использовал вентилятор от компьютера. При необходимости отвод тепла можно организовать на тот же стояк отопления.

Трансформатор тока.

Вторым, не менее, если не более интересным способом нагрева теплоносителя является трансформатор тока. Трансформатор тока представляет из себя ферритовое кольцо, установленное на проводе идущем от блока конденсаторов к индуктору. Подойдут ферритовые кольца, любой магнитопроницаемости. В том числе и кольцо из трансформаторного железа. Чем ниже магнитная проницаемость магнитопровода, тем меньший радиус кольца допустим, тем ниже частота тока на выходе, тем сильнее греется магнитопровод. В случае использования трансформаторного железа эффективность нагрева максималена. Ферритовые кольца с внутренним диаметром менее 60мм для длительной работы схемы не использовать. При малом, внутреннем, диаметре ферритового кольца, менее 50мм , резко растает ток потребления, необходимый для поддержания резонанса, транзисторы выходят из строя. В случае использования сердечника от ТВС необходим зазор, это не по феншую. В случае встречной намотки обмоток, как показано на фотографии, эдс отсутсвует.

Ниже представлена схема подключения нагрузки. Лампу 220В 95W включать без диодного моста можно, но при этом следует уменьшить число витков трансформатора тока примерно до пяти, иначе лампа эффектоно сгорит. На сдвоенную пару витков, используемых в намотке обращать внимание не стоит. Так же следует поступить с парой проводов черный и красный, на транзисторных радиаторах к ним подключались высоковольтные конденсаторы от СВЧ печей. Конденсаторы сильно грелись, пришлось их заменить, провода пусть пока будут.

Ферритовые кольца размещенные в индукторе увеличивают частоту до 400 кГц, токовый трансформатор ее понижает до 100 кГц. Яркость свечения лампы регулируется частотой за счет увеличения либо уменьшения сердечника из ферритовых колец в индукторе.

На тестере видно, что при подключении нагрузки ток вырос на два ампера. (В первом случае ток необходимо умножить на 100) Это примерно равно мощности используемой лампы. Безвомездного съема энергии с токового трансформатора нет. Подключение активной нагрузки увеличивает ток потребляемый устройством. А вот использовать ферритовые кольца для нагрева теплоносителя в дополнение к индуктору – очень интересный вариант.

Дуговой разряд.

На каждые три-четыре витка токового трансформатора приходится 1000 вольт. Попытка замера напряжения на большем числе витков закончилась неудачей по причине выхода из строя тестера. Можно предположить, что напряжение на токовом рансформаторе около пяти-шести тысяч вольт, поэтому третьим источником тепла, в предлагаемой схеме является дуговой разряд. Как его еспользовать для нагрева теплоносителя, я пока не решил. Плавится все с чем дуговой разряд находится в тесном контакте.

Промежуточный итог.

1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
4. Использование дугового разряда – проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

Пример страниц руководства:

Скачать руководство полностью:

Как рассчитать и намотать трансформатор своими руками? FAQ


Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ? FAQ Часть 1

Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания. Что ж поделаешь, всё нужно делать самому. https://oldoctober.com/

В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.


Самые интересные ролики на Youtube

Те же, кто хочет углубиться в расчёты, может скачать очень хорошую книжку с примерами полного расчёта трансформатора, ссылка на которую есть в конце статьи. Также в конце статьи есть ссылка на несколько программ для расчёта трансформаторов.


Близкие темы.

Блок питания для усилителя низкой частоты из доступных деталей. УНЧ, часть 3.

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Оглавление статьи.

  1. Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?
  2. Какую схему питания УНЧ выбрать?
  3. Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.
  4. Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.
  5. Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.
  6. Как определить габаритную мощность трансформатора?
  7. Где взять исходный трансформатор?
  8. Как подключить неизвестный трансформатор к сети?
  9. Как сфазировать обмотки трансформатора?
  10. Как определить количество витков вторичной обмотки?
  11. Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?
  12. Как измерить диаметр провода?
  13. Как рассчитать количество витков первичной обмотки?
  14. Как разобрать и собрать трансформатор?
  15. Как намотать трансформатор?
  16. Как закрепить выводы обмоток трансформатора?
  17. Как изменить напряжение на вторичной обмотке не разбирая трансформатор?
  18. Программы для расчёта силовых трансформаторов.
  19. Дополнительные материалы к статье.

Страницы 1 2 3 4


Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Для колонок описанных здесь, я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:

10 * 2 = 20W

КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.

20 / 0,65 = 31W

Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.https://oldoctober.com/

31 / 0,9 = 34W


Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.
Мощность трансформатора (Вт) КПД трансформатора (%)
Броневой штампованный Броневой витой Стержневой витой Кольцевой
5-10 60 65 65 70
10-50 80 90 90 90
50-150 85 93 93 95
150-300 90 95 95 96
300-1000 95 96 96 96

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Вернуться наверх к меню


Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Вернуться наверх к меню


Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:

18 / 1,41 ≈ 12,8 V

Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.

12,8 + 0,6 = 13,4 V

*Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.

13,4 * 0.95 ≈ 12,7 V

Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху.


Те же значения для этой линейки микросхем.
Тип микросхемы На выходе трансформатора (~В) Напряжение питания max (±В)
TDA2030 12,7 18
TDA2040 14 20
TDA2050 17,4 25

Вернуться наверх к меню


Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться.

12,7 * 0.9 ≈ 11,4V

Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 0.8… 1,5V.

11,4 – 1,5 = 9,9V

*Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

После выпрямителя получаем на конденсаторе фильтра напряжение постоянного тока:

9,9 * 1,41 ≈ 14V

Но, под нагрузкой, конденсатор не будет успевать заряжаться до максимально возможного напряжения. Поэтому, и в этом случае, исходное напряжение увеличивают на 10%.

14 * 0.9 = 12,6V


В реальности, действующее напряжение может быть и выше, а 12,6 Вольта, это тот уровень, на котором предположительно возникнет ограничение аудио сигнала. На картинке изображён эпюр напряжения на нагрузке, снятый при воспроизведении частоты синусоидального сигнала. Сигнал ограничен напряжением питания УНЧ.

При ограничении сигнала возникают сильные искажения, которые фактически и ограничивают выходную мощность УНЧ.


По даташиту, при напряжении питания ±12,6 Вольта и нагрузке 4 Ω, микросхема TDA2030 развивает синусоидальную мощность 9 Ватт. Этой мощности вполне хватит для моих скромных колонок и она не выйдет за пределы допуска для TDA2030.

Выходная мощность микросхем этой серии на нагрузке 4 Ω при использовании нестабилизированного блока питания с максимальным допустимым напряжением.
Тип микросхемы Мощность на нагрузке (Вт) Напряжение питания на выходе БП под нагр. (±В)
TDA2030 9 12,6
TDA2040 22 14
TDA2050 35 18

Получив необходимые исходные данные, можно приступать к перемотке трансформатора.

Вернуться наверх к меню


Страницы 1 2 3 4


Как сделать трансформатор в домашних условиях

Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.

Подбор материалов

Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.

Пропитка нужна для повышения времени работы, но, она повышает паразитную емкость катушки. Для этой цели применяют лак. Для простого трансформатора можно использовать масляный лак. Покрывается каждый слой. Сразу все слои пропитать невозможно. Лак не должен быстро засохнуть до окончания намотки.

Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см 2 .

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

  • Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
  • Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
  • Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Изготовление каркаса катушки трансформатора своими руками

Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.

На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

Окончание изготовления трансформатора своими руками

Припаиваем выводные концы обмоток, изолируем поверхность простого трансформатора, подписываем на нем данные характеристики и производим сборку сердечника. После этого надо проверить этот простой трансформатор своими руками.

Замеряем ток самодельного трансформатора вхолостую, он должен быть минимальным. Смотрим на нагрев. Если греется сердечник, то неправильно подобрано железо. Если нагрелись обмотки, значит, есть короткое замыкание. Если нормально, то замыкаем ненадолго вторичную обмотку, треска и сильного гудения не должно быть.

Пример как сделать самодельный трансформатор

Перейдем к изготовлению самого трансформатора. По готовому сердечнику рассчитаем мощность трансформатора, витки и провод, намотаем первичную и вторичную обмотки, соберем трансформатор полностью.

Чтобы мотать трансформатор напряжением 220 на 12 вольт нам необходимо подобрать магнитный сердечник. Подбираем магнитный сердечник Ш-образный, и каркас от старого трансформатора. Чтобы определить мощность, выдаваемую простым трансформатором, необходимо произвести предварительный расчет.

Расчет трансформатора

Рассчитываем диаметр провода первичной обмотки. Мощность трансформатора Р1 = 108 Вт:

где: I1 – ток в первичной обмотке;

тогда ток в первичной обмотке:

Возьмем I1 = 0,5 ампера.

Из таблицы диаметр провода в зависимости от тока выбираем допустимый ток 0,56 А, диаметр 0,6 мм.

Самодельный трансформатор своими руками можно намотать без станка. На это уйдет два-три часа, не больше. Приготовим полоски бумаги для прокладки ее между слоями провода. Полоску вырезаем шириной равной расстоянию между щечками катушки трансформатора плюс еще пару миллиметров, чтобы бумага легла плотно, по краям витки не залезали друг на друга.

Длину полоски делаем с запасом два сантиметра для склеивания. По краям полоску слегка надрезаем ножницами, чтобы при изгибе бумага не рвалась.

Затем приклеиваем полоску бумаги на каркас, плотно пригладив ее.

Намотка первичной обмотки

Теперь берем провод от старой катушки, у которой провод с хорошей не потрескавшейся изоляцией. Конец провода вставляем в гибкую трубочку изоляции от старого использованного провода соответствующего подходящего диаметра. Просовываем конец обмотки в отверстие каркаса катушки (они уже имеются в старом каркасе).

Катушка мотается плотно, виток к витку. Намотав 3-4 витка, нужно прижать витки, друг к другу, чтобы намотка витков была плотной. Чтобы мотать трансформатор после намотки первого слоя, необходимо посчитать количество витков в ряду. У нас получилось 73 витка. Делаем прокладку полоской бумаги. Наматываем второй слой. Во время намотки нужно все время держать провод в натянутом состоянии, чтобы намотка получалась плотной. После второго слоя также делаем прокладку из бумаги. Если не хватает длины провода, то соединяем с ним другой провод путем спайки. Лудим лакированный провод, нагрев конец паяльником на таблетке аспирина. При этом лак хорошо снимается.

