Станок для намотки катушек трансформаторов
Вопрос Е. Ленка, г, Москва
Расскажите о простой конструкции станка для намотки трансформаторов. И еще хотел спросить, как наматывать провод на кольцевой сердечник? Если есть такие станки, опишите, как они работают.
Простое приспособление (станок) для намотки катушек стержневых трансформаторов малой мощности состоит из механизма привода и устройства, удерживающего каркас катушки трансформатора на оси, соединенной с осью привода. Еще понадобятся стойки для установки катушки с проводом (подающий узел станка). В качестве механизма привода подойдут, например, ручные дрель, точило, устройство для перемотки кинопленки (такими устройствами комплектовались передвижные киноустановки с 16-миллиметровой пленкой), а также любой другой механизм, преобразующий движение руки во вращение вала (частота вращения последнего должна составлять от 80 до 200 оборотов в минуту).
Но, конечно, для привода подобного станка удобнее всего использовать электрический двигатель. Так, станок для намотки катушек трансформаторов легко соорудить на основе электрического приводного механизма для вращения пластинок в проигрывателе. Достоинства подобного механизма - готовые элементы фрикционной передачи вращения, бесшумность работы. Недостатки - малая мощность электродвигателя, что ограничивает диаметр наматываемого провода, а также вертикальное положение оси механизма. Гораздо удобнее для станка - электропривод от швейной машины. У некоторых типов швейных машин он довольно легко демонтируется, да к тому же имеет педальную регулировку частоты вращения вала. Сейчас в продаже подобные приводы встречаются довольно часто. И если появится возможность, постарайтесь приобрести его. Ведь этот привод можно установить не только на станке для намотки катушек трансформаторов, но и использовать в других приспособлениях. При отсутствии педальной регулировки частоты вращения вала нужную частоту вращения оси станка можно обеспечить с помощью «ременной передачи», укрепив на осях станка электродвигателя шкивы соответствующего диаметра. Конечно, если найдется подходящий редуктор, то можно обойтись без шкивов и ремня, то есть пассика, конечно.
Как следует из сказанного выше, конструкцию станка, в основном, определяет тип привода. Так, имея привод на базе ручного точила или дрели (ручной или малогабаритной электрической), можно обойтись без дополнительного узла крепления оси, на которой располагают каркас катушки трансформатора (рис. 1,а). Если же для вращения оси применен электродвигатель, причем передача вращательного движения от двигателя к оси станка осуществляется с помощью шкивов и пассика, конструкция станка будет другой (рис. 1,б).
Рис. 1. Разновидности конструкций узла намотки: а - на базе привода от ручного точила (без стоек); б - на базе электродвигателя (со стойками); 1 - механизм привода (ручное механическое точило); 2 - переходная втулка; 3 - зажимные клинья; 4 - ось; 5 - шкив; 6 – стойки
Будь все трансформаторы одинаковыми по размерам, вопрос с размещением каркаса катушки на валу намоточного узла решился бы просто (пришлось бы изготовить шаблон в виде бруска, плотно входящего в отверстие катушки). Однако разные трансформаторы, а соответственно и их катушки, имеют разные габариты, поэтому для крепления каркасов катушек пришлось сделать универсальную конструкцию (рис. 2). Идея этой конструкции проста. Каркас катушки здесь зажат между двумя клиньями, укрепленными на оси станка. Клинья расположены по диагоналям прямоугольного отверстия в каркасе катушки. Подобная система крепления каркаса использовалась в заводском устройстве для намотки катушек трансформаторов, которое когда-то давно выпускалось промышленностью для радиолюбителей. Так случилось, что в памяти сохранился только узел крепления на оси каркаса катушки, поэтому конструировать остальные узлы станка пришлось самостоятельно. Сначала в качестве привода я приспособил небольшую ручную дрель, которую впоследствии заменил электрической (с регулировкой частоты вращения шпинделя). Станок до сих пор находится в моей мастерской, исправно выполняя свои обязанности.
Рис. 2. Узел намотки (без стоек): 1 - магнит; 2 - конец оси, обработанный под втулку; 3 - шайба из текстолита; 4 - штифт; 5 - клинья зажимные (расположены крест-накрест); 6 - каркас катушки; 7 – ось
А теперь более подробно поговорим о деталях станка. Сначала разберемся со станком без дополнительного узла крепления оси (см. рис. 1,а).
Ось станка (рис. 3,а) изготовлена из стального стержня длиной 150 мм (вообще-то длина оси определяется размером каркасов катушек). Диаметр оси выбирают, учитывая удобство соединения оси с валом привода (обычно диаметром 6...8 мм). На обоих концах оси нарезают резьбу, которую выбирают в зависимости от диаметра оси. На левом конце оси (со стороны привода) с помощью двух гаек крепят шайбу из текстолита, на которой укреплен маленький магнит (о его назначении будет сказано ниже). На противоположном от привода конце оси нарезают резьбу для гайки, фиксирующей правый клин в нужном положении (см. рис. 2). Для соединения оси намоточного узла с валом привода предназначена переходная втулка (рис. 3,б). На оси и на валу втулка фиксируется стопорными винтами. Обратите внимание, что на конце оси со стороны привода на длине 15...20 мм резьбу срезают (спиливают), подготовив тем самым посадочное место для переходной втулки.
Рис. 3. Ось (а) зажимного устройства и переходная втулка (б): 1 - конец оси, обработанный под втулку; 2 - штифт; 3 - отверстие под стопорный винт
Чтобы узел намотки выполнял свое назначение, хотя бы один из клиньев, зажимающих корпус катушки, должен быть жестко соединен с осью станка. Поэтому на оси устанавливают штифт (см. рис. 2 или рис. 3,а), который выступает на 2...3 мм с каждой стороны оси. Диаметр штифта 1,5...2 мм. В соответствующем месте клина плоским надфилем делают пропил, куда и заходит штифт, когда левый клин надевают на ось. В том случае, если у изготовителя нет сверла 1,5...2 мм (в 80-х годах, когда я делал станок, добыть такое сверло было совсем не просто), можно попробовать с помощью зубила и молотка сформировать на оси выступы, заменяющие штифт.
В заводских условиях клинья узла зажима формируют из пластмассы. Естественно, что дома изготовить подобные детали я не смог. Пришлось оба клина выполнить из обычной жести от консервных банок из-под сгущенного молока. Клинья входят в прямоугольное отверстие в катушке по диагонали и, упираясь в углы отверстия, фиксируют корпус на оси (клинья относительно друг друга расположены перпендикулярно).
Заготовки клиньев зажима вырезают из жести по выкройке, изображенной на рис. 4.
Рис. 4. Выкройка заготовки для клина (а) и сам клин (б), у которого для наглядности торцевой край не загнут
Выкройка рассчитана на ось диаметром 6 мм, остальные размеры ориентировочные, только желательно сохранить указанное на рис. 4 значение угла. Каждую из заготовок согните сначала пополам по линии АБ. Следующая операция - формирование в «сложенной» заготовке полости для оси. Для этого металлический стержень необходимого диаметра (в нашем случае - 6-миллиметровый) вставляют между половинками заготовки, располагая стержень напротив осевой линии (ОС или 01С1) и в тисках обжимают стержень, с двух сторон. Не удаляя стержень молотком окончательно формируют сгиб по линии АБ, после чего в тисках загибаем края заготовки по линиям ДЕ (Д1Е1) и БЕ (БЕ1), а затем молотком отбиваем и там и там шов. Отметим, что на рис. 4,б для простоты не показан загиб (шов) по линии БЕ (БЕ1). Для зажима придется изготовить два клина, они почти одинаковые, только у «ведущего» клина придется еще сделать паз под штифт.
Рис. 5. Подшипник узла намотки: 1 - стойка; 2 - собственно подшипник (из пластмассы)
Если в качестве привода служит электродвигатель, от которого передача вращательного движения оси станка осуществляется с помощью ременной передачи, то есть с помощью шкивов и пассика, придется изготовить для намоточного узла станка опорные стойки с подшипниками скольжения. В качестве последних подойдут пластмассовые брусочки, в которых сверлятся отверстия под ось (хорошие подшипники получаются из фторопласта). Пластмассовые подшипники с помощью винтов и шурупов крепят на стойках (рис. 5). Обратите внимание, со стороны шкива стойку с подшипником закрепляют на основании «стационарно», а вторую стойку делают съемной, чтобы с ее стороны надевать на ось каркаса нужные катушки. Как расположить двигатель и какие выбрать размеры шкивов, зависит от характеристики двигателя и возможностей изготовителя. Если не найдете походящих шкивов, не расслаивайтесь. Шкивы нужного размера легко изготовить самостоятельно, склеив каждый из трех фанерных дисков необходимого диаметра (средний диск, понятно, поменьше). У станка с ременной передачей придется также немного изменить конструкцию оси, которая была приведена на рис. 3. Так как в этом случае ось вращается в двух подшипниках, придется на концах оси подготовить посадочные места для подшипников.
Узел, который служит для установки катушки с проводом (подающий узел станка), включает в себя две стойки с подшипниками, жестко закрепленными на основании, ось с конусными втулками для крепления катушки с проводом (рис. 6), а также узел для подтормаживания катушки, что необходимо для натяжения провода при намотке. Так как здесь ось с катушкой с проводом устанавливают на стойки сверху, на стойках крепят «открытые» подшипники (рис. 7). Расстояние между стойками определяет размер катушки с проводом, а также габариты ролика узла для подтормаживания катушки.
Рис. 6. Ось (с комплектующими) узла, подающего провод: 1 - участок оси, проточенный под подшипник; 2 - конусные втулки для зажима и центровки катушек с проволокой; 3 - шкив подтормаживающий
Ось подающего узла (см. рис. 6) представляет собой стержень, на котором нарезана резьба, а на концах проточены посадочные места для установки оси в подшипники. На ось навинчивают небольшие конусные втулки-зажимы (дерево, пластмасса), которые предназначены для центровки на оси катушек с проводом, ведь диаметры отверстий у катушек разные. Как видно из рис. 6, на этой же оси находится шкив устройства для подтормаживания катушки с проводом. Принцип действия подобного устройства понятен из рис. 8. Через шкив, жестко закрепленный на оси, переброшен шнурок. Один конец шнурка прикреплен к основанию подающего узла, а к другому концу шнура привязан крючок, за который цепляют регулирующий груз. Подбирая груз, обеспечивают нужную силу сцепления шкива со шнурком, а следовательно, и нужное натяжение провода. На рис. 8 показано, как должен располагаться груз при указанном направлении вращения шкива. Груз на шнурке можно заменить пружиной с натяжным винтом.
Рис. 7. Подшипник узла подачи провода: 1 - стойка; 2 - "открытый" подшипник (из пластмассы)
При компоновке узлов намотки и подачи провода обязательно расположите их так, чтобы ничего не мешало подправлять провод рукой.
А теперь, как и обещали, расскажем о назначении магнита, укрепленного на шайбе, которая зафиксирована на оси станка гайками (см. рис. 2). Например, если требуется выполнять первичную обмотку силового трансформатора (напряжение в сети 220 В) для малогабаритной радиоаппаратуры, то приходится наматывать на катушку до 5000 витков провода марки ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм. Естественно, что витки при намотке надо считать. Но как это сделать? Ведь чтобы запомнить число оборотов катушки, надо полностью отключиться от окружающего тебя мира. А это штука труднодостижимая. Поэтому желательно оснастить станок счетчиком частоты вращения (числа оборотов) оси намоточного узла. В моем станке, изготовленном около 20 лет назад, функцию счетчика витков сначала выполнял громоздкий механизм цифрового табло индукционного счетчика электрической энергии, который я затем заменил сначала более компактным велоспидометром (были такие), а потом - более удобным электромеханическим счетчиком.
Рис. 8. Узел подтормаживания катушки для натяжения провода: 1 - шкив; 2 - шнурок; 3 - груз
Сейчас, конечно, незачем городить считающую обороты оси конструкцию, соизмеримую по размерам с размерами самого станка. Ведь есть различные дешевые и доступные микрокалькуляторы, которые в результате небольшой переделки становятся прекрасными счетчиками оборотов оси. Причем применение калькулятора в качестве счетчика не помешает ему выполнять и его основные обязанности.
Итак, доработка калькулятора несложна, хотя требует внимательности и аккуратной работы с паяльником. Прежде всего придется вскрыть корпус калькулятора и на плате со стороны клавиатуры отыскать шины (токопроводящие дорожки), на которые воздействует клавиша [=]. Чтобы убедиться в правильности выбора шин, их замыкают проводником, и если замыкание приводит к тому же результату, что и нажатие на клавишу [=], то шины вы определили правильно и счетчик из калькулятора получится. Теперь от этих шин (в удобном для пайки месте) тонким проводом делают отводы из корпуса калькулятора и, по возможности, устанавливают на корпусе миниатюрное контактное гнездо (розетку), к которому припаивают отводы. Остальные операции проводят уже на станке. На большой шайбе из текстолита (см. рис. 2), установленной на оси привода, клеем закрепляем постоянный магнит (от магнитной защелки для мебели, от микроэлектродвигателя). На корпусе механизма привода закрепляют нормально разомкнутый геркон (герметизированный контакт), располагая его так, чтобы при вращении оси магнит на шайбе в какой-то момент оказывался возле геркона, вызывая замыкание его контактов. Геркон подключают к контактному гнезду на микрокалькуляторе, так что при замыкании контактов геркона, показания на индикаторе (дисплее) калькулятора увеличиваются на 1 (перед началом отсчета на калькуляторе набирают [I] и [+]. Таким образом, при намотке катушки показания на индикаторе будут соответствовать числу оборотов, которые совершил каркас катушки (естественно, при четком срабатывании геркона). При помощи доработанного таким образом калькулятора можно производить подсчет и других величин, а на сложных калькуляторах (инженерных) - даже одновременно реализовывать программные задачи с поступающими импульсами.
В заключение темы о намотке обычных трансформаторных катушек хочу дать пару практических советов по изготовлению небольших силовых трансформаторов для радиоаппаратуры. Так, при диаметре провода более 1 мм, а также в случае намотки небольшого количества витков (до 500) лучше формировать обмотки вручную. Станок в этом случае не позволит плотно уложить провод.
При намотке трансформатора, закончив полную укладку первичной обмотки, не поленитесь и на изолированную первичную обмотку намотайте еще одну, состоящую из 10 витков провода. Далее соберите сердечник трансформатора и при номинальном напряжении на первичной обмотке, измерьте напряжение на обмотке из 10 витков. Разделив полученное напряжение на 10, получите напряжение, приходящееся на 1 виток вторичной обмотки. Исходя из этого значения, уточните число витков во вторичных обмотках. Кстати, если при ремонте сгоревшего трансформатора всегда придется мотать первичную обмотку, то при разработке самодельных конструкций удобнее не делать новые трансформаторы, а лучше на трансформатор с исправной заводской первичной обмоткой намотать необходимые вторичные. Число витков рассчитывают по методике, изложенной чуть выше.
Теперь о второй части вопроса, то есть о намотке провода на кольцевой сердечник. Есть ли станки для намотки таких трансформаторов или нет, я не знаю, а вот как сделать обмотки при помощи небольших приспособлений, расскажу.
Рис. 9. Челнок для намотки тороидальных трансформаторов
Основной способ намотки кольцевых (тороидальных) трансформаторов - это намотка провода при помощи челнока. Вид простого челнока, изготовленного из двух скрученных кусочков проволоки, показан на рис. 9. Для работы заранее определяется общая длина провода (для секции) и с небольшим запасом наматывается на челнок. Продевая челнок с проводом через кольцