Намоточный станок

↑ Алгоритм работы моей программы

Опишу алгоритм работы программы, каким я для себя видел. Включаем контроллер и на семисегментном индикаторе горят «0,00» нули. С помощью кнопок «+1» и «-1» выставляем значение диаметра провода (например 0,31) и жмём кнопку «СТАРТ». Контроллер, исходя из выше изложенной константы «А = 0,02», делает пересчёт сколько импульсов ему нужно подавать на драйвер шагового двигателя для его перемещения на расстояние 0,31 мм. Т.е. 0,31/0,02 = 15,5 импульсов. Так как число импульсов должно быть целое число контроллер выдаёт 16 импульсов (или 15). Погрешность есть, куда без неё.

Жмём кнопку «СТАРТ», на самом первом индикаторе загорается маленький квадратик и программа переходит в следующий этап работы, где контроллер ждёт сигнала от датчика, который будет на оси с катушкой, для разрешения выдать пачку импульсов для шагового двигателя. Вот он получает импульс и МК выдаёт пачку импульсов. Каретка проводоукладчика перемещается и ждёт следующего разрешающего импульса.

Если в процессе работы нужно «подкорректировать» диаметр провода и вернутся в первую часть программы

, нужно нажать «СТАРТ», квадратик исчезнет и можно изменять значение диаметра провода. Одно замечание: чтобы была возможность контроллеру отреагировать на кнопку «СТАРТ», диск датчика на основной оси должен быть на чёрном сегменте, т.е. на контроллер от датчика должен подаваться уровень «лог. 1».

С прерываниями работать ещё не научился и сделал, как умею. Диск датчика расчертил на 4 части и черным лаком закрасил сегменты напротив, в шахматном порядке. Поскольку на диске будет 2 черных сектора – контроллер будет реагировать на каждые 180 градусов оборота оси, и соответственно будет на каждые 180 градусов перемещать каретку на Ѕ диаметра провода. В таком случае минимальный шаг намотки (в моем случае) =0,04 мм. Программа работает под внутренним тактированием с частотой 1 МГц.

Укладчик витков

Укладчик проволоки служит для равномерной намотки, виток к витку, обмоточного провода на каркас изготавливаемого трансформатора или катушки. Плотность намотки зависит от того, с какой скоростью вращаются оси, а так же от диаметра выбранной проволоки. Необходимое соотношение скорости вращения первой и второй оси можно достичь с помощью шкивов и ременной передачи. При работе отлаженного механизма станка происходит одновременное перемещение ролика укладчика с определенным шагом и укладка проволоки на каркас наматываемого трансформатора. В двух словах не объяснить, но при дальнейшем прочтении статьи станет все понятно.

В рассматриваемой конструкции использована шпилька-штанга заводского изготовления М6 с шагом резьбы 1мм. В боковины станины намоточного станка параллельно друг другу закрепляют подшипники в заранее просверленные для них отверстия, далее в них вставляют шпильку. Для наилучшего скольжения смазываем подшипники. На шпильке перемещается направляющий ролик, через который продевается проволока.

Направляющий ролик для укладки проволоки можно изготовить самостоятельно, имея небольшой отрезок П-образного алюминиевого профиля, удлиненную гайку-втулку, соответствующую по резьбе шпильке, и подающий ролик с канавкой посередине.

В П-образном профиле сверлятся отверстия параллельные друг другу. Верхняя пара отверстий – для ролика, а нижняя – для удлиненной гайки. Диаметр верхних отверстий в стенках профиля подбирается по оси, на которой будет закреплен ролик, а нижние на миллиметр больше диаметра резьбы шпильки. Под расстояние между стенками профиля впритирку подгоняется по размеру удлиненная гайка. Затем эта конструкция наворачивается на шпильку укладчика.

Шпилька фиксируется гайками по бокам так, чтобы она могла вращаться без смещений. С одной из сторон оставляется запас шпильки, чтобы на нее накручивать шкивы для сопряжения первой и второй оси.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

  1. Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
  2. Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.

Расчет сердечника

Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:

«P=1,9*Sc*So», где:

  • P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
  • 1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
  • So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»

Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим. «P=1,9*70*70=9310 Ватт»

Определим количество витков первичной обмотки

В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу. К=35/ Sc, где:

  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.
  • 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.

Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию. «K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу. «W1=U1*K», где:

  • W1- количество витков в первой обмотке.
  • U1 – необходимое напряжение в этой точке.
  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.

«W1=220*0,5=110» – витков. С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим. «W2=35*0,5=17,5» – витков.

Расчет сечения применяемых проводов

Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора: «I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера» С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки. «I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.

Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.

Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера. Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:

  1. Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
  2. Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.

Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:

  1. 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
  2. 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.

Популярные модели

Потребитель может выбрать любое из перечисленных устройств, но итальянский или немецкий станок с продвинутым функционалом потребует более весомых вложений. Отечественные модели отличаются долговечностью, демократичной ценой и функциональностью. Из востребованных покупателями можно перечислить:

  • СНС-1.5-300 «Квазар» с модификатором и электронным модулем, без шумной коробки механической передачи;
  • СНС-1.0-100 (150) с открытой горизонтальной намоткой и ЧПУ;
  • изготовленный своими руками по рекомендации народных мастеров, выкладывающих ролики и инструкции по изготовлению в интернет.

Примером последнего служит такое устройство.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Читать также: Как настроить тюнер спутниковой антенны самостоятельно украина

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Устройство и принцип действия.

Подающий узел.

Подающий узел предназначен для закрепления на нём бобины с проводом, различных величин, и обеспечения натяжения провода. В него входит механизм крепления бобин и механизм подтормаживания вала.

Рисунок 2. Подающий узел.

Подтормаживание.

Без подтормаживания подающей бобины, намотка провода на каркасах будет рыхлая и качественной намотки не получится. Войлочная лента «2», тормозит барабан «1». Поворот рычага «3», натягивает пружину «4» — регулировка силы торможения. Для разной толщины провода, настраивается своё притормаживание. Здесь используются готовые детали видеомагнитофона.

Рисунок 3. Подтормаживающий механизм.

Центровка бобины.

Малые габариты станка и расположение в непосредственной близости, наматываемой катушки и подающей бобины с проводом, потребовали ввести дополнительный механизм центровки подающей бобины.

Рисунок 4, 5. Центрирующий механизм.

При намотке катушки, провод с бобины воздействует на шторку «5», выполненной виде “вилки” и шаговый двигатель «3», через редуктор с делением 6 и зубчатый ремень, по роликовым направляющим «4», автоматически сдвигает бобину в нужном направлении. Таким образом, провод всегда находится по центру см. рис 4, рис 5:

Рисунок 6. Датчики, вид сзади.

Состав и устройство датчиков.

19. Оптические датчики механизма центровки бобины. 5. Шторка перекрывающая датчики механизма центровки бобины. 20. Шторки перекрывающие датчики переключения направления позиционера. 21. Оптические датчики переключения направления позиционера.

2 Электрический намоточный станок

Ручной намоточный станок не всегда в состоянии значительно облегчить работу по перемотке трансформаторов. Для того, чтобы сделать более совершенное устройство, следует обратиться к следующей информации, которая позволяет с использованием деталей матричного принтера создать более эффективную конструкцию.

Электрический станок для намотки трансформаторов, дросселей, катушек

Используя каркас принтера и многие его узлы и детали можно получить устройство со следующими особенностями:

  • намоточный станок имеет небольшие размеры;
  • его шпиндель плавно стартует и останавливается;
  • наличие счетчика позволит избежать ошибок при подсчете витков;
  • провод укладывается автоматически;
  • возможность секционной намотки без перенастройки устройства;
  • надежное закрепление каркасов, которые не имеют центрального отверстия.

Узлы и детали намоточного станка:

  • катушка с проволокой (бобина подачи);
  • механизм притормаживания вращения шпинделя;
  • шаговый электродвигатель центровки бобины;
  • направляющие (шариковая мебельная гарнитура);
  • шторка оптических датчиков на механизме центровки бобины;
  • ручка для перенаправления позиционера к другой секции (при секционной намотке);
  • кнопки для ручного изменения направления укладки;
  • светодиоды для контроля направления укладки;
  • шаговый электродвигатель позиционера;
  • шторки для оптических датчиков контролирующих границу намотки;
  • регулировочный винт позиционера;
  • катушка для намотки;
  • электродвигатель намотки;
  • счетчик количества витков;
  • кнопки настройки устройства;
  • оптический датчик синхронизации;
  • регулятор скорости вращения.

Самодельный электрический станок для намотки трансформаторов

2.1 Назначение и принцип работы отдельных частей и узлов

Подающий узел — используется для установки в нем бобины с проводом с обеспечением нужной величины его натяжения при подаче. Состоит из приспособления для крепления бобин и системы притормаживания вращения вала.

Центровка подающей бобины необходима из-за небольших габаритов станка и выполняется при помощи центрирующего механизма, который работает следующим образом:

  • провод, сматываемый с бобины, проходит через шторку, которая имеет форму вилки;
  • шаговый двигатель, через редуктор с зубчатым ремнем, автоматически передвигает бобину по роликовым направляющим.

Позиционер — устройство, при помощи которого выставляются границы укладки провода. Шаговый электродвигатель перемещает укладчик до тех пор, пока шторка не перекроет один из контролирующих датчиков. Как только это происходит — направление укладки изменяется.

Укладчик — позволяет проводить перенастройку при намотке провода различного диаметра — от 0,2 до 0,4 мм.

Приемная катушка, на которую происходит намотка слоев

Приемный узел — вращение катушки, на которую наматывается провод, обеспечивается высокоскоростным электродвигателем, имеющим редуктор. Редуктор состоит из 3-х шестеренок с общим делением 18, что позволяет получить достаточный вращающий момент на небольших оборотах. Регулировка скорости вращения самого электродвигателя осуществляется за счет изменения величины подающегося к нему напряжения.

Подобная конструкция не является догматической. Все элементы, детали, отдельные узлы, подбираются в соответствии с конкретными задачами и возможностями любителя поработать своими руками. Главная идея заключается в том, что при достаточном желании и некоторых принципиальных знаниях, каждому мастеру вполне под силу самостоятельно собрать намоточный станок для любого типа трансформаторов.

Размотка проволоки

Если в качестве источника проволоки для намотки вы планируете использовать старый трансформатор, то облегчить и ускорить работу можно при помощи небольшого размоточного станка. Его использование позволяет равномерно извлекать проволоку, избегая рывков и повреждений изоляции. Принцип действия и строение устройства напоминают намоточный станок, но движения катушки происходят в обратном направлении.

Довольно простое в изготовлении и использовании приспособление выглядит практически так же, как и ручной станок. Отличие заключается в отсутствии ручки и наличии приспособления для фиксации пустотелого корпуса трансформатора на металлической оси. Закрепляют корпус при помощи свернутого в многослойную трубку куска картона, бумаги или любого другого подходящего материала. Так, можно будет обеспечить плавность размотки, отсутствие скачков и ударов катушки об ось.

Рисунок 5. Станок со шпильками.

Немного усложнив конструкцию и добавив в нее фиксаторы из деревянных, металлических или текстолитовых пластин, можно сделать приспособление гораздо более удобным в применении. Вместо металлической оси в таком случае используют шпильку с резьбой диаметром 6 мм. Она будет не просто свободно вращаться в стойках, а фиксироваться системой гаек-барашков (рис. 5).

При размотке мощных трансформаторов между первичной и вторичной обмотками можно обнаружить изоляционный материал. Не следует его выбрасывать, так как он обладает повышенной надежностью и пригодится при конструировании вашего устройства. Помимо этого, во время разборки старого трансформатора вы встретитесь с такой проблемой, как отдельные слои проволоки, покрытые прозрачным материалом – специальным лаком. Не нужно пытаться снять или соскрести его, так как в процессе можно легко повредить тонкую внешнюю обмотку проволоки. Лучше всего разматывать такой трансформатор на станке, делая плавные и медленные движения, при этом проволока сама будет нормально отходить.

Изготовление счетчика витков

Для определения количества намотанных витков на станке необходим специальный счётчик. В самодельном станке устройство делают так:

Счетчик для намоточного станка — схема

  • К верхнему валу крепят электромагнит.
  • Герметизированный контакт располагают на одной из боковин.
  • Выведенные контакты геркона соединяют с калькулятором в том месте, где находится кнопка «=».
  • Катушку с проводом размещают отдельно – на другом валу с рычагами, которые поднимают устройство вверх и складывают его внутрь станка.

Благодаря этим элементам, оборудование становится компактным и не занимает много места.

Принцип работы

Самый просто тороидальный трансформатор состоит из двух обмоток на кольце и сердечнике из стали. Первичная обмотка подключается к источнику электрического тока, а вторичная – к потребителю электроэнергии. За счет магнитопровода осуществляется соединение отдельных обмоток между собой и усиления их индуктивной связи. При включении питания в первичной обмотке создается переменный магнитный поток. Сцепляясь с отдельными обмотками, этот поток создает в них электромагнитную силу, которая зависит от количества витков намотки. Если изменять число обмоток, то можно сделать трансформатор для преобразования любого напряжения.

Фото – Принцип действия

Также преобразователи такого типа бывают понижающими и повышающими. Тороидальный понижающий трансформатор имеет высокое напряжение на выводах вторичной обмотки и низкое на первичной. Повышающий наоборот. Помимо этого, обмотки могут быть высшего напряжения или низшего, в зависимости от характеристик сети.

Проверка обмотки

В большинстве случаев проблема может быть обнаружена по внешнему виду и характерному запаху (см. рис. 1). Если эмпирическим путем неисправность установить не удается, переходим к диагностике, которая начинается с прозвонки на обрыв. Если таковая обнаруживается, выполняется разборка двигателя (этот процесс будет описан отдельно) и тщательный осмотр соединений. Когда дефект не обнаружен, можно констатировать обрыв в одной из катушек, что требует перемотки.

Если прозвонка не показала обрыва, следует переходить к измерению сопротивления обмоток, при этом учитывать следующие нюансы:

  • сопротивление изоляции катушек на корпус должно стремиться к бесконечности;
  • у трехфазного привода обмотки должны показывать одинаковое сопротивление;
  • у однофазных машин сопротивление пусковых катушек превышает данные показания рабочих обмоток.

Помимо этого следует учитывать, что сопротивление статорных катушек довольно низкое, поэтому для его измерения бессмысленно использовать приборы с низким классом точности, к таковым относятся большинство мультиметров. Исправить ситуацию можно собрав несложную схему на потенциометре с добавлением дополнительного источника питания, например автомобильной аккумуляторной батареи.

Методика измерений следующая:

  1. Подключается катушка привода к схеме, представленной выше.
  2. Потенциометром устанавливается ток 1 А.
  3. Производится расчет сопротивления катушке по следующей формуле: , где RК и UПИТ были описаны на рисунке 2. R – сопротивление потенциометра, – падение напряжения на измеряемой катушке (показывает вольтметр на схеме).

Стоит также рассказать о методике, позволяющей определить место межвиткового замыкания. Это делается следующим образом:

2 Делаем станок для намотки своими руками

Представленный в данном разделе статьи станок для намотки кабеля позволяет работать с катушками на квадратном, круглом и прямоугольном каркасе с диагональю до 200 мм, его можно будет комплектовать разными шкивами, что позволит менять шаг намотки в пределах 0.3-3.2 мм.

Схема №1

Приведенная схема демонстрирует каркас станка. Для сборки станины используются металлические листы толщиной 15 мм (для основания) и 5 мм (для боковых участков). Экономия на толщине металла не приветствуется, так как она ведет к уменьшению веса агрегата и, как следствие, ухудшению его устойчивости.

Вам потребуется вырезать заготовки станины (размеры соблюдаются) и просверлить в них два сквозных отверстия, затем боковушки привариваются к пластине основания. В нижнее отверстие нужно смонтировать 2 подшипника, в верхнее — втулки под вал вращения.

Схема №2

В качестве вала можно использовать пруток гладкой арматуры 12 мм, которую предварительно нужно отшлифовать и покрасить. Для втулки укладчика можно брать пруток диаметром 10 мм, по всей длине которого нарезается резьба стандарта М12*1,0.

Схема №3

Шкивы лучше вытачивать тройные, однако учитывайте, что их совокупная толщина не должна превышать 20 мм. При большей толщине потребуется дополнительно увеличивать длину валов на аналогичный размер. Указанная в схеме комбинация шкивов позволяет применять 54 разных шага намотки. Если вам необходимо работать с проводами диаметром менее 0.31 мм, потребуется дополнительный шкив 12/16/20 мм, с ним вы сможете наматывать провода 0.15 мм.

Рукоять намоточного станка

Для сооружения ручного привода вам потребуется крупноразмерная шестерня и рукоять, которые фиксируются посредством цангового зажима на верхнем валу. Благодаря использованию цанги вы сможете при необходимости прервать намотку фиксировать ручку, тем самым препятствуя разматыванию катушки.

Счетчик витков для намоточного станка делается из обычного калькулятора. Также вам потребуется магнит с герконовым датчиком (можно купить в любом магазине радиотехники), выводы которых необходимо присоединить к контактам калькулятора на кнопке «=».

2.1 Как работать на самодельном станке?

И так, оборудование готово, как же на нем работать? Чтобы установить каркас для намотки необходимо выдвинуть из посадочного гнезда верхний вал на длину, равную длине оправы. Далее на вал монтируется правый диск и оправка катушки, поверх которой надевается сама катушка. На следующем этапе устанавливается левый диск и навинчивается гайка, после чего все устанавливается в первоначальную позицию.

Намоточный станок в сборе

В отверстие на верхнем валу размещается гвоздик и производится центровка оправы, после которой каркас зажимается гайкой. Дальнейшие операции выполняются в следующей последовательности:

  1. На подающем валу размещается подходящей по диаметру шкив.
  2. Посредством вращения шкива укладчик перемещается в крайнее положение, к одной из сторон катушки.
  3. На шкив одевается пассик провода — кольцом либо восьмеркой. Конец провода необходимо продеть под средним валом, размесить в желобе укладчика и зафиксировать на каркасе. Натяжение провода регулируется посредством зажимов на укладчике.
  4. В начале намотки на калькуляторе набирается комбинация «1+1», после чего производится вращение ручки. С каждым полным оборотом вала калькулятор самостоятельно будет увеличивать число на экране на единицу, тем самым считая количество витков провода.

Поскольку данное оборудование имеет предельно простое устройство, в котором отсутствует какой-либо контроллер управления намоточным станком, в процессе работы вам потребуется постоянно следить за катушкой и при необходимости поправлять кабель на каркасе вручную.

Соотношение диаметров шкивов станка

Если вы хотите сделать станок более функциональным, потребуется усложнить конструкцию добавив в нее контроллер. Это позволит автоматизировать рабочий процесс, однако для полностью механической укладки в пару к контроллеру необходимо установить шаговый двигатель (подойдет обычный 24-вольтовый привод, работающий в режиме 44-60 шагов на оборот). Силовые транзисторы к данному комплекту подбираются исходя из характеристик мотора. В качестве контроллера оптимально подойдет прибор АТмега8, купить который можно за 150-200 рублей.