Когда намотка первичной обмотки закончена, то конец провода изолируем в трубочку и выводим наружу катушки. Между первичной и вторичной обмотками делаем обмоточную изоляцию. Можно мотать трансформатор дальше.

Вторичная обмотка

Рассчитаем диаметр провода вторичной обмотки самодельного трансформатора. Мощность вторичной обмотки примем:

Допустимый ток во вторичной обмотке будет равен:

Из таблицы диаметр в зависимости от тока: диаметр для тока 5,55 А – ближайшее значение в таблице 6,28 ампера. Для такого тока необходим диаметр провода 2 мм.

Берем провод, который мы получили при сматывании старого трансформатора. Наматываем провод вторичной обмотки по такому же принципу, как и первичную обмотку. Провод вторичной обмотки намного жестче, поэтому, чтобы он ровно ложился при намотке, периодически его необходимо осаживать ударами молотка через деревянный брусок, чтобы не повредить изоляцию. У нас получилось 3 слоя вторичной обмотки. Получился готовый намотанный каркас простого трансформатора.

Сборка трансформатора своими руками

Для ускорения сборки берем по две Ш-образные пластины. Вставляем их внутрь каркаса поочередно с двух сторон по две штуки.

Перекрывающие пластины пока не ставим. Они будут установлены позже. Если вставлять все пластины сразу всем пакетом, то между пластинами появляются зазоры и индуктивность всего сердечника падает. После сборки Ш-образных пластин самодельного трансформатора вставляем перекрывающие пластины, также по две штуки.

После сборки сердечника аккуратно обстукиваем его плоскости молотком для выравнивания пластин. При помощи стоек и шпилек будем стягивать сердечник. По правилам на шпильки надеваются бумажные гильзы для снижения потерь в сердечнике.

Концы обмоток зачищаем и лудим. Затем припаиваем к выводным планкам, которые можно прикрепить к каркасу трансформатора. Получился готовый трансформатор своими руками.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Для того чтобы понизить напряжение промышленной сети, используются трансформаторы 220 на 12 вольт. Такое значение амплитуды необходимо для питания различной техники, в том числе и осветительных приборов. Понижающий трансформатор может располагаться непосредственно в блоке питания или быть выполнен как отдельное устройство. Этот радиоэлектронный элемент можно приобрести в специализированных магазинах, но при желании несложно изготовить и своими руками.

Суть работы устройства

Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.

Появление трансформатора стало возможным после изобретения индукционной катушки в 1852 году механиком из Германии Румкорфом. Его устройство было похоже на катушку для наматывания ниток, но вместо последних использовалась проволока. Внутри катушки располагалась другая такая же конструкция. При подаче тока на нижнюю катушку фиксировалось напряжение и на верхней. Объяснялось это явлением, названным индуктивностью.

Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочкин фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.

Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.

Принцип действия

Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:

  1. Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами.
  2. Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
  3. Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
  4. Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
  5. Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.

Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).

Таким образом, трансформатор представляет собой замкнутый контур (сердечник) на котором располагаются катушки (обмотки). Их количество может составлять от двух и более штук (исключение автотрансформатор). Катушка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а которая соединяется с нагрузкой — вторичной.

При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.

Характеристики и виды изделия

Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:

  • U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
  • N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
  • I1, I2 — сила тока в обмотках.

По виду сердечника трансформаторы на 12 В разделяются на кольцевые, Ш-образные и П-образные. По конструктивному же исполнению они бывают: броневыми, стержневыми и тороидальными (кольцевыми). Стержневой тип собирается из П-образных пластин. На броневом виде используются боковые стержни без обмоток. Этот вид самый распространённый, так как обмотки надёжно защищены от механических повреждений, хотя при этом эффективность охлаждения уменьшается.

Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.

К основным параметрам изделия относят:

  1. Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
  2. КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
  3. Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
  4. Количество обмоток.
  5. Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.

Самостоятельное изготовление

Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками можно рассмотреть на конкретном примере. Пускай стоит задача изготовить преобразователь с 220 В до 12 в с выходным током 10 А.

Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».

На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.

В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.

Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).

На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.

Расчёт конструкции

Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.

Исходя из того, что мощность передаётся через сердечник, то величины P1 будет зависеть сечение магнитопровода. Находится сечение сердечника из выражения: S = (P 1) ½ = 150 = 12.2 см 2 . Теперь можно найти и необходимое количество витков в первичной обмотке для получения одного вольта: W =50/ S = 4.1. То есть для напряжения 220 вольт потребуется намотать 917 витков, а для вторичной — 48 витков.

Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I) ½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d 2 . Она соответственно составит — 0,3 мм 2 и 5 мм 2 .

Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.

Техника намотки

Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.

Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.

Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.

Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.

Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.

Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.

Бывают в жизни ситуации, когда нужен трансформатор с особыми характеристиками для конкретного случая. К примеру, сгорел сетевой тр-р в любимом приемнике, а именно такого для замены у вас нет. Зато есть другие ненужные тр-ры от старой техники, которые валяются без дела, вот их можно попробовать самому переделать под конкретные параметры. Далее мы расскажем, как рассчитать и сделать трансформатор своими руками в домашних условиях, предоставив все необходимые расчетные формулы и инструкцию по сборке.

Расчетная часть

Итак, начнем. Для начала необходимо разобраться, что представляет из себя такое устройство. Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника, выполненного из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, а тот в свою очередь индуцирует электрический ток во второй катушке, что показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной катушки, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, пропорционально ему меняется и ток.

От размеров сердечника зависит максимальная мощность, которую трансформатор сможет отдать, поэтому при проектировании отталкиваются от наличия подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения габаритной мощности трансформатора и подключаемой к нему нагрузки. Поэтому сначала нам необходимо найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, то их мощность нужно суммировать. Расчетная формула будет иметь вид:

  • U2 — это напряжение на вторичной обмотке;
  • I2 — ток вторичной обмотки.

Получив значение, нужно сделать расчет первичной обмотки, учитывая потери на трансформации, предполагаемый КПД около 80%.

От значения мощности Р1 подбирается сердечник, его площадь сечения S.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

  • 50 — это частота сети;
  • S — сечение железа.

Эта формула дает приблизительное значение, но для простоты расчета вполне подойдет, так как мы изготавливаем деталь в домашних условиях. Далее можно приступить к расчету количества витков, сделать это можно по формуле:

Так как расчет у нас упрощенный и возможна небольшая просадка напряжения под нагрузкой, увеличьте число витков на 10 % от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки в отдельности по этой формуле:

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

Исходя из таблицы 1 выбираем провод с искомым сечением. Если подходящего значения нет, нужно сделать округление в большую сторону до табличного диаметра.

Если посчитанного диаметра нет в таблице, или слишком большое заполнение окна получается, то можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме искомое.

Чтобы узнать поместятся ли катушки на нашем самодельном трансформаторе, требуется посчитать площадь окна тр-ра, это образованное сердечником пространство, в которое помещаются катушки. Уже известное число витков умножаем на сечение провода и коэффициент заполнения:

Данный расчет производим для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего нужно суммировать площадь катушек и сделать сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади сечения катушек.

Порядок изготовления

Теперь, имея расчеты и материал для сборки, можно приступить к намотке. На подготовленную картонную катушку производим укладку первого слоя обмотки. Для этого удобно использовать электродрель, зажав катушку в патроне с помощью особого приспособления (в качестве него может выступать болт с двумя шайбами и гайкой). Закрепив на столе или верстаке дрель, на малых оборотах, производим укладку провода, виток к витку без перехлестов. Между слоями провода укладываем один слой изоляции — конденсаторную бумагу. Между первичной и вторичной обмоткой нужно сделать два слоя изоляции во избежание пробоя.

Намного проще, если вы планируете перематывать готовый трансформатор на желаемое напряжение. В этом случае достаточно при размотке подсчитать количество витков вторичной намотки, и зная коэффициент трансформации:

Можно подсчитать необходимое количество витков под требуемое напряжение:

Также рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется порядок сборки трансформатора в домашних условиях:

Перед проверкой прозвоните обмотки, убедитесь, что их сопротивление не слишком мало, нет обрывов и пробоев на корпус изделия. Первое включение необходимо проводить с особой осторожностью, желательно последовательно с первичной обмоткой включить лампу накаливания мощностью 40-90 Ватт.

В данной статье приведена инструкция, которая доступно объясняет, как сделать трансформатор своими руками в домашних условиях. Для примера мы описали последовательность расчета и сборки броневой модели, как наиболее распространенного вида преобразователей. Его популярность обусловлена простотой изготовления моточных узлов, легкостью сборки, ремонта и переделки. На основе этой самоделки легко можно сделать тр-р для зарядки автомобильного аккумулятора, или же изготовить повышающий тр-р для лабораторного источника питания, электрический выжигатель по дереву, горячий нож для резки пенопласта или другой прибор для нужд домашнего мастера.

Будет интересно прочитать:

Сварочный трансформатор своими руками

Сегодня сложно себе представить изготовление разнообразных типов конструкций из металла без применения сварочного оборудования. Высокая производительность, простота эксплуатации, надежность получаемых соединений позволили сварочным трансформаторам, сделанным своими руками, занять собственное место в списке основных строительных инструментов. Купить подобное устройство сегодня можно в любом магазине строительного оборудования.

Заводские модели не всегда могут соответствовать требованиям, предъявляемым к выполнению конкретных работ. Поэтому многие пытаются самостоятельно сделать трансформатор, который является достаточно популярным в сварочном оборудовании. Изготовление такого инструмента начинается с предварительных расчетов и заканчивается сборкой.

Принцип работы трансформатора

Для выполнения электросварки разработаны специальные переносные аппараты, которые отличаются небольшим весом и достаточно компактными размерами. Для соединения проводов из меди берется ток постоянного типа, прямой полярности. Это говорит о том, что на электрододержателе установлен «плюс», на заземляющем устройстве — «минус». Для некоторых видов электродов с медным покрытием может использоваться ток обратной полярности.

Параметры тока регулируются специальным механизмом. На разных сварочных приборах может ограничиваться ток дуги или стоять регулятор выходного напряжения.

Довольно часто, упоминая понятие «трансформатор для сварки», подразумевают аппараты, оснащенные регулирующим механизмом силы тока, наличие постоянного выходного напряжения. Это определение недостаточно верное, потому что понижающий трансформатор, который применяется для сварочного оборудования, способен только уменьшать напряжение.

Подбор сварочного напряжения Напряжение, В 10 12 20 25 30 Диаметр провода, мм 0,05-0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-1,0 1,0-2,0

Выпрямление тока производится фильтром пульсации, диодным мостом, предусмотрен специальный регулятор.

Подбор сварочного тока Сварочный ток, А 70 80 100 120 Количество проводов, шт. 2 3 2 4 Сечение провода, мм2 1,5 1,5 2,5 2,5

Благодаря огромному опыту, мастера электрической сварки при помощи только одного трансформатора способны варить провода без регулятора переменного тока, удерживая дугу необходимое количество времени. Такой вариант сваривания дает худший результат; чтобы получить высококачественное соединение, необходимо обладать немалым мастерством.

Поэтому новичкам такой вариант соединения применять не рекомендуется. Для того чтобы овладеть технологией электросварки, стоит первоначально купить хороший заводской аппарат для сварки.

Контактная сварка своими руками из микроволновки

Чтобы сделать в бытовых условиях сварочный трансформатор своими руками, понадобятся следующие инструменты и материалы:

  • основание для монтажа элементов конструкции сварочного аппарата;
  • исходя из потребной мощности агрегата, понадобится один/два трансформатора от старой микроволновки;
  • медный провод большого сечения или связка проводов малого сечения;
  • один рычаг определенной длины;
  • прижимные рычаги;
  • струбцины зажимные;
  • кабели, материалы для обмотки;
  • комплект отверток;
  • медные электроды.

Сборка трансформатора

Главная составляющая любого устройства контактной сварки — это трансформатор, который, как говорилось ранее, можно демонтировать со старой микроволновой печи.

Рекомендации

  • Чтобы устройством, сделанным своими руками, можно было соединять листовое железо толщиной менее 1 мм, трансформатор должен иметь мощность от 1 кВт. При использовании в конструкции двух трансформаторов мощность агрегата, соответственно, будет намного больше.
  • Чтобы самостоятельно сделать такой инструмент для контактной сварки, трансформатор от микроволновой печи нужен не целиком, а только его отдельные элементы — первичная обмотка, магнитный провод. Из трансформатора удаляют шунты, вторичную обмотку.
  • Для новой обмотки (2-3 витка будет достаточно) используется многожильный провод, диаметр которого должен составлять не менее 1 см. Если на проводе достаточно толстый изоляционный слой, его можно аккуратно снять и заизолировать провод специальной тканевой лентой.
  • При одновременном использовании сразу двух трансформаторов вторичная обмотка делается общей.


Заключительной стадией сборки инструмента для сварки медных проводов являются установка механизмов управления, подсоединение электродов, объединение всех элементов конструкции в едином корпусе, который также берется со старой, неработающей бытовой техники.

Сварочный трансформатор своими руками

Что нужно знать перед работой?

Перед тем как сделать сварочный трансформатор, необходимо разобраться, что это такое, и какими характеристиками он обладает. Это основной элемент практически любого электросварочного аппарата, преобразователь энергии сетевого электрического тока в сварочный ток, который выполняет функцию источника питания. От трансформатора будут зависеть вес самого аппарата и спектр его технических возможностей.

Основные технические характеристики трансформатора для сварочного аппарата: номинальное напряжение, номинальная частота, потребляемая мощность, диапазон сварочного тока, напряжение холостого тока. Собирая самодельный сварочный трансформатор, следует учитывать все эти характеристики.

Как сделать своими руками сварочный трансформатор?

По сути, трансформатор – это две катушки медного провода, который намотан на железный сердечник, поэтому начать изготовление сварочного трансформатора следует с обмоток. Он состоит из двух катушек, имеющих разное число витков. На каждую катушку наматывается две обмотки — первичная и вторичная.

Первичная подключается к источнику тока, а во вторичной обмотке за счет индукции возникает ток меньшего напряжения, но большего ампеража. Намотка сварочного трансформатора имеет свои особенности: она всегда производится в одном направлении, каждый слой обмотки изолируется слоем электрокартона, кальки или хлопчатобумажной изоляции.

Перед тем как намотать сварочный трансформатор, следует правильно подобрать провод для обмоток. Для первичной обмотки подойдет медный провод в стеклотканевой изоляции. Не стоит использовать провода в ПВХ обмотке, так как она может расплавиться, а это приведет к короткому замыканию.

Если трансформатор сильно гудит, значит, не хватает витков сетевой обмотки и необходимо добавить некоторое количество. Вторичную обмотку необходимо наматывать на двух сторонах сердечника. Можно использовать провод сечением 20-25 мм2. При использовании алюминиевого кабеля следует увеличить его сечение в 1,5 раза.

Количество витков обмоток приходится подбирать под провод имеющегося сечения, получая тем самым необходимую мощность. Первичные обмотки должны соединяться параллельно, а вторичные – последовательно.

Особенности самодельных аппаратов

Самодельный сварочный трансформатор постоянного тока отличается мягким зажиганием дуги, возможностью сваривания тонколистовых металлов, отсутствием непровариваемых участков. Принципиальное отличие от трансформаторов переменного тока – завышенное напряжения во вторичной обмотке.

Достигается это введением во вторичную цепь диодного моста с конденсатором, в результате чего выходное напряжение повышается в 1,5 раза.

Сварочный аппарат из трехфазного трансформатора можно изготовить, используя трехфазный понижающий трансформатор на 380 В, потребляемой мощностью 2 кВт. Такой агрегат применяется для питания электроинструмента или освещения пониженным напряжением. Подойдет даже трансформатор с одной перегоревшей обмоткой.

Самодельный трансформатор для сварочного полуавтомата должен быть достаточно мощным. Необходимо, чтобы первичная обмотка состояла из 220 витков медного кабеля со стеклотканевой изоляцией диаметром 2 мм, а вторичная – из 56 витков медного провода сечением 60 мм2.

Полное руководство по Hugging Face: как создать и обучить преобразователь зрения

Эта статья представляет собой полное руководство по экосистеме Hugging Face. Мы изучим различные библиотеки, разработанные командой Hugging Face, такие как преобразователи и наборы данных. Мы увидим, как их можно использовать для разработки и обучения преобразователей с минимальным шаблонным кодом. Чтобы лучше проработать основные концепции, мы продемонстрируем весь процесс создания и обучения преобразователя зрения (ViT).

Я предполагаю, что вы уже знакомы с архитектурой, поэтому мы не будем подробно ее анализировать. Следует помнить несколько вещей:

  • В ViT мы представляем изображение как последовательность патчей.

  • Архитектура напоминает оригинальный Трансформер из знаменитой газеты «Внимание — это все, что вам нужно».

  • Модель обучается с использованием размеченного набора данных в соответствии с полностью контролируемой парадигмой.

  • Обычно он точно настраивается для последующего набора данных для классификации изображений.

Если вас интересует целостный взгляд на архитектуру ViT, посетите одну из наших предыдущих статей на тему: Как работает Vision Transformer (ViT) за 10 минут: изображение стоит 16×16 слов.

Источник: блог Google AI

Назад к Обниманию лица, которое является основной целью статьи. Мы постараемся представить основные принципы работы библиотек, охватывающих весь конвейер машинного обучения: от загрузки данных до обучения и оценки.

Начнем?

Наборы данных

Библиотека наборов данных от Hugging Face представляет собой набор готовых к использованию наборов данных и показателей оценки для НЛП. На момент написания этой статьи центр наборов данных насчитывает более 900 различных наборов данных. Давайте посмотрим, как мы можем использовать это в нашем примере.

Чтобы загрузить набор данных, нам нужно импортировать функцию load_dataset и загрузить нужный набор данных, как показано ниже:

 

из наборов данных 5000]', 'test[:2000]'])

Обратите внимание, что здесь мы загружаем только часть набора данных CIFAR10.Используя load_dataset , мы можем загружать наборы данных из Hugging Face Hub, читать из локального файла или загружать из данных в памяти. Мы также можем настроить его для использования пользовательского сценария, содержащего функции загрузки.

Как правило, набор данных будет возвращен как объект наборов данных. Набор данных , который представляет собой не что иное, как таблицу со строками и столбцами. Запрос строки вернет словарь Python с ключами, соответствующими именам столбцов и значениям значения в этой конкретной ячейке столбца строки.Другими словами, каждая строка соответствует точке данных, а каждый столбец — функции. Мы можем получить всю структуру набора данных, используя datasets.features .

Объект Dataset ведет себя как список Python, поэтому мы можем запрашивать, как обычно делаем с Numpy или Pandas:

Все является объектом Python, но это не означает, что его нельзя преобразовать в NumPy , панды, PyTorch или TensorFlow. Этого очень легко добиться, используя наборы данных . Набор данных.set_format() , где формат является одним из 'numpy', 'pandas', 'torch', 'tensorflow' .

Не надо говорить, что есть и поддержка всех видов операций. Вот некоторые из них: sort , shuffle , filter , train_test_split , shard , cast , flatten и map 9. map — это, конечно же, основная функция для выполнения преобразований, и, как и следовало ожидать, ее можно распараллелить.

В нашем примере нам сначала нужно разделить обучающие данные на обучающий и проверочный наборы данных: [‘test’]

Метрики

Библиотека наборов данных также предоставляет широкий список метрик, которые можно использовать при обучении моделей. Основным объектом здесь является наборов данных. Метрика , которую можно использовать двумя способами:

  1. Мы можем либо загрузить существующую метрику из концентратора, используя наборов данных.load_metric('metric_name')

  2. Или мы можем определить пользовательскую метрику в отдельном скрипте и загрузить ее, используя: from datasets import load_metric

    metric = load_metric(«accuracy»)

    Transformers

    Transformers — основная библиотека Hugging Face. Он предоставляет интуитивно понятные и высоко абстрактные функции для создания, обучения и тонкой настройки преобразователей. Он поставляется с почти 10000 предварительно обученных моделей, которые можно найти на Hub.Эти модели могут быть построены в Tensorflow, Pytorch или JAX (совсем недавнее дополнение), и каждый может загрузить свою собственную модель.

    Наряду с нашим примером кода, мы немного углубимся в основные классы и функции библиотеки трансформеров.

    Конвейеры

    Абстракция конвейера — это интуитивно понятный и простой способ использования модели для логического вывода. Они абстрагируют большую часть кода из библиотеки и предоставляют специальный API для различных задач. Примеры включают: AutomaticSpeechRecognitionPipeline , QuestionAnsweringPipeline , TranslationPipeline и другие.

    Объект конвейера позволяет нам также определить предварительно обученную модель, а также токенизатор, средство извлечения признаков, базовую структуру и многое другое. Токенизатор и экстракторы признаков? Что это? Придержите эту мысль для следующего раздела.

    В нашем случае мы можем использовать преобразователи . ImageClassificationPipeline , как показано ниже:eval()

    Теперь модель можно использовать для логического вывода. Все, что нам нужно сделать, это загрузить изображение, и мы готовы к работе.

    Однако во многих случаях нам также необходимо обучить или настроить модель. Возможно, мы также хотим лучше контролировать весь конвейер. Поэтому нам может понадобиться разработать код самостоятельно. В образовательных целях, это то, что мы будем делать здесь.

    Подготовка набора данных

    Первым шагом любого жизненного цикла машинного обучения является преобразование набора данных. В нашем случае нам нужно предварительно обработать изображения CIFAR10, чтобы мы могли передать их нашей модели.Hugging Face имеет два основных класса для обработки данных. Токенизаторы и экстракторы признаков.

    Токенизаторы

    В большинстве задач NLP мы используем токенизатор . Токенизатор преобразует текст в токены, а затем в числовые входные данные, которые можно передать в модель. Каждая модель поставляется с собственным токенизатором, основанным на классе PreTrainedTokenizer .

    Поскольку мы имеем дело с изображениями, мы не будем использовать здесь токенизатор . Мы рассмотрим их более подробно в следующем уроке.

    Однако мы будем использовать другой класс, называемый экстракторами признаков. Средство извлечения признаков обычно отвечает за подготовку входных признаков для моделей, которые не попадают в стандартные модели НЛП. Они отвечают за такие вещи, как обработка аудиофайлов и управление изображениями. Большинство моделей машинного зрения поставляются с дополнительным экстрактором признаков.

     

    из трансформаторов импортировать ViTFeatureExtractor

    feature_extractor = ViTFeatureExtractor.from_pretrained('google/vit-base-patch26-224-in21k')

    Этот экстрактор функций изменит размер каждого изображения до разрешения, ожидаемого моделью, и нормализует каналы .Вы можете найти весь функционал обработки здесь.

    Теперь мы можем определить всю функциональность обработки, как показано ниже:

     

    def preprocess_images(examples):

    images = examples['img']

    images = [np.array(image, dtype=np.uint8) для изображения в изображениях]

    изображения = [np.moveaxis (изображение, источник = -1, пункт назначения = 0) для изображения в изображениях]

    входных данных = feature_extractor (изображения = изображения)

    примеров ['pixel_values'] = входные данные ['pixel_values']

    примеры возврата

    из наборов данных import Features, ClassLabel, Array3D

    features = Features({

    'метка': ClassLabel(names=['самолет', 'автомобиль', 'птица', ' кошка', 'олень', 'собака', 'лягушка', 'лошадь', 'корабль', 'грузовик']),

    'img': Array3D(dtype="int64", shape=(3,32, 32)),

    'значения_пикселей': Array3D(dtype="float32", shape=(3, 224, 224)),

    })

    preprocessed_train_ds = train_ds.map(preprocess_images, batched=True, features=features)

    preprocessed_val_ds = val_ds.map(preprocess_images, batched=True, features=features)

    Несколько вещей, на которые следует обратить внимание:

    • Нам нужно определить Features самостоятельно, чтобы убедиться, что ввод будет в правильном формате. pixel_values ​​ — это основные входные данные, ожидаемые моделью ViT, которые можно проверить на прямом проходе модели.

    • Мы используем функцию map() для применения преобразований.

    • ClassLabel и Array3D — это типы объектов из библиотеки наборов данных .

    Коллектор данных

    Другим важным этапом конвейера предварительной обработки является пакетная обработка. Обычно мы хотим формировать пакеты из нашего набора данных при обучении нашей модели. Сопоставители данных — это объекты, которые помогают нам делать именно это.

    В нашем случае должно быть достаточно стандартного подборщика данных из библиотеки.

     

    from transforms import default_data_collator

    data_collator = default_data_collator

    Мы передадим подборщик данных в качестве аргумента в обучающий цикл. Подробнее об этом чуть позже.

    Определение модели

    Предварительно обученные модели трансформатора можно загрузить с помощью функции from_pretrained(‘model_name’) . Это создаст экземпляр выбранной модели и назначит обучаемые параметры. Модель по умолчанию находится в режиме оценки модели .eval() , поэтому нам нужно выполнить model.train() , чтобы обучить его.

     

    from Transformers import ViTForImageClassification

    model = ViTForImageClassification.from_pretrained('google/vit-base-patch26-224-in21k')

    model.train()

    Предварительно обученные модели можно использовать в качестве основы для улучшенных моделей . Пример можно найти ниже:

     

    из импорта трансформаторов ViTModel

    class ViTForImageClassification2(nn.Module):

    def __init__(self, num_labels=10):

    super(ViTForImageClassification2, self).__init__()

    self.vit = ViTModel.from_pretrained('google/vit-base-patch26-224-in21k')

    self.classifier = nn.Linear(self.vit.config.hidden_size, num_labels)

    self. .num_labels = num_labels

    def forward(self, pixel_values, labels):

    outputs = self.vit(pixel_values=pixel_values)

    logits = self.classifier(output)

    loss = None

    если метки не None :

    loss_fct = nn.CrossEntropyLoss()

    loss = loss_fct(logits.view(-1, self.num_labels), labels.view(-1))

    return SequenceClassifierOutput(

    loss=loss,

    logits=logits,

    hidden_states= outputs.hidden_states,

    Attentions=outputs.attentions,

    )

    Здесь мы расширяем VitModel , добавляя линейный слой в конце, надеясь получить лучшее представление входного изображения.Как вы понимаете, мы можем модифицировать сеть по своему усмотрению.

    Выходные данные моделирования

    Вы заметили SequenceClassifierOutput в конце модели?

    Библиотека трансформаторов заставляет все модели производить выходные данные, которые наследуют класс file_utils.ModelOutput . ModelOutput — это структура данных, содержащая всю информацию, возвращаемую моделью. Существует множество различных подклассов в зависимости от поставленной задачи.

    Обычно ModelOutput содержит выходные данные модели и, возможно, скрытые состояния. Во многих моделях также предусмотрены веса внимания. Здесь мы используем SequenceClassifierOutput , который является основным выходом для моделей классификации.

    Обучение модели

    Из-за отсутствия стандартизированного цикла обучения Pytorch Hugging Face предоставляет собственный учебный класс. Trainer специально оптимизирован для трансформаторов и предоставляет API как для обычного, так и для распределенного обучения. Trainer позволяет нам использовать наши собственные оптимизаторы, потери, планировщики скорости обучения и т. д.

    Мы можем определить наш цикл обучения, как показано ниже:

    eval_dataset = preprocessed_val_ds,

    data_collator = data_collator,

    Compute_metrics = Compute_Metrics,

    )

    Обратите внимание, что нам нужно передать несколько других важных вещей, набор данных для обучения, набор данных для сопоставления и наборы данных для проверки .

    calculate_metrics используется для расчета метрик во время оценки и является настраиваемой функцией. Пример может быть примерно таким:

     

    def calculate_metrics(eval_pred):

    прогнозы, метки = eval_pred

    прогнозы = np.argmax(прогнозы, ось=1)

    return metric.compute(прогнозы=прогнозы, ссылки =метки)

    Здесь мы просто берем выходные данные модели, находим максимальное значение и вычисляем метрики относительно соответствующей метки.

    Аргументы обучения

    Аргументы обучения — это набор аргументов, связанных с циклом обучения, которые передаются экземпляру Trainer . К ним могут относиться такие вещи, как: путь к папке, в которую будут записываться выходные данные, стратегия оценки, размер пакета на ядро ​​ЦП/ГП, скорость обучения, количество эпох и все, что связано с обучением.

    Аргументы обучения могут быть инициализированы следующим образом:

     

    args = TrainingArguments(

    "test-cifar-10",

    Assessment_strategy = "epoch",

    Learning_rate=2e-5,

    0bat

    per_de

    per_device_eval_batch_size=4,

    num_train_epochs=3,

    weight_decay=0.01,

    load_best_model_at_end=True,

    metric_for_best_model=metric_name,

    logging_dir='logs',

    )

    trainer.train()

    Полный список можно найти в документации.

    Обратные вызовы

    Обучающие обратные вызовы, конечно же, не могли отсутствовать. Возможность контролировать процесс обучения является жизненно важной частью любого жизненного цикла машинного обучения. Trainer поддерживает различные обратные вызовы, которые обеспечивают функциональность:

    Помимо вышеперечисленного, они также предлагают интеграцию со сторонним программным обеспечением, таким как Weights and Biases, MlFlow, AzureML и Comet.

    Если, например, мы хотим визуализировать процесс обучения с помощью библиотеки весов и смещений, мы можем использовать WandbCallback . Мы можем просто добавить еще один аргумент в Trainer в виде:

     

    from transforms import WandbCallback

    callbacks = [WandbCallback(...)]

    Еще одна вещь: взгляните на logging_dir= 'журналы' . Сохранив журналы обучения, мы можем очень легко инициировать экземпляр tensorboard и отслеживать ход обучения:

     

    $ tensorboard --logdir logs/

    Альтернативой является использование TensorBoardCallback , предоставляемого библиотекой.

    Оценка модели

    Для оценки модели на тестовом наборе мы снова можем использовать объект Trainer . На этот раз мы воспользуемся функцией прогнозирования , которая вернет выходные данные моделей с соответствующими метриками (если они доступны).

     

    outputs = train.predict(preprocessed_test_ds)

    y_pred = outputs.predictions.argmax(1)

    Метрики доступны с использованием outputs.metrics и содержат такие вещи, как потери при тестировании, точность теста и время выполнения .

    Наконец, я пользуюсь этой возможностью, чтобы упомянуть несколько дополнительных функций библиотеки преобразования, которые я считаю очень полезными.

    Регистрация

    Трансформаторы поставляются с централизованной системой регистрации, которую очень легко использовать. Следуя модулю Python logging , его можно настроить для установки формата журналов, обработчика и детализации на одном из 5 различных уровней: КРИТИЧЕСКИЙ , ОШИБКА , ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ , ИНФОРМАЦИЯ , ОТЛАДКА .

    Например, можно установить уровень детализации на уровне INFO , используя:

     

    transforms.logging.set_verbosity_info()

    Отладка

    Еще одна полезная функция — возможность отлавливать ошибки недополнения или переполнения. Мы можем настроить пакет для проверки входов, выходов или весов и определить, есть ли среди них мnf или nan . Как только будет обнаружена аномалия, программа распечатает отчет, уведомляющий об этом разработчика.

    Этого можно добиться с помощью дополнительного обучающего аргумента в экземпляре тренера : debug="underflow_overflow"

    Обратите внимание, что в настоящее время это работает только для Pytorch.

    Автоклассы

    Автоклассы — это вдохновляющий способ облегчить поиск правильной модели или токенизатора для конкретной задачи. Что я имею в виду?

    Представьте, что вы хотите загрузить следующую предварительно обученную модель DeiT из концентратора моделей:

    facebook/deit-base-distilled-patch26-224 .

    Обычно это достигается следующим образом:

     

    model= DeiTForImageClassification.from_pretrained('facebook/deit-base-distilled-patch26-224')

    Используя автокласс, это можно упростить до:

     

    model = AutoModel.from_pretrained('facebook/deit-base-distilled-patch26-224')

    В этом случае нам не нужно знать соответствующий тип модели. Автокласс автоматически извлечет соответствующую модель с соответствующими весами.Здесь он создаст экземпляр DeiTForImageClassification . Это также может быть расширено на токенизаторы и экстракторы признаков:

     

    feature_extractor = AutoFeatureExtractor.from_pretrained('facebook/deit-base-distilled-patch26-224')

    На этом мы завершаем наше руководство по Vision Transformers и Hugging Face. Кстати, вы можете найти весь код в нашем репозитории Github.

    Благодарности

    Большое спасибо Нильсу Рогге и его замечательным урокам по Трансформерам.Код, представленный в этой статье, во многом основан на нем и изменен в соответствии с нашими потребностями. Он также заслуживает большой благодарности за то, что внес основной вклад в добавление Vision Transformer (ViT) и Data-efficient Image Transformers (DeiT) в библиотеку Hugging Face.

    Заключение

    Команда Hugging Face проделала большую работу по совершенствованию исследований ИИ. Мы очень рады, что это начинание постепенно распространяется и на видение. С нетерпением ждем возможности увидеть больше моделей и наборов данных в их хабе.

    Дайте нам знать, если вы найдете статью полезной на нашем сервере Discord. Увидимся на следующей неделе.

    Книга «Глубокое обучение в производстве» 📖

    Узнайте, как создавать, обучать, развертывать, масштабировать и поддерживать модели глубокого обучения. Изучите инфраструктуру машинного обучения и MLOps на практических примерах.
    Узнать больше

    * Раскрытие информации: Обратите внимание, что некоторые из приведенных выше ссылок могут быть партнерскими ссылками, и мы без дополнительной оплаты для вас получим комиссию, если вы решите совершить покупку после перехода по ссылке.

    Самотрансформирующийся Оптимус Прайм за 750 долларов только что получил прицеп-трансформер за 750 долларов

    Если вы настоящий фанат Трансформеров с глубокими карманами и готовностью простить несколько больших недостатков, игрушка вашей мечты прибыла. Спустя год после представления 19-дюймового робота Optimus Prime , который может трансформироваться , позировать и даже управлять автомобилем благодаря 27 серводвигателям, его создатели Hasbro и Robosen реализовали свое видение — с совершенно новым трейлером, который может также открывает, трансформирует и показывает свой собственный миниатюрный моторизованный автомобиль, который катится прямо по рампе.

    Прицеп, все застегнуто. Изображение: Робосен

    Поясню: робот стоит 750 долларов, а прицеп — 750 долларов. В общем, это игрушка за 1500 долларов, и хотя мне очень понравилось играть с ходячим, говорящим, позирующим Оптимусом Праймом с голосом самого Питера Каллена, вы можете видеть из моих рук, что она не обязательно будет делать все, что вам может понадобиться. . (На самом деле, мой тестовый образец сломался из-за хрупкой пластиковой шестерни в торсе, хотя меня уверяли, что в более поздних моделях это было исправлено.)

    Полностью открытый трейлер, выше Оптимуса почти вдвое. Изображение: Робосен

    Но если у вас есть деньги, этот трехфутовый трейлер выглядит как эпическое дополнение к сборке, способное автоматически разворачивать орудийную башню, разворачивать гидравлические подъемники для отсоединения, открывать задние двери и буксировать его. Optimus со «встроенным седельно-сцепным устройством, которое легко крепится во время работы в режиме грузовика для быстрого и реалистичного соединения.

    Даже если я сам не могу обосновать цену, мне нравится, что она существует. Я оставлю вам пару быстрых видеоклипов из моего практического опыта с оригиналом.

    Их, кстати, тоже можно заказать в Робосене, правда там Оптимус Прайм почему-то стоит 999$. Hasbro и Robosen предположили, что это предметы коллекционирования, выпущенные ограниченным тиражом, и это может быть правдой, но я несколько раз видел робота на складе в прошлом году.

    Трансформация после кризиса с головой, сердцем и руками

    Ни одно из этих амбициозных изменений не может произойти без способной и энергичной рабочей силы. Например, такой большой цифровой скачок зависит от наличия подходящего таланта и культуры. Действительно, талант и культура должны соответствовать вашему контексту и бизнес-стратегии. Таким образом, компаниям необходимо быть уверенными в том, что внимание к людям занимает видное место в их программе преобразований.Они также должны быть уверены, что влияние на людей учитывается во всех «больших камнях» — самых неотложных и самых многообещающих приоритетах — в вашей программе преобразований. Чтобы проиллюстрировать это, при реструктуризации организации вы обычно сначала занимаетесь структурой, затем ролями и процессами, и только позже, во время реализации, вы имеете дело с талантами. Сегодня важно подчеркивать навыки и таланты на ранних стадиях проектирования. Успешное решение беспрецедентных и непрекращающихся проблем зависит от наличия таланта для инновационных творческих решений и заинтересованной рабочей силы для их реализации.

    Представьте себе рабочее место будущего. Это стратегическое соображение, неразрывно связанное с Сердцем и Руками, должно быть в центре внимания. Это связано с тем, что, несмотря на огромные нарушения, вызванные COVID-19 на рынках, в цепочках поставок и в целых отраслях (например, в туризме), ни одно нарушение не было столь всеобъемлющим — или, вероятно, будет столь устойчивым, — как нарушение на рабочем месте. Как только правительственные ограничения будут сняты (или правила смягчены), организации должны воспользоваться этой редкой возможностью, чтобы переосмыслить то, как мы работаем.

    • Какие бизнес-операции нам нужно сделать приоритетными для перезапуска с личным присутствием? Какими действиями или процессами, которые временно управлялись удаленно, можно было бы управлять таким же образом на постоянной основе? Есть ли другие, которые обещают?
    • Какой режим работы — от полностью совместного до полностью удаленного, с различными гибридными вариантами между ними — был бы идеальным для сотрудников, работающих в каждой сфере деятельности? Например, есть ли места, в которых модель работы с чередованием на месте и за его пределами будет наиболее благоприятной для межфункционального сотрудничества? Существуют ли функции, команды или места, где один или два раза в месяц в режиме личной работы было бы достаточно, чтобы способствовать установлению связи и принадлежности?
    • Какие изменения в организационной структуре, технологиях, инструментах и ​​повседневных процессах потребуются для реализации этих изменений режима работы? Семена многих эффективных ежедневных практик — инструменты для совместной работы, командные процедуры, дистанционное обучение — скорее всего, уже прорастают в вашей организации.Найдите очаги передового опыта и масштабируйте их. Другие, в том числе связанные с кибер-безопасностью и безопасностью данных, а также основные процессы, связанные с персоналом, такие как набор персонала, адаптация и управление производительностью, должны быть переработаны.

    Решающее значение будет иметь обеспечение будущего работы за счет тщательно спланированного возвращения на физическое рабочее место. Руководителям необходимо подумать о том, насколько гибко предоставить сотрудникам время и способ возобновления работы на месте, осознавая, что на их способность вернуться будут влиять другие факторы, такие как продолжительное закрытие школ и графики возобновления работы других членов семьи.Руководителям и командам нужно будет особенно помнить о том, чтобы не отдавать предпочтение определенным группам сотрудников на основании их способности и желания физически присутствовать, особенно в первые дни физического перезапуска.

    Создайте по-настоящему ориентированный на человека аргумент в пользу изменений. Здесь речь идет не только об определении горящей платформы, которая заставит людей действовать из-за беспокойства или страха; этих мотиваторов уже предостаточно, поскольку отдельные лица и организации борются с неопределенностью и незащищенностью, вызванными пандемией и ее побочными эффектами.Наоборот, важно позитивно воздействовать на самые глубинные мотивы людей — формировать стремление к новым возможностям, которых организация может достичь, опираясь на более широкую цель, — и воодушевлять людей вокруг этого стремления. Это может быть особенно сложно и еще более важно в неспокойные времена, когда сотрудники жаждут чувства ясности, смысла и принадлежности. Это также одна из областей, где Голова и Сердце должны быть тесно переплетены.

    Сердце: опирайтесь на сильные стороны, выкованные в кризисе

    Когда мы говорим о Сердце трансформации, мы имеем в виду четыре области или «камеры»: проявление заботы о людях, чья жизнь нарушена; активация цели, чтобы вдохновлять сотрудников и общаться с клиентами и сообществами; создание культуры расширения прав и возможностей, в которой люди могут делать свою работу наилучшим образом; и ведение Головой, Сердцем и Руками.

    Пандемия потребовала от Сердца большего внимания, чем большинство организаций при обычных обстоятельствах. У компаний теперь есть возможность внедрить Сердце в свои нормы и практику. Чтобы сделать это эффективно, лидеры должны смотреть через три линзы:

    • Ретроспектива: оценка наших действий на начальном этапе кризиса. Где наши действия Сердца были особенно сильны? Где мы промахнулись? Какие методы кризисного реагирования мы могли бы сохранить?
    • Текущие: с учетом нашей стратегии восстановления и действий, которые мы предпринимаем, чтобы пережить бурю. Какая культура и лидерство нам нужны, чтобы преодолеть неопределенность и добиться успеха после пандемии? Ясно ли мы понимаем нашу цель и нашу приверженность обеспечению вовлеченности и благополучия сотрудников, клиентов и заинтересованных сторон?
    • Перспектива: изучение нашей потребности в повышении устойчивости. Какие действия Сердца помогут нам повысить индивидуальную и коллективную устойчивость и продолжить извлекать уроки из кризисов, больших и малых?

    Проявите заботу, чтобы не допустить неудобств. За последние несколько месяцев жизнь каждого была нарушена, но многие жизни были опустошены самой болезнью, ее экономическими последствиями или и тем, и другим. Эта модель разрушения и опустошения сохранится в обозримом будущем. Мы не можем предполагать, что сотрудники или, если уж на то пошло, потребители просто «вернутся» к нормальной жизни.

    При разработке стратегий восстановления, которые включают в себя ускоренную цифровую трансформацию, новые методы работы и связанные с этим корректировки рабочей силы, руководители должны задать себе вопрос, какие методы ухода в период кризиса следует сохранить или даже усилить.Это могут быть более щедрые льготы, поддержка в повышении квалификации, усилия по укреплению психического и физического благополучия сотрудников или гибкие варианты работы. (См. «Тактика заботы».) Преднамеренное и постоянное внимание к связи и отношениям поможет заложить основу для благополучия и стойкости в это обещающее быть трудным время.

    Некоторые компании принимают продуманные, часто творческие меры, чтобы облегчить бремя, с которым сталкиваются сотрудники, совмещая жизнь и работу в эпоху COVID.Рассмотрим Институт Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, который занимается улучшением здоровья человека с помощью геномики для улучшения нашего понимания биологии и лечения болезней человека. Всего за три недели институт организовал субсидируемую программу дневного ухода в партнерстве с Bright Horizons. Программа, по словам Фрэнсис Брукс Таплетт, директора по персоналу, позволяет ученым Броуда работать на месте со спокойной душой, обеспечивая их детям социальное взаимодействие и ощущение нормальной жизни.Даже сотрудники, не являющиеся родителями, получают выгоду, потому что их коллеги сосредоточены, меньше подвержены стрессу и способны выполнять свою часть рабочих обязанностей.

    Broad, которая уже создала крупномасштабный центр обработки тестов на COVID для удовлетворения потребностей общественного здравоохранения в Массачусетсе, смогла предложить участвующим родителям и учителям краткосрочное тестирование. Немногие компании имеют доступ к такому уровню тестирования. Однако есть много других способов, которыми лидеры могут дать сотрудникам (будь то родители или нет) гибкость и немного нормальности, и такая тактика не требует больших затрат.Как отмечает Таплетт, это помогает перейти от мышления, ориентированного на результат, к мышлению, ориентированному на результат. Например: компании могут разрешить командам устанавливать время без электронной почты или определенные временные блоки для встреч, которые подходят для каждого расписания. Уход может означать что-то такое же простое, как назначение дней психического здоровья в то время, когда важно избавиться от стресса и беспокойства.

    Удвойте ставку при активации цели . Всеохватывающее разрушение, вызванное COVID-19, заставило многих людей задуматься над «большими» вопросами. Помимо необходимости получать зарплату (что очень важно для многих), люди стремятся найти смысл в своей работе. Они задаются вопросом: почему я делаю то, что делаю? Как я и организация, в которой я работаю, улучшаю мир? Почему моя работа имеет значение?

    Многие организации следовали своей цели во время кризиса, делая все возможное, чтобы предоставить свои уникальные возможности для помощи клиентам, сообществам и другим нуждающимся предприятиям.SAP (чьей целью является «помогать миру работать лучше и улучшать жизнь людей») предоставила больницам программное обеспечение, чтобы помочь им обследовать пациентов, поддерживать медицинских работников и управлять информационными потоками. Компания также сотрудничает с Deutsche Telekom над приложением для отслеживания контактов для правительства Германии.

    В предстоящие трудные времена компании должны продолжать следовать своей цели и предлагать полезный опыт всем заинтересованным сторонам. Руководителям, возможно, придется сделать шаг назад и подумать, действительно ли у компании есть хорошо сформулированная и резонансная цель, которая использует сильные стороны организации для удовлетворения конкретной потребности в мире.Если нет, то сейчас самое время обнаружить, сформулировать и активировать его.

    «Горячая кузница» культура расширения возможностей. Культура — то, как в организации выполняется работа, — в условиях кризиса «выковывается горячим способом». Каждое решение, которое вы принимаете, каждое сообщение, которое вы делаете, каждое ваше действие, хорошее или плохое, преднамеренное или непреднамеренное, определяет вашу культуру. Крайне важно быть внимательным к формированию культуры при разработке планов восстановления, чтобы убедиться, что ваша организация находится на правильном культурном пути.Это особенно важно, потому что удаленная работа, социальное дистанцирование и протоколы безопасности ограничивают возможности для общения, что так важно для укрепления культуры.

    Большинство лидеров, с которыми мы разговаривали за последние месяцы, отмечали, что в разгар эпидемии они действовали с беспрецедентной скоростью, сотрудничеством, расширением прав и возможностей, партнерством, сосредоточенностью, заботой и отношением «просто сделай это». Для них теперь вопрос заключается в том, как нам сохранить то, что так хорошо помогло нам пережить кризис? Они не могут позволить себе вернуться к старому.Например, чтобы расширить возможности людей, компании могут встраивать эксперименты по принципу «проверить и учиться» в стандартные процессы или формализовать сильно распределенное принятие решений. Чтобы способствовать индивидуальной и организационной устойчивости, они могут делать упор на достижения, достижения и прочные социальные связи.

    Или возьмем пример краудсорсинга идей по улучшению удаленной работы. Генеральный директор IBM Арвинд Кришна, взявший на себя руководство во время кризиса, разработал обязательство «работать из дома», основанное на массовых обсуждениях коллегами проблем, с которыми они столкнулись.Вдохновленный их идеями, Кришна выработал обещание, а не навязывал политику, шаг, который, по его мнению, был бы более «от сердца» и более ориентированным на действия. Обязательство (которое он опубликовал на LinkedIn) включает в себя обязательство учитывать интересы семьи, обеспечивать гибкость для личных потребностей людей, поддерживать время, когда «не готова камера», быть добрым, устанавливать границы (и предотвращать усталость от видеоконференций), заботиться о себе. , часто проверяя других и оставаясь на связи.

    Свинец с головой, сердцем и руками. Возможно, самый важный вопрос, учитывая влияние лидерства на любую организацию, заключается в следующем: как лидеры будут вести организацию после кризиса к восстановлению?

    Кризис стал настоящим испытанием для лидерства. Многие лидеры оказались на высоте, внося столь необходимую ясность (Голова) и мобилизуя ресурсы против критических действий (Руки). Выдающиеся лидеры сделали это, руководя и общаясь с большой осторожностью, сочувствием и смирением (Сердце). В подавляющем большинстве случаев лидеры сейчас сталкиваются с огромным краткосрочным давлением, требующим улучшения бизнес-результатов, проведения преобразований или и того, и другого.Во время восстановления сотрудники, клиенты и общество будут привлекать их к ответственности. В этих условиях все, что вызывает пренебрежение Сердцем в обычное время, возрастет на порядок. Задача лидеров сейчас состоит в том, чтобы сохранить, если не усилить, внимание ко всем трем элементам.

    Обещание, данное генеральным директором IBM Кришной, является в равной степени примером лидерства с помощью Головы, Сердца и Рук и формирования правильной культуры. Еще один важный шаг — проведение еженедельных ратуш, на которых лидеры обращаются к Голове, Сердцу и Рукам.Есть также ряд способов, которыми они могут сформулировать, активировать и внедрить приверженность каждому элементу.

    Например, чтобы сосредоточить внимание руководства на больших камнях (руководителях), генеральные директора и старшие руководители могут проводить виртуальные выездные встречи, чтобы определить видение, а затем проводить еженедельные встречи, чтобы убедиться, что они не сбиваются с пути и остаются слаженными. Чтобы внедрить Сердце, лидеры могут сократить или ликвидировать количество руководящих комитетов, чтобы было легче выполнять работу. Руководители высшего звена могут выявлять особое мнение в каждом обсуждении и поощрять членов команды высказывать свою точку зрения и объяснять, как они будут ее проверять, прежде чем лидеры предложат свою.Руководители старшего звена также могут каждый день встречаться с одним или двумя многообещающими лидерами, чтобы выразить поддержку и посмотреть, как у них дела. И чтобы поддержать Руки, лидеры могут инвестировать в создание собственных цифровых и удаленных рабочих мышц; например, используя платформы, которые используют их сотрудники, такие как Slack и Trello.

    Руки: создайте новую реальность работы

    Когда дело доходит до оперативного восстановления и преобразования бизнеса, задействовать Руки — способность организации быстро выполнять и внедрять инновации — будет не так просто, как щелкнуть выключателем.Кризис COVID нарушил повседневные операции и способы работы почти в каждой организации, что в лучшем случае сбивает с толку людей в их индивидуальных и командных ролях. Чтобы люди могли управлять трансформацией в этой новой реальности, лидеры должны сосредоточиться на трех аспектах Рук: переосмыслении способов работы, повышении квалификации для устранения пропасти цифровых навыков и использовании моделей приобретения творческих талантов.

    Новый способ работы. Буквально за одну ночь кризис COVID заставил большинство организаций коренным образом изменить методы выполнения повседневной работы.Это было нелегко, но большинство организаций приземлились, по крайней мере, на некоторые методы, которые работают. Они должны использовать их в качестве основы для переосмысления того, как команды и сотрудники могут работать более гибко и с поддержкой цифровых технологий. Например, как вы можете:

    • Сосредоточиться на управлении целями и ключевыми результатами (и результатами), а не на определении действий?
    • Расширьте в своей организации гибкие методы, которые хорошо работают в удаленных командах, такие как стендап-совещания, планирование невыполненных работ и итеративная работа?
    • Дальнейшее поощрение использования цифровых средств связи и совместной работы для поощрения и облегчения удаленной и асинхронной работы?
    • Предоставить командам возможность устанавливать порядок работы (время и место) для максимальной гибкости, совместной работы и производительности, учитывая при этом потребности команды и отдельных членов, которым требуются асинхронные механизмы совместной работы для ухода за детьми или других домашних обязанностей?

    Особое внимание стоит уделить командам, работающим в «гибридном режиме».«Например, если большинство членов команды работают в офисе, те немногие, кто работает дома, могут восприниматься как незаинтересованные. И наоборот, когда офисы с ограниченным пространством требуют, чтобы некоторые сотрудники работали неполный или полный рабочий день из дома, эти работники могут чувствовать себя маргинализированными или исключенными. Крайне важно определить и придерживаться норм, которые уравнивают игровое поле; например, проведение онлайн-совещаний и соглашение о том, что все члены команды, даже те, кто находится в офисе, присоединяются индивидуально со своих соответствующих компьютеров, чтобы каждый мог делиться виртуальным опытом.

    За 12 с лишним лет внутренних усилий по обеспечению гибкости и производительности труда BCG обнаружила огромные преимущества, позволяющие командам устанавливать собственные рабочие ритмы и схемы; роль лидеров и менеджеров заключается в установлении барьеров и поощрении команд к выбору собственных норм, по которым члены несут ответственность друг перед другом. Предоставление командам свободы действий в формировании способов работы, которые подходят всем, может способствовать повышению вовлеченности и производительности сотрудников.В нашем собственном случае мы наблюдаем увеличение эффективности командной работы, сотрудничества и ценности для клиентов на 35 %, а также увеличение на 75 % числа сотрудников, которые хотят остаться в фирме в долгосрочной перспективе.

    Повышение квалификации для решения проблемы цифровых навыков. Пандемия резко изменила предпочтения и требования клиентов. Это также заставило организации автоматизироваться. В результате компаниям необходимо будет еще больше сосредоточиться на повышении квалификации, чтобы их сотрудники могли работать (и внедрять инновации) с цифровыми инструментами и предложениями.Некоторые цифровые навыки, вероятно, будут пользоваться большим спросом в ближайшие месяцы, поэтому для большинства организаций нецелесообразно полагаться только на найм. Для создания таких возможностей требуется больше, чем несколько виртуальных учебных занятий. Это означает, что сейчас самое время начать повышать квалификацию сотрудников.

    Организации могут начать работу по телефону:

    • Определение областей, созревших для дальнейшей оцифровки. В некоторых подразделениях организации, таких как отделы обслуживания клиентов, будет сложнее отложить оцифровку во время восстановления.Большое значение будут иметь инвестиции в углубленное повышение квалификации в таких основных областях, как расширенная аналитика, искусственный интеллект и дизайн, ориентированный на человека.
    • Проведение учебных лагерей повышения квалификации. Инвестируйте в интенсивное обучение для всех, кто работает удаленно, охватывающее такие широкие темы, как эффективная работа из дома, гибкие методы и свободное владение цифровыми технологиями, включая аналитику и цифровой маркетинг.
    • Начиная с руководителей. Проведите для всех руководителей и руководителей высшего звена режим повышения квалификации в области цифровых технологий, чтобы они могли руководить, взаимодействовать и общаться на крупных цифровых камнях стратегии восстановления.
    • Подготовка звезд вашего реагирования на кризис. Кто из ваших руководителей и сотрудников был особенно эффективным и впечатляющим в реагировании на кризис? Многие компании были удивлены талантами, которые выделялись положительно; часто это были не обычные высокие потенциалы. Эти новые звезды были бы идеальными кандидатами для помощи в преобразовании восстановления организации. Инвестируйте в то, чтобы сосредоточить их на этой цели.
    • Делайте все возможное, чтобы повысить квалификацию остальных. Талантливые сотрудники любого уровня могут помочь в повышении квалификации.Привлечение их помощи имеет много преимуществ: они знают, как что-то сделать, а также как это сделать. Они понимают культуру. И приглашение их внести свой вклад является мощным мотиватором.

    Используйте модели привлечения творческих талантов. Повышение квалификации может занять некоторое время, поэтому вам, возможно, придется усилить свои усилия с помощью таких тактик, как привлечение штатных сотрудников или обмен талантами. Обмен талантами появился как творческое «исправление» во многих местах в первые дни кризиса; Например, лондонские супермаркеты Nightingale Hospital и Freshippo столкнулись с острой нехваткой персонала и получили помощь от ресторанов Virgin Atlantic (Великобритания) и Yunhaiyao (Китай), у которых не было свободных мест.Подумайте также о внутреннем обмене талантами: перераспределение сотрудников с соответствующими навыками в более востребованные области внутри организации. Обмен талантами может стать мощным рычагом, поскольку компании справляются с потенциально неравномерным характером восстановления в разных отраслях, местах и ​​функциях.

    Встраивание головы, сердца и рук в трансформацию, связанную с восстановлением

    Преднамеренное, уравновешенное, комплексное и дисциплинированное внимание людей ко всем аспектам Головы, Сердца и Рук поможет ускорить и поддержать трансформационное восстановление вашей организации.Обдуманно, чтобы убедиться, что каждый элемент является частью плана. Сбалансированный, чтобы придать соответствующий вес каждому элементу. Дисциплинированный, потому что избавление от старых привычек и формирование новых требует времени, а также регулярной практики. И интегрированы, чтобы вместо того, чтобы разделять инициативы, ориентированные на людей, вы воспринимали их целостно, признавая их взаимосвязь и взаимное усиление. (См. выставку.)

    Глубокое погружение в архитектуру трансформаторов — разработка моделей трансформаторов

     

    Преобразователи для обработки естественного языка

     

    Может показаться, что прошло много времени с тех пор, как мир обработки естественного языка (НЛП) был преобразован основополагающей статьей Васвани et al. «Внимание — это все, что вам нужно». , а на самом деле это было меньше 3-х лет назад. Относительная недавность внедрения архитектур-трансформеров и повсеместное распространение, с которым они перевернули языковые задачи, говорит о быстром прогрессе в области машинного обучения и искусственного интеллекта. Нет лучшего времени, чем сейчас, чтобы получить глубокое понимание внутренней работы архитектур трансформаторов, особенно с моделями трансформаторов, которые широко используются в различных новых приложениях, таких как предсказание химических реакций и обучение с подкреплением.

    Являетесь ли вы опытным человеком или только впервые обращаете внимание на архитектуру в стиле трансформера, эта статья должна предложить вам что-то. Во-первых, мы углубимся в фундаментальные концепции, использованные при создании оригинального Трансформера 2017 года. Затем коснемся некоторых наработок, реализованных в последующих моделях трансформеров. Там, где это уместно, мы укажем на некоторые ограничения и на то, как современные модели, наследующие идеи от оригинального Transformer, пытаются преодолеть различные недостатки или улучшить производительность.

     

    Что делают Трансформеры?

     

    Преобразователи

    — это современная современная модель для работы с последовательностями. Возможно, наиболее заметным применением этих моделей являются задачи обработки текста, и наиболее заметным из них является машинный перевод. На самом деле трансформеры и их концептуальные потомки проникли почти во все таблицы лидеров по обработке естественного языка (NLP), от ответов на вопросы до исправления грамматики.Во многих смыслах архитектуры-трансформеры переживают всплеск развития, аналогичный тому, что мы видели в сверточных нейронных сетях после конкурса ImageNet 2012 года, в лучшую и в худшую сторону.

    Трансформер в виде черного ящика. Вся последовательность (x на диаграмме) анализируется одновременно с прямой связью, создавая преобразованный выходной тензор. На этой диаграмме выходная последовательность более лаконична, чем входная. Для практических задач НЛП порядок слов и длина предложения могут существенно различаться.

    В отличие от предыдущих современных архитектур для NLP, таких как множество вариантов RNN и LSTM, здесь нет повторяющихся соединений и, следовательно, нет реальной памяти о предыдущих состояниях. Трансформеры обходят эту нехватку памяти, одновременно воспринимая целые последовательности. Возможно, нейронная сеть-трансформер воспринимает мир немного как инопланетяне в фильме Прибытие . S Строго говоря, будущие элементы обычно маскируются во время обучения, но в остальном модель может свободно изучать долгосрочные семантические зависимости на протяжении всей последовательности.

    Трансформеры избавляются от повторяющихся соединений и одновременно анализируют целые последовательности, вроде Гептаподов в Прибытии. Вы можете создавать свои собственные логограммы, используя репозиторий python2 с открытым исходным кодом от FlxB2 ( https://github.com/FlxB2/arrival_logograms ).

    Работая как модели с прямой связью, трансформаторы требуют несколько иного подхода к оборудованию. Трансформеры на самом деле гораздо лучше подходят для работы на современных ускорителях машинного обучения, потому что, в отличие от рекуррентных сетей, в них нет последовательной обработки: модели не нужно обрабатывать строку элементов, чтобы разработать полезное состояние скрытой ячейки.Преобразователям может потребоваться много памяти во время обучения, но выполнение обучения или логических выводов с пониженной точностью может помочь снизить требования к памяти.

    Трансферное обучение — это важный способ быстрого выполнения заданной текстовой задачи на самом современном уровне, и, откровенно говоря, он необходим большинству практиков с реалистичным бюджетом. Энергетические и финансовые затраты на обучение большого современного трансформатора могут легко превзойти общее годовое потребление энергии отдельным исследователем за тысячи долларов при использовании облачных вычислений.К счастью, подобно глубокому обучению для компьютерного зрения, новые навыки, необходимые для специализированной задачи, могут быть переданы крупным предварительно обученным преобразователям, например, загруженным из репозитория HuggingFace.

     

    Что такое механизм внимания в архитектурах-трансформерах?

     

    Секретный ингредиент архитектур-трансформеров — это включение какого-то механизма внимания, и оригинал 2017 года не является исключением. Чтобы избежать путаницы, мы будем ссылаться на модель, продемонстрированную Vaswani et al.  как просто Трансформер или как ванильный Трансформер, чтобы отличить его от преемников с похожими именами, такими как Трансформер-XL. Мы начнем с рассмотрения механизма внимания, а затем перейдем к высокоуровневому представлению всей модели.

    Внимание — это средство выборочного взвешивания различных элементов во входных данных, чтобы они оказывали скорректированное влияние на скрытые состояния нижестоящих слоев. Vanilla Transformer реализует внимание, разбирая векторы входных слов на векторы ключа, запроса и значения.Скалярное произведение ключа и запроса обеспечивает вес внимания, который сглаживается с помощью функции softmax для всех весов внимания, так что общая сумма весов равна 1. Векторы значений, соответствующие каждому элементу, перед подачей суммируются в соответствии с их весами внимания. в последующие слои. Это может быть немного сложно, чтобы охватить все сразу, поэтому давайте увеличим масштаб и рассмотрим это шаг за шагом.

     

    Векторные вложения слов придают семантическое значение

     

    Начиная с последовательности слов, образующих предложение, каждый элемент (слово) в последовательности сначала преобразуется во встроенное представление, называемое вектором слов.Встраивание вектора слов представляет собой гораздо более тонкое представление, чем что-то вроде модели мешка слов с горячим кодированием, подобной той, которую использовали Салахутидинов и Хинтон в своей статье о семантическом хэшировании 2007 года.

    Вложения слов (также иногда называемые токенами) полезны, потому что они придают семантическое значение числовым способом, который может быть понят нейронными сетями. Выученные вложения слов могут содержать контекстуальную и реляционную информацию, например, поскольку семантическая связь между «собакой» и «щенком» примерно эквивалентна «кошке» и «котенку», поэтому мы можем манипулировать их вложениями слов следующим образом:

     

    Дополнительный продукт Внимание в деталях

     

    Vanilla Деталь механизма «Трансформер».

    Начиная с верхнего левого угла на приведенной выше диаграмме входное слово сначала размечается функцией встраивания, заменяя строку «ALL» числовым вектором, который будет вводом для слоя внимания. Обратите внимание, что единственным слоем, который имеет функцию внедрения, является первый кодировщик, каждый другой слой просто принимает предыдущие выходные векторы в качестве входных данных. Слой внимания ( W  на схеме) вычисляет три вектора на основе входных данных, называемых ключом, запросом и значением.Произведение ключа и запроса, скаляр, представляет собой относительный вес для данной позиции.

    Механизм внимания применяется параллельно к каждому элементу в последовательности, поэтому каждый другой элемент также имеет показатель внимания. Эти оценки внимания подвергаются функции softmax, чтобы гарантировать, что общая весовая сумма равна 1,0, а затем умножается на соответствующий вектор значений. Значения всех элементов, теперь взвешенные по их показателям внимания, суммируются.Результирующий вектор является новым значением в последовательности векторов, формирующих внутреннее представление входной последовательности, которое затем будет передано на полностью связанный уровень с прямой связью.

    Еще одна важная деталь, которая, возможно, до сих пор была утеряна, — это коэффициент масштабирования, используемый для стабилизации функции softmax, т. е. , перед вводом значений в функцию softmax, используемую слоями внимания, числа масштабируются обратно пропорционально квадратному корню из количество единиц в ключевом векторе.Это важно для того, чтобы обучение работало хорошо независимо от размера векторов ключа и запроса. Без коэффициента масштабирования скалярное произведение будет иметь тенденцию к большому значению при использовании длинных ключей и векторов запросов, что сдвинет градиент функции softmax в относительно ровную область и затруднит распространение информации об ошибках.

     

    Слои кодировщика: 6 различных типов ванильного преобразователя

     

    Как упоминалось ранее, полезным последствием отказа от повторяющихся соединений является то, что вся последовательность может быть обработана сразу в режиме прямой связи.Когда мы объединяем описанный выше слой самоконтроля с плотным слоем прямой связи, мы получаем один слой кодировщика. Слой прямой связи состоит из двух линейных слоев с выпрямленным линейным блоком (ReLU) между ними. То есть вход сначала преобразуется линейным слоем (умножение матрицы), затем результирующие значения обрезаются, чтобы всегда быть равными 0 или больше, и, наконец, результат подается на второй линейный слой для получения прямой связи. вывод слоя.

    Vanilla Transformer использует шесть из этих слоев кодировщика (уровень самоконтроля + уровень прямой связи), за которыми следуют шесть слоев декодера.Transformer использует вариант самоконтроля, называемый многоголовым вниманием, поэтому на самом деле уровень внимания будет вычислять 8 различных наборов векторов ключей, запросов и значений для каждого элемента последовательности. Затем они будут объединены в одну матрицу и подвергнуты умножению другой матрицы, что даст выходной вектор правильного размера.

     

    Слои декодера: 6 различных типов ванильного преобразователя

     

    Слои декодера обладают многими функциями, которые мы видели в слоях кодировщика, но с добавлением второго уровня внимания, так называемого уровня внимания кодера-декодера.В отличие от уровня самоконтроля, от самого уровня декодера исходят только векторы запросов. Векторы ключа и значения берутся из выходных данных стека кодировщика. Слои декодера также содержат слой внутреннего внимания, точно так же, как мы видели в кодировщике, а запросы, ключи и значения, поступающие в слой внутреннего внимания, генерируются в стеке декодера.

    Уровень декодера, отличающийся от уровней кодера добавлением подуровня внимания кодер-декодер.Шесть из них составляют декодер в vanilla Transformer.

    Теперь у нас есть рецепты для слоев кодировщика и декодера. Чтобы построить преобразователь из этих компонентов, нам нужно всего лишь сделать два стека, каждый с шестью слоями кодировщика или шестью слоями декодера. Выходные данные стека кодировщика передаются в стек декодера, и каждый уровень в стеке декодера также имеет доступ к выходным данным кодировщиков. Но осталось всего несколько деталей, чтобы полностью понять, как устроен ванильный трансформер.

    Обзор полного трансформера.

     

    Окончательные фрагменты: остаточные соединения, нормализация слоев и позиционное кодирование

     

    Как и многие другие чрезвычайно глубокие нейронные сети с множеством параметров, их обучение иногда может быть затруднено, когда градиенты не проходят от входа к выходу так, как хотелось бы. В компьютерном зрении это привело к мощному стилю сверточных нейронных сетей ResNet. ResNets, сокращение от остаточных сетей, явно добавляет входные данные из последнего слоя к своим собственным выходным данным.Таким образом, остатки сохраняются во всем стеке слоев, и градиенты могут легче перетекать от функции потерь на выходе обратно к входам. Архитектуры DenseNet нацелены на решение одной и той же проблемы путем объединения входных и выходных тензоров вместе, а не сложения. В модели vanilla Transformer за операцией суммирования остатков следует нормализация слоев — метод улучшения обучения, который, в отличие от пакетной нормализации, не чувствителен к размеру мини-пакета.

    Диаграмма остаточных соединений и нормализация слоев. Каждый подуровень в слоях кодировщика и декодера ванильного Трансформера включал эту схему.

    В рекуррентных архитектурах, таких как LSTM, модель может научиться подсчитывать и измерять расстояния последовательности внутри себя. Vanilla Transformer не использует рекуррентные соединения и воспринимает целые последовательности одновременно, так как же он узнает, какой элемент из какой части последовательности, особенно когда длина последовательности может варьироваться? Ответ — позиционное кодирование, основанное на затухающей синусоидальной функции, которая конкатенируется с вложениями элементов последовательности.Васвани и др. . также экспериментировал с изученным позиционным кодированием с почти идентичными результатами, но пришел к выводу, что использование синусоидального кодирования должно позволить модели лучше обобщать длины последовательностей, не наблюдаемые во время обучения.

     

    Влияние и будущее трансформеров в глубоком обучении

     

    Внедрение ванильного трансформера в 2017 году значительно изменило глубокое обучение на основе последовательностей. Полностью отказавшись от рекуррентных подключений, архитектуры-трансформеры лучше подходят для массовых параллельных вычислений на современном оборудовании для ускорения машинного обучения.Удивительно, что ванильный трансформер вообще может изучать долгосрочные зависимости в последовательности, и на самом деле существует верхний предел расстояний, на которых ванильный трансформер может легко изучать отношения.

    Transformer-XL был представлен Dai et al.  в 2019 году, чтобы решить эту проблему с помощью нового позиционного кодирования, а также включить своего рода псевдорекуррентное соединение, в котором векторы ключа и значения частично зависят от предыдущего скрытого состояния, а также от текущего.Дополнительные варианты преобразователя включают преобразователи только для декодера (, например, OpenAI GPT и GPT-2), добавляющие двунаправленность (т. е. преобразователи на основе BERT), среди прочего. Преобразователи были разработаны для последовательностей и нашли свое наиболее заметное применение в обработке естественного языка, но архитектуры преобразователей также были адаптированы для генерации изображений, обучения с подкреплением (путем модификации Transformer-XL) и для химии.

     

    Полезные ресурсы по архитектуре трансформаторов

     

    Надеюсь, этот пост помог вам развить интуицию для работы с современными архитектурами преобразования для НЛП и не только.Но вам не нужно быть героем и строить и обучать нового трансформера с нуля, чтобы опробовать свои собственные идеи. Репозитории с открытым исходным кодом, такие как HuggingFace, предоставляют предварительно обученные модели, которые вы можете точно настроить для своих проектов НЛП. Google предоставил блокнот, который вы можете использовать для работы с моделями трансформаторов в своей библиотеке tensor2tensor. И, конечно же, вы всегда можете поговорить с трансформером или сыграть в текстовую приключенческую игру с подземельями с GPT-2 от OpenAI в качестве мастера подземелий. В зависимости от предпочитаемого вами уровня абстракции вышеуказанных ресурсов может быть более чем достаточно, но если вы не будете счастливы, пока не вставите код в концепции, вас может заинтересовать версия статьи с аннотациями кода от Александра Раша и других.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.