Тороидальная молния своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 10.09.2024

Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и "вечные двигатели" в каждый дом!

Несколько лет назад в Петербургском институте ядерной физики (ПИЯФ) была создана действующая установка, позволяющая легко воспроизводить в лабораторных условиях такое природное явление, как шаровая молния (ШМ). Создаваемая шаровая молния доступна для детального исследования и весьма устойчива. Время ее существования составляет приблизительно одну секунду, что для искусственно созданных образований такого рода совсем не мало. Эксперименты, проводимые на этой установке сотрудниками ПИЯФ А.И. Егоровым, Г.Д. Шабановым и С.И. Степановым, никак не поддерживаются и не финансируются. Заметим, что каждый ученый этой научной группы ищет доказательства собственной гипотезы о природе и строении ШМ.

Ведущий специалист ПИЯФ Антон Ильич Егоров — один из немногих здравствующих ныне учеников знаменитого основателя Гатчинского института Б.П. Константинова. Будучи ученым старой школы, Антон Ильич уделяет особое внимание развенчанию околонаучных мифов:

— Антон Ильич, как же, по Вашему мнению, устроена ШМ?

— В начале 1990-х гг. сотрудник ИЗМИРАНа И.Д. Стаханов разработал специальную методику опроса очевидцев, на основе которой было составлено верное представление о явлении ШМ. По Стаханову, ШМ — сгусток холодной гидратированной плазмы, который образуется при электрическом разряде во влажном воздухе.

Вода как химическое соединение замечательна своими аномальными свойствами: при соединении двух легчайших элементов получается не газ, а высококипящая жидкость. Это ^(происходит из-за крайне неравномерного еления электронов по молекуле воды, отчего она етает свойства электрического диполя. Молекулы

воды особым образом взаимодействуют друг с другом, с заряженными ионами и частицами аэрозолей.

Если одновременно ввести положительные и отрицательные ионы в клуб теплого влажного воздуха, то диполи воды немедленно образуют гидратные оболочки вокруг ионов. При сближении гидратированных отрицательных и положительных ионов в промежутки между ними втягиваются дополнительные молекулы воды, и образуется устойчивый кластер, в котором законсервированы заряженные ионы. Он состоит из двух ионов противоположного заряда и гидратной оболочки. Молекулы воды препятствуют сближению ионов и их рекомбинации, поэтому время жизни ионов в кластере возрастает до десятков минут, то есть на 12-13 порядков. Из-за взаимодействия кластеров возникают сначала цепочечные, а затем пространственные структуры, то есть образуется сгусток холодной гидратированной плазмы, который аккумулирует значительную энергию — до килоджоуля на литр. Эту энергию он теряет при рекомбинации ионов.

— Расскажите, пожалуйста, о конструкции аппарата. Какие процессы происходят во время работы установки?

— Наша задача — ввести обильную популяцию ионов в клуб теплого воздуха, насыщенного водяными парами. Основой установки для воспроизведения ШМ в лабораторных условиях служит конденсаторная батарея, которую можно заряжать до 5,5 кВ. Положительный полюс батареи соединен медной шиной с кольцевым электродом, который находится на дне полиэтиленовой емкости с водой. Отрицательный полюс батареи соединяется с угольным электродом, который находится в центре емкости, у поверхности воды. Этот электрод окружается кварцевой трубкой так, чтобы на него можно было накапать воду или нанести какое-либо природное вещество.

Для получения ШМ на центральный электрод наносятся 2-3 капли воды. При импульсном разряде из центра электрода вырывается с легким хлопком яркая плазменная струя, от которой отделяется светящийся плазмоид — искусственная шаровая молния. Он медленно всплывает в воздухе и через 0,2 — 0,3 секунды исчезает, распадаясь на части.

Мы провели тысячи экспериментов, чтобы изучить свойства ШМ: определить размеры, время жизни, цвет, среднюю температуру, избыточный заряд, состав пылевой компоненты.

Установлено, что искусственная шаровая молния образуется в узком интервале пробойных напряжений. Средний размер ее 12-20 см, время жизни составляет около секунды. Температура ШМ действительно весьма невысокая: всего 50 градусов по шкале Цельсия. Это можно определить, учитывая скорость вертикального подъема ШМ: если принять плазмоид за клуб теплого влажного воздуха диаметром 14 см, всплывающего в атмосфере при 293 К со скоростью 1-1,2 метра в секунду, то получается, что его температура не превышает 330 К.

Цвет молнии бывает различным и зависит от присутствия аэрозоли вещества, захваченного при разряде. Обычно сиреневую центральную часть плазмоида окружает диффузная желтоватая оболочка. Небольшая примесь солей натрия и кальция подкрашивает керн плазмоида в желтый или оранжевый цвет. Если заменить центральный угольный электрод на железный, медный или алюминиевый, то основной характер явления сохраняется. Однако окраска плазмоида зависит от спектра излучения возбужденных атомов электрода: железные плазмоиды — белесые, медные — зеленоватые, алюминиевые — белые с красноватым отливом.

— Создаваемая ШМ живет около одной секунды. Каким образом можно сделать ее более стабильной?

— Время жизни искусственной ШМ зависит от многих условий: от размера и геометрической формы центрального электрода, от напряжения между электродами, от величины и длительности импульса тока, от температуры и электропроводности воды, наносимой на центральный электрод. Кроме того, можно изменить время жизни плазмоида, вводя в него дополнительную дисперсионную фазу. Мы испытали десятки веществ и обратились к детальному исследованию суспензий коллоидного графита и мелкодисперсных оксидов железа.

— Существует мнение, что по своей физической природе шаровая молния схожа с процессом управляемого термоядерного синтеза. В таком случае, если Ваши работы по созданию стабильной шаровой молнии будут успешными, Вы станете конкурентом дорогостоящей программы управляемого термоядерного синтеза.

— Правомерно ли утверждение, что будущее мировой энергетики все же за эффективным холодным синтезом?

Редакция: Следите за публикациями по данной теме в следующих выпусках нашего журнала. Далее мы приводим описание других попыток получения ШМ в лабораторных и домашних условиях. Кроме того, мы публикуем статью, посвященную проблеме лазерного управления шаровой молнией. В статье представлены фотографии (см. также обложку) и схема действующей установки, созданной усилиями данной научной группы.

На практике выделяют достаточно большое разнообразие преобразователей электрической энергии, как по конструктивным особенностям, так и по принципу действия. Среди устройств для изменения величины напряжения существуют броневые, стержневые и тороидальные трансформаторы. Последний вариант по своей форме напоминает бублик, за счет чего он является наиболее эффективным в части передачи магнитного потока. Его КПД может приближаться к 100% и отличается достаточной простотой намотки, поэтому многие радиолюбители стараются изготовить тороидальный трансформатор своими руками.

Конструкция и принцип работы

Конструктивная особенность такого трансформатора заключается в форме магнитопровода, которая представляет замкнутое кольцо, называемая тором.

В остальном состав его элементов идентичен другим типам электрических машин:

Обмотка – выполняется медным проводником, разделяется на первичную и вторичную. Обе обмотки могут отличаться сечением проводника.
Тороидальный сердечник — имеет форму кольца, изготавливается наборной шихтовкой, ленточной сталью или монолитным железом, в зависимости от габаритов и назначения. В качестве материала берутся ферромагнитные сплавы, обеспечивающие хорошую магнитную проводимость.
Изоляционных материалов – часть диэлектрика заранее наносится на монтажных провод, остальной диэлектрик разделяет катушку тора с железом, обмотки между собой, между катушками и кожухом. В качестве изоляции используются ленточные или лакотканевые материалы, электроизоляционный картон, клей и т.д.
Защитный кожух – предназначен как для защиты силового трансформатора от механических повреждений, так и для предотвращения контакта человека с поверхностью обмоток.
Выводы вторичной и сетевой обмотки, крепежные и вспомогательные детали.

Принцип действия тороидального преобразователя заключается в подаче напряжения питания на выводы первичной обмотки. После чего в ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитный поток внутри витков. Магнитный поток перемещается внутри каркасов катушек и наводит ЭДС во вторичной обмотке. При условии подключения нагрузки к ее выводам будет происходить потребление заданной мощности.

Данное устройство нашло применение в тороидальных автотрансформаторах (ЛАТРах), радиоэлектронике, сварочных трансформаторах и прочих преобразователях. В домашних условиях занимаются перемоткой трансформатора такого типа за счет относительно простого процесса.

Изготовление своими руками

Чтобы изготовить тороидальную электрическую машину вам необходимо определиться с ее типом. Всего выделяют повышающий и понижающий трансформатор, в первом случае с низкого напряжения, к примеру, 220В получают высокое — 600В, а во втором, с высокого низкое, как наиболее распространенный вариант с 220В – 12В. Важным параметром для изготовления и расчета тороидального агрегата является коэффициент трансформации, показывающий, во сколько раз изменяется электрическая величина во вторичной обмотке по отношению к первичной. Для его определения используется одно из следующих соотношений:

U₁ и U₂, I₁ и I₂ — величина напряжения и тока в обмотках, W₁ и W₂ – это число витков.

Что необходимо для работы?

Вам обязательно пригодится набор слесарных инструментов для элементарных работ: отвертки, пассатижи, круглогубцы, ножи, паяльник, заклепочник и т.д. Также для того чтобы намотать тороидальный сетевой трансформатор или самодельный сварочный агрегат вам понадобятся некоторые материалы:

Медный провод с лаковым покрытием – можете взять и с виниловой изоляцией, но у него будет толщина больше. Как результат, намотка потребует больших усилий, что не сильно удобно при большом числе витков.
Устройство для намотки – чаще всего применяется либо автоматизированный механизм с кольцевым расцеплением, либо челночная катушка. Первый позволяет наматывать провода быстро и без лишних усилий, но его приобретение или самостоятельное изготовление требует дополнительных затрат. Второй способ куда проще, но он хуже применяется для жил большого сечения.
Изоляционный материал – вам пригодится электроизоляционный картон, полимерный диэлектрик, лакотканевая изоляция, тканевая изолента. Чтобы перемотать трансформатор можно использовать не все вышеперечисленные материалы, а выбрать некоторые из них.
Магнитопровод или тор – наилучшим вариантом будет готовый заводской сердечник круглой формы от другого трансформатора. Однако если его нет, можно собрать тороидальную конструкцию самостоятельно. Для этого подойдет шихтовка от стержневого магнитопровода.

Возьмите длинный лист стали и согните кольцом, на краю зафиксируйте концы.

Рис. 2. Согните пластину железа

Внутрь полученного тороидального листа поместите следующий, следите за тем, чтобы края ложились стык в стык. При необходимости, края можно подрезать, что особенно актуально на внутренних слоях. Каждую пластину необходимо четко обжимать, чтобы при мотании тор получился плотным без зазоров.

Если вы решите изготовить сердечник, его края обязательно следует обработать эпоксидным клеем с обеих сторон. После этого сборку сердечника можно считать оконченной. Помимо этого можно использовать ленточную сталь, которую по такой же технологии закручивают плотной по спирали.

Рис. 3. Намотайте сердечник из ленточной стали

Расчет

Чтобы начать вычисления, вам необходимо определиться с величиной напряжения на вторичной и первичной обмотке и нужной мощностью тороидального трансформатора. Далее вам понадобится определить сечение тора:

S = H * ((D-d))/2

S – площадь сечения магнитопровода;
H – высота тороидального сердечника;
D – внешний диаметр тороидального сердечника;
d – внутренний диаметр тороидального сердечника.

Чтобы вычислить количество витков воспользуйтесь двумя выражениями для коэффициента передачи магнитопровода:

Здесь k – коэффициент передачи, f – частота в подключаемой сети, S – площадь сечения магнитопровода. W₁ – число витков в первичной катушки, U₁ – напряжение в первичке. Из второй формулы вы узнаете количество витков, аналогично рассчитываются витки для вторичной обмотки тороидального трансформатора.

Чтобы определить сечение проводов катушек преобразователя, воспользуйтесь формулой:

S – площадь сечения проводника трансформатора;
P – мощность тороидального трансформатора;
r – удельная проводимость материала жил (для меди 0,017 Ом*мм 2 /м);
U – напряжение в соответствующей обмотке трансформатора;
l – длина проводника в катушке, этот параметр можно узнать из следующей формулы:

И длину и сечение трансформатора можно рассчитать для каждой обмотки отдельно. После того как расчет тороидального агрегата готов, можно переходить к его намотке.

Намотка

Процесс изготовления самодельного трансформатора будет состоять из нескольких этапов:

Перемотка вторичной обмотки осуществляется аналогичным образом, после чего ее так же изолируют и всю конструкцию, при необходимости, закрывают корпусом. Тороидальный трансформатор готов.

Данная статья не претендует на звание бестселлера научно популярной литературы, а скорее руководством для начинающих. В статье рассказывается сам процесс намотки, а не его расчёт.

Основное, что должен знать и главное понимать человек который мотает трансформатор:

длина провода (количество витков) это напряжение;
сечение проводника- это ток которым можно нагружать его;
если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного) , это опять таки тепло;
перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Итак, что нужно для намотки:

Трансформаторное железо в форме тора (далее я напишу где взять);
Лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод);
Скотч малярный (бумажный);
Клей ПВА;
Тканевая изолента или киперка;
Кусочки провода в изоляции;
И последнее, но главное - это желание.

ТРАНСФОРМАТОРНОЕ ЖЕЛЕЗО

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально (понимаю что лень но нужно). Минимальный радиус окружности 3мм. На Рис.1 видно что углы уже обработаны, и тор готов к намотке. Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Что-б изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту из шириной около 25мм (Рис.2), тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем (читаем дальше).

После этих операций сердечник готов к намотке и мы переходим к следующему шагу.

ЛАКОПРОВОД

Расчёт сечения провода очень интересный процесс. На эту тему в интернете есть много литературы, и писать о всяких расчётах и тонкостях я не буду (Google в помощь). В зависимости от выбранной вами плотности тока будет разное сечение провода. Главное, что требуется это правильно соотношение мощностей. Необходимо чтоб мощность вторичной обмотки не привышала больше возможности первичной. Как известно КПД трансформаторов в виде тора очень высок и равняется около 97%, поэтому при намотке тора мощностью в 200 ватт, 6 ватт потерь это мелочь которой можно пренебречь. Считаем, что мощность первичной обмотки больше или равна мощности сумме всех вторичных обмоток.

Маленькие по диаметру, таких в телевизорах используется по 2 штуки. Диаметр такой половинчатой петли размагничивания около 40-50см, сечения проводника где-то около 0,6мм. При качественной укладке этой петли хватает на намотку первичной обмотки одного тора с запасом в пару метров.

Если же использовать большую петлю, то длина провода такой буквально в полтора раза больше маленькой по этому выгоднее покупать маленькие петли. Бывает попадается петля от лампового, цветного телевизора, длина провода в такой петле аналогична но сечение провода может достигать 0,7мм. Если вам такая попалась значит повезло.

Теперь наша петля имеет один конец с наружной части, а другой где-то внутри, нам нужен именно наружный. Далее вернёмся к железу которое у нас уже обработано и обмотано изолентой или киперкой. Помните мы не заклеивали край вот зачем (смотри на Рис.4). С той стороны где будет верх транса(выводы вверх выходят) на углу тора делаем надрез по центру изоленты и продеваем туда лакопровод уже в изоляции это будет отвод начала обмотки. Некоторые рекомендуют припаивать кусочек гибкого многожильного провода в изоляции и делать такой отвод. Меня такой вариант не устраивает потому что таким образом я не знаю какой провод находится в первичке, а так даже через десяток лет микрометром померил и знаешь что можно жать с него, а с отводом кто знает что там за сечение. Хотя дело ваше.

Отечественные обмоточные провода

Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105. 200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.

Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002. 2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.

Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку - эмалевое покрытие по цвету близко к черному.

ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 - эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05. 1,6 мм), они имеют изоляцию на основе полиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.

Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.

ПРОЦЕСС НАМОТКИ

Для намотки транса вам потребуется 4-5 вечеров и по 2 часа времени, почему не менее 4 дней поймёте дальше.

Один конец провода мы уже запустили и прижали. Далее начинается самое муторное намотка. Мотать рекомендую так. Берём транс (пока что железо), одеваем перчатку или берём в руку какую либо ветошь из натуральной ткани. Усаживаемся на диван или кровать включаем фильм который уже видел или музыку (чтоб не сильно отвлекаться), и начинаем мотать. Каждый виток продеваем в кольцо железа. Мотать нужно виток к витку из внутренней стороны (некоторые умудряются с наружной, каким образом не представляю).

Рекомендации по ходу намотки

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно (пунктир красная линия) к касательной (чисто красная), а слегка наклонено в сторону намотки(желтый), как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной (Рис.5). Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам. Если у вас провод погнутый он идеально не уложится поэтому он должен быть максимально прямым, для этого во время намотки его нужно сильно натягивать тем самым его выпрямляя. Вот зачем нужны перчатки или ветошь, если не применять перчатки то пальцы и ладонь очень быстро устают и болят. Если наматывать провод сечением больше 1,5мм (очень тяжело) то рекомендую провод для простоты выпрямления слегка перегибать под натяжкой.

(Отец моего друга мотает сварочники 50 герц, вторичка шинка медь 35 квадратов укладывает руками идеально ровно, так он изгибает 5 копеек украины в пельмень- пальцами).

Во время намотки провод осматривается на наличие изъянов, особенно в местах изгиба, если лак нарушен то замазываем его аккуратно изолирующем цапон лаком или краской (на крайний случай обычным лаком для ногтей).

Когда намотали слой до конца. Между слоями необходимо делать межслойную изоляцию. Мне повезло и у меня есть некоторые заначки лакоткани, причем ткань такая что тянется и пропитана чем то липким. Такая если прилипает друг до друга(сложилась) то её очень сложно разделить. От неё слипаются пальцы. Такая лакоткань идеальный изолятор, кроме того обмотка не дребезжит даже при перегрузке. Но такое есть у очень малого числа людей. Теже функции изолятора очень хорошо реализовать при помощи малярного скотча.

Есть ещё один хороший вариант изоляции между слоями. Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин:воск. Паровая баня берем в кастрюлю набираем воды и ставим кипятится(нам нужен пар). Сверху устанавливаем емкость в которой помещен трансформатор и воск-парафин. Трансформатор зарание подвязываем на проволоку, конец оставляем(когда смесь потечёт за эту нить нужно в мокать трансформатор как пакетик чая в чашке). Когда будете окунать трансформатор нужно осторожно дабы капли воска не попали на пламя, очень сильно горючь. Ранее именно таким "расстовором" пропитывались выходные трансформаторы для ламповых УНЧ, Хотя и другие качественные трансы тоже. Когда смесь разогрета она имеет очень высокую текучесть почти как у воды, в результате чего бумага стает буквально пропитана парафином и воском. Однако этот вариант будет изначально не эффективен если транс будет греться (теплый) при температуре в 50 градусов, воск уже достаточно мягкий и не будет сдерживать провод от вибрации 50Гц, хотя и будет выполнять функции диэлектрика. (Правда именно из-за вибрации и тре ния провода перетираются и получается замкнутый виток, который приводит к повреждениям уже в ходе эксплуатации ).

Для импульсных трансформаторов рекомендую в качестве пропитки использовать не скотч, а бумагу+ клей БФ-2. Этот клей прежде всего применяется в изготовлении катушек для динамиков. Но в импульсном трансформаторе тоже очень хорошо себя проявил. При неоднократной перегрузке не малейшего писка на частоте преобразования в 15КГц. Разматывая обмотки из каркаса, они снимались шлейфом ш ириной у 8 жил.

Для трансформаторов у которых низкий ток потребления рекомендуется использовать резистор 10 или 100 Ом(2-5Вт) который включается последовательно с первичной обмоткой. Измерив падение напряжения на резисторе, при помощи закона ома перещетать ток. Такой метод является более предпочтительный нежели первый, но в тоже время более опасным при высоком токе потребления- резистор превращается в уголь за доли секунд.

О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяет для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.

Намотаный мною трансформатор по моей методике имеет ток х.х. равным 11мА (при 4 слоях первички).

Если последовательно всё делать, то получится нечто похожее:

ПРОЦЕСС ТЕСТИРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

О том как измерять ток х.х. я вкратце рассказал написал, теперь о значениях. Норму тока х.х. каждый определяется для каждого транса индивидуально, но обычно норма это до 50 мА при 230В, правда некоторые говорят что и 0,5А нормально. Чем ниже ток тем лучше! Чем ниже ток покоя, тем более форма тока х.х. похожа на синус. Если у вас ток х.х. от 20-50 то это терпимо, скажем так на троечку, от 10-20 это четыре, меньше 10мА эт явно пять. У маленьких ториков, ток будет маленьким из-за высокого сопротивления первичной обмотки, это нужно учитывать! Хотя как на меня мотать торы вручную меньше сотни ватт это зверство! Количество витков первичной обмотки в них достигает пару тысяч.

Очень полезно будет посмотреть форму тока холостого хода, в первичной обмотке при помощи осциллографа. НО!! это нужно делать в очень специальных условиях! Для этого необходим развязывающий трансформатор (220/220В), при том что индукция должна быть очень низкой что-б не вызывать дополнительных искажений формы "синуса". А также латр. Этот пункт теста рекомендую делать только очень опытным специалистам, последствия чреваты выгоранием осциллографа.

Изолируем первичную обмотку от вторичной.

После намотки необходимо числа слоев первичной обмотки мы подходим к моменту намотки вторички. Изолировать первичную обмотку от вторичной нужно очень тщательно.

Если нет лака, а малярный-скотч не впечатляет. Очень даже неплохо будет изолировать обмотки фторопластом, этот материал супер изолятор! С виду он похож на плёнку белого слегка прозрачного цвета (фото ниже).

Учитывайте то что фторопласт не даст пропитаться обмотке транса подобно скотчу, поэтому если хотите пропитать парафином делайте это до изоляции обмоток фторопластом.

Об экранировании первичной обмотки от вторичной опишу немного позже, это уже скорее в раздел о высоких материях.

Финальная отделка транса и его крепёж.

Момент по намотке вторички я пропускаю, потому как он абсолютно аналогичный процессу намотки первички. Что касается финальной отделки то тут нужно понимать некоторые моменты.

И всё же, какие варианты изоляции-отделки:

Какие варианты крепежа:

Одним из явных способов крепления тора есть крепёж при помощи болта продетого через центр тора. При креплении таким образом учитывайте то что через болт, а потом днище корпуса, после по стенках корпуса, верхней крышке может образоваться виток сечение которого просто бешенное (в зависимости от диаметра крепёжного болта). Не в коем случае не крепите тор к днищу и верхней крышке, образуете замкнутый виток и спалите тор!

Кроме того в щели между крепежом и верхней крышкой будут наводиться помехи так как болт железный (магнетик). Чем меньше зазор тем выше уровень. Не редко говорят без крышки УНЧ играет всё отлично нет фона накрываю крышкой и появляется сумасшедший фон. Наводятся помехи, для избежание таких наводок необходимо применять крепёжный болт из материалов диамагнетиков, например хорошо себя показала латунь. (но не забываем об возможности образования витка через корпус).

Теперь нужно как то упереться в обмотку тора, при том площадь касания должна быть максимальна, для минимизации давления на провод. Я для этих целей использую заднюю шайбу и керно от магнитной системы динамиков, всё что нужно - это просверлить отверстие в керне и нарезать резьбу после получается очень хороший крепеж (фото ниже).

Диаметр шпильки или болта продетого через центр тора вряд ли будет соответствует диаметру окна. Для того чтоб бублик не летал на этом болту как обруч на балерине необходимо его либо обмотать изолентой (до нужного диаметра) или можно применить толстую резину конусной формы. Такого рода резинку без проблем найдут автомобилисты например резинка из ВАЗ2107 реактивного стабилизатора или амортизатора, имеет нужно форму и стоит копейки.

Не редко в заводских версиях окно заполняют компаундом вставив туда втулку, за которую и крепят тор. В практике радиолюбители такое не применяется (обычно) потому что опять же разобрать тор не повредив провод не возможно. В домашних условиях такую заглушку можно реализовать при помощи эпоксидки.

Немного об экранировании.

Гораздо лучше экранировать трансформатор по итогу намотки, то есть когда намотан полностью трансформатор (Хотя честно говоря нужно делить помехи по классам и виду, и отдельно рассматривать методы борьбы с ними). Идеально в таком случае будет использовать не медную ленту, а пермаллой. Хотя если на Вас смотрят кирпичными глазами при слове фторопласт, то о пермаллое можете мечтать ;). Очень даже хорошо обвернуть трансформатор в несколько слоев трансформаторного железа, для этих целей подойдёт железо из любого трансформатора. (Я применяю сталь от старого сердечника из 2-х амперного латра).

Вот тор экранирован при помощи трансформаторной ленты, помещен в металлическую крышку и проварен в парафине, ток х.х. 1,5 мА, первички более 2500 витков, межслойная фторопласт, с последовательной проваркой в парафине. Делал в кружке + трансформаторная сталь, получилось очень даже хорошо (смотрите выше)! Этот тор использовал для работы в предварительном усилителе.

Делать горшок из алюминия не стоит, он не от чего не защитит. Делать нужно из толстой стали (не менее 2мм), и ещё очень хорошо изнутри дополнительно про экранировать медью (листовой толщиной около 1мм). Хотя сам таких вещей не делал (из медью), но авторитетные люди советовали.

В заключении о помехах из торов скажу, что тороиды очень редко генерируют помехи на оборудование, при том замечена особенность что фонят торы те которые не домотаны, имеют высокий ток х.х. ил завышенную индукцию… Поэтому если не пожадничать и намотать тороид из заниженной магнитной индукцией(увеличить число витков на вольт) то вы вряд ли столкнётесь с проблемой помех от трансформатора.

Планируется дополнить статью такими "изюминками". пока что очень бегло.

Все трансформаторы и источники энергии (блоки питания) имеют такой абстрактный параметр как внутреннее сопротивление. Как это понимать?! В случае с трансформатором это сопротивление будет равняться активному сопротивлению обмоток. Когда вы подключаете к трансу нагрузку, то протекающий ток и сопротивление обмоток создают просадку напряжения. Чтобы просадка по напряжению была минимальной необходимо увеличивать сечение проводника (снизив его сопротивление). Но в тоже время необходимо учитывать этот факт при эксплуатации, что габаритная мощность обмоток будет выше габаритной мощности сердечника, внимательно чтобы не перегрузить первичку.

Экранирование и виды помех.

P.S. Моя первая статья да ещё и не законченная просьба помидорами не кидать.. Времени закончить никак нет, выкладываю то, что уже накатал очень давно. Сейчас эти бублик успешно работает в Натали 2012ЭА, в соответствующей ветке можете поискать фото, а вот и ссылка

demo1420 Опубликована: 13.09.2013 Изменена: 14.10.2013 0 2

По итогам майских гроз пришлось провести ревизию сгоревшего оборудования и хотя ущерб был не так велик материально, но выход из строя некоторого оборудования нарушил устоявшийся комфорт проживания в собственном доме. Так я решил обратиться к специалистам в своей области, проконсультироваться и расширить систему защиты.

Исходные данные: дом, 3 фазы (15 кВт на дом), заземление штырем в 3 м длиной, автономная электросистема на базе солнечных батарей

На фото результат короткого замыкания со стороны линии 10 КВ. Защита не отработала на районной подстанции. Так выглядит вводной щит со стороны 0.4КВ. Автомат IEK на 100А не смог разорвать дугу между губками. Далее по линии стоял МАП HYBRID 9кВт 48В. Отделались легким испугом: в инверторе поменяли варистор, после чего МАП ожил, правда, перестал нормально работать порт RS232. То есть серьезная авария на подстанции, которая сожгла автоматический предохранитель на 100 Ампер, отразилась на инверторе только сгоревшим варистором и ошибками на контроллере, а весь прочий функционал устройства сохранился, как и вся техника, подключенная после него – достойная похвалы работа.

А ниже на фото узел учета со стороны 10 КВ

Эта авария случилась не в моем доме, но мне эти фотографии передали специалисты компании МикроАРТ. В свое время я решил переключиться на оборудование российского производителя для своей гибридной солнечно-сетевой электросистемы и описывал эти устройства тут и тут.
У меня же был следующий случай: во время грозы молния ударила в мою подстанцию или рядом, в результате чего отработала защита на вводе в дом. Результатом той грозы явилось сгоревшее зарядное устройство аккумуляторов, подключенное к сети в момент грозы, сгоревшее реле автоматики вентиляции (реле питалось от линии, которую поддерживало то самое ЗУ), а инвертор МАП Hybrid 4.5 кВт начал мигать экраном и перестал генерировать. После грозы перезапуск всех систем вернул дом к электроснабжению, инвертор запустился без проблем, а я задумался о серьезной защите домашней электросети.

Немного теории

Во время грозы в обычной квартире или офисном здании должны отработать защиты, установленные стационарной электросетью. В коттеджном поселке, деревне или на дачах защита, как правило, ограничивается вкопанным заземлением на подстанции и предохранителем, отключающим всю сеть от работы. Причем, по правилам подключения, заземление должно быть смонтировано также на каждом втором столбе и отдельно на конечном, где производится подключение абонентского дома. Пройдя по свой деревне и осмотрев более полусотни столбов, я не нашел ни одного заземления, то есть остается полагаться только на себя.

Итак, нам нужно защититься от внешнего импульса, который может прийти с подстанции и от внутреннего скачка, который может случиться при молнии рядом с домом.

Молниеотвод

Выдержки из ИНСТРУКЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ РД 34.21.122-87:
«В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители
электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ. „
“2.5. Для исключения заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение но подземным
металлическим коммуникациям (в том числе по электрическим кабелям любого назначения) заземлители защиты от
прямых ударов молнии должны быть по возможности удалены от этих коммуникаций на максимальные расстояния,
допустимые по технологическим требованиям. „

Ввод сети в дом

Первый обладает высокой точностью установки напряжения, поскольку моторчик скользит водилом по обмоткам и задает нужное напряжение. Плюсы: низкая цена, высокая точность выдаваемого напряжения. Минусы: низкая скорость реакции на скачки напряжения, физический износ механики
Второй обладает повышенной скоростью переключения обмоток трансформатора, но так как мощности могут достигать десятка и более кВт, то контакторы реле изнашиваются и рано или поздно могут залипнуть, что приведет к печальным последствиям. Плюсы: доступная цена, достаточная скорость переключения. Минусы: недостаточная надежность ввиду использования механических реле.
Третий тип наиболее интересный, но и наиболее дорогой. Использование мощных ключей позволяет мгновенно реагировать на изменение входного напряжения и переключать обмотки трансформатора. Физического износа, как и залипания контактов попросту нет. Кроме того, переключение происходит при переходе синуса через ноль, поэтому и скачки также исключены. Плюсы: высокая скорость срабатывания, отсутствие физического износа. Минусы: высокая цена.

Об особенностях работы этих стабилизаторов и какие вообще бывают стабилизаторы можно подробно прочитать здесь.
Ну а мне было интересно его разобрать и посмотреть, что там внутри.

Как видно из фото, стабилизатор использует тороидальный трансформатор, который при тех же размерах, что Ш-образный, имеет больший КПД и меньший вес. Сам трансформатор изготовлен в Туле, а стабилизатор разработан и собран в Москве. Таким образом можно смело заявлять о полностью российском производстве, которое сумели организовать и сохранить в компании МикроАРТ.

Итак, я подстраховался от проседания и роста напряжения в диапазоне 125-275 Вольт, но что делать, если будет резкий скачок напряжения, сильно выходящий за эти пределы? Инвертор как-то показал мне по фазе 287 В, после чего ушел в защиту. Но подай на него 380 В и он попросту сгорит, как и стабилизатор. Хотелось защитить дорогое оборудования. Требовался какой-то расцепитель, который при пороговых значениях напряжения отключал бы внешнюю сеть. Лучше уж остаться без сети, чем потом чинить или менять сгоревшее оборудование. Выход был найден — реле контроля сетевого напряжения УЗМ-51M1.

Этот девайс создан для обеспечения работы одной фазы, при этом можно вручную задавать верхний и нижний пороги напряжения, при которых реле будет срабатывать. Время отключения составляет около 20 мс, что является очень неплохим показателем. При этом, небольшие просадки или некоторое превышение напряжения не вызовут моментального отключения, а запустится таймер отключения. При возврате параметров к норме реле самостоятельно подключит нагрузку к сети. Итак, домашние устройства защищены от перепадов и скачков внешней электросети при помощи реле контроля напряжения и стабилизатора. В случае исчезновения сети начинает работать инвертор. А что делать, если внешняя сеть уже отключена, молния бьет рядом и проводка дома работает, как антенна?

Защита внутренней сети

Это своеобразный разрядник, который при появлении критического напряжения между фазой и землей пропускает через себя импульс, отправляя его на заземление. То есть во время грозы, когда молния ударит рядом и напряжение в домашней сети поднимется до нескольких киловольт по фазному проводу относительно земли и превысит определенное значение, этот УЗИП просто пустит весь заряд в землю. Поэтому он ставится перед инвертором, одним концом подключаясь к фазе, а другим к заземлению. Стоит учесть, что разряд может быть существенным, поэтому на сечении заземляющего провода экономить не стоит, иначе сопротивление провода может оказаться критичным и не успеть передать импульс в землю.

Так выполнено подключение к внешней сети и генератору:

Я уже упоминал, что у меня есть автономная система на солнечных батареях. По проводам, идущим от солнечных батарей, также может прийти серьезный импульс, выводя из строя солнечный контроллер, а за ним и инвертор. Поэтому на каждый из проводов от солнечных батарей я также повесил УЗИП.

Защита от генератора

Он выдерживает потребляемую мощность до 11 кВт, чего вполне достаточно для питания целого дома, если имеется мощный генератор. Он имеет сквозное подключение и отдельный контакт для заземления.

Итоги проведенных работ

Результатом одной грозы и малых потерь явилось переосмысление способов защиты, как от внешних энергетических коллизий, так и от внутренних. Кроме того, увеличилась защищенность всех электроприборов в доме, как от перепадов напряжения, так и от резких скачков и импульсов. Дополнительно повысилась автономность за счет подключения генератора через фильтр, что гарантирует стабильный заряд батарей и нормальную работу инвертора.
В итоге, электросистема поменялась. До:

Так стало ПОСЛЕ установки защиты:

Схема подключения генератора довольно проста. Любой из проводов объединяется с имеющейся землей и нулем, заведенным в дом. Второй провод после этого становится фазой. Важно выбрать такой переключатель, который будет исключать одновременное замыкание фазы генератора и фазы с подстанции.

Сегодня мы поговорим про то, как защитить частный дом от удара молнии.

Что такое молния?

Многие владельцы частных домов стараются сделать свое жилище максимально комфортабельным и безопасным, но при этом забывают об возможности поражения дома молнией.

Молния – одно из самых неприятных явлений, которое может нанести колоссальный ущерб жилищу.

Как известно, она представляет собой электрический разряд большой мощности, поэтому даже при непрямом попадании в дом, она может повредить электрическую технику в помещениях.

Хорошо, если возле дома имеется высокое здание, оснащенное молниезащитой.

В таком случае можно не переживать о возможности попадания молнии в дом, поскольку зачастую такие дома имеют молниеотводы с большой зоной защиты, которая и будет покрывать территорию с рядом стоящими зданиями.

Особенностью молнии является выполнение разряда на самую высокую точку. Поэтому если дом стоит на отшибе, он является наивысшей точкой, если, конечно, рядом с ним не растет дерево, которое выше дома.

Но дерево тоже не гарантия защиты. Опасность поражения жилища молнией во много раз возрастает, если рядом с домом имеются водоемы, сильные ручьи, болотистая местность.

Итак, если частный дом не окружен высотными постройками, лучше обезопаситься, обеспечив жилище молниезащитой.

Поражающие факторы молнии

Но перед тем как разобраться со способами защиты дома от возможного поражения молнии, следует рассмотреть поражающие факторы этого явления.

Всего этих факторов два.

Это прямое попадание молнии в дом, в результате чего он может получить повреждение конструкции, существует возможность возникновения пожара. Данный фактор является самым опасным.

Для дома и жильцов менее опасен. Данный фактор сводится к появлению электромагнитной индукции в проводке дома при разряде молнии рядом с домом.

Из-за индукции в проводке происходит значительный скачок напряжения, который способен повредить все электроприборы в доме, подключенные к сети.

И если от вторичного фактора можно обезопаситься без дополнительного оснащения путем отключения всех приборов от сети во время грозы, то первичного фактора защитится таким способом невозможно, нужно оснащение дома молниезащитой.

Штат Огайо, дом в который попала молния.

Поскольку молния – это всего лишь электрический разряд хоть и большой силы, но он действует как любой другой разряд, то есть движется по пути наименьшего сопротивления.

Обеспечение этого пути и является задачей молниезащиты.

Если молния попадет в дом, оснащенный таким типом защиты, то электрический разряд по нему уйдет в землю, не нанося ущерба зданию.

В народе такая зашита называется заземлением дома, молниеотводами, громоотводами.

Что касается последних, то определение не совсем верно, ведь гром – это всего лишь звуковое сопровождение, возникающее при разряде молнии.

Критерии и виды молниезащиты

Теперь разберем типы молниезащиты.

Здесь данное оборудование имеет несколько критериев, которые и делят его на типы.

Первый критерий – метод защиты.

По нему молниеотводы делятся на:

По сути, данный прибор специально притягивает молнию на себя, что полностью исключает возможность появления вторичного фактора поражения молнией.

Пассивные же не оснащены ничем таким, молния может разрядиться на нее, а может и нет. Данный тип защиты используется повсеместно.

Дальше рассматривать будем только такую защиту, поскольку ею можно оборудовать дом самостоятельно, а вот оборудование для активной защиты устанавливается только специалистами.

Второй критерий – виды защиты.

По нему громоотводы тоже делятся на два типа – внешний и внутренний.

Здесь все просто – внешний защищает дом от первичного фактора воздействия молнии, а внутренний – от вторичного.

И третий критерий – конструктивные особенности.

Но здесь разделение на типы больше относиться к молниеприемникам. По ним молниеотвод делится на штыревой, тросовый и сетчатый.

Конструкция молниезащиты

Теперь по конструкции молниезащиты, поговорим пока только о внешней.

Состоит она всего из трех элементов – молниеприемника, токоотводов и заземлителя.

Принимает на себя разряд молнии, поэтому он закрепляется на крыше дома, чтобы сам приемник был наивысшей точкой.

Простейшим является стержневой тип приемника.

Стандартным считается металлический прут диаметром 10-18 мм, и длиной от 250 мм.

Можно также использовать и трубу, но только торцы ее должны быть заварены.

Количество приемников рассчитывается от размера здания. На небольшие дома достаточно одного, если же площадь дома превышает 200 м кв. устанавливается два стержня с расстоянием между ними от 10 м.

Чтобы разряд по приемнику не перешел к дому, его закрепляют на крыше при помощи деревянных брусков или специальных крепежей.

Некоторые, чтобы не портить внешний вид дома, молниеприемник устанавливают на отдельной опоре возле дома.

Некоторые, если есть возможность, крепят дополнительный молниеприемник прямо на дереве.

Особой разницы нет, поскольку даже у рядом установленного молниеприемника зона защиты будет покрывать дом.

Основным условием установки приемника – он должен располагаться выше дома, а также других построек возле него.

Еще один тип молниеприемника – тросовый.

Используется трос, который натягивается по всей длине конька крыши и закрепляется на деревянных опорах. Важным условием является натяжка троса – он не должен касаться крыши.

Третий тип приемника – сетка.

Ее изготавливают из любой проволоки (стальной, алюминиевой и др.) с сечением не менее 6 мм.

Ее натягивают по площади всей крыши, ячейки этой сетки должны формировать квадрат примерно 6х6 м.

При этом сетка тоже не должна касаться крыши, ее закрепляют на деревянных или специальных токонепроводящих опорах на высоте 6-8 см от крыши.

Строгих предписаний к использованию того или иного типа молниеприемника нет, использовать можно любой, все они вполне эффективны, поэтому выбираются они по желанию.

Далее о втором элементе данной защиты – токоотводах.

Основной задачей их является передача разряда от приемника к заземлителю.

Чаще всего в качестве токоотводов используется стальная проволока диаметром от 6 мм.

Если стены дом сделаны из кирпича или пеноблока, в общем, из любого негорючего материала, то можно токоотвод закрепить вдоль стены в любом незаметном месте, главное, не возле окон и входных дверей.

Можно в качестве токоотвода использовать и металлическую ленту, но толщиной не менее 2 мм и шириной от 30 мм.

Токоотвод крепится к приемнику при помощи сварного, болтового или спайного соединения.

От количества концов молниеприемников зависит количество токоотводов.

Если используется только один стержневой приемник, то к нему крепится один отвод. При использовании тросового приемника нужно уже два отвода.

Также два токоотвода применяется при сеточном приемнике.

Последний элемент – заземлитель. Самым простым заземлителем являются два металлических прута, заглубленных в землю на 2-3 м.

Расстояние между ними должно составлять не менее 3 м. Эти пруты должны быть перемкнуты между собой перемычкой на уровне 0,5-0,8 м в земле. К этой перемычке и подсоединяется токоотвод.

На грунтах с высоким уровнем грунтовых вод лучше использовать горизонтальное положение заземлителя на глубине от 0,8 м. При этом заземлителем должен выступать металлический уголок или полоса шириной от 50 мм и толщиной от 4 мм.

Соединяется заземлитель с токоотводом только сварным соединением.

Особенности монтажа молниезащиты

Исходя из описанного можно понять, что сделать молниезащиту вполне можно и самому, имея только необходимые материалы.

Чтобы сделать защиту дома от молнии, нужно вначале произвести замеры.

Необходимо выяснить высоту, на которой должен располагаться приемник, а также определить метод его крепления.

Затем нужно высчитать длину токоотвода. Здесь важно учитывать, что путь заряда молнии к заземлителю должен быть максимально коротким. Поэтому не стоит делать какие-то обводы, изгибы и т.д. И уж тем более нельзя из отвода формировать кольца.

Что касается заземлителя, то он должен располагаться не менее чем 1 м от ближайшей стены дома. После всех расчетов можно приступать к монтажу.

Начинать нужно с заземлителя.

Если он будет сделан из прутов, достаточно вырыть траншею глубиной 0,5 м и длиной 3 м.

По краям этой траншеи забить в землю пруты длиной не менее 2 м.

Затем при помощи сварочного аппарата к этим прутам приварить перемычку.

Если же заземлитель будет горизонтальным, то придется копать траншею значительно глубже.

Далее можно переходить к установке приемника.

Здесь нужно соблюдать важное условие – он не должен контактировать с крышей дома, поэтому для закрепления его использовать только деревянные опоры.

Или крепить его нужно непосредственно к токонепроводящим конструкциям дома.

Затем к приемнику и заземлителю крепится токоотвод, который после можно прикрепить к крыше специальными приспособлениями, а затем и к стене дома.

К приемнику токоотвод можно закрепить и при помощи болтов, а вот к заземлителю – только при помощи пайки или сварки.

Останется только закопать вырытую заранее траншею.

Что касается монтажа защиты на дом с деревянными стенами, то принцип идентичен, но есть одно условие – прикреплять токоотводы непосредственно к стене нельзя.

Они должны располагаться на удалении от стены не менее чем на 150 мм.

Внутренняя защита дома

Это было все, что касается внешнего типа защиты. Напоследок же немного о внутренней, ведь полностью защитить здание от воздействия молнии внешний тип не может, поэтому желательно использовать оба этих типа.

Итак, внутренняя защита оберегает бытовую технику от скачков напряжения, которые может создать заряд молнии.

Для внутренней защиты используются специальные устройства защиты импульсного перенапряжения (УЗИП).

Выпускается большое количество таких устройств с разной степенью защиты.

Эти устройства подключаются к электрической сети дома и устанавливаются в распределительном щитке на входе.

Только после установки этого устройства можно будет с уверенностью сказать, что дом полностью оборудован молниезащитой.

Читайте также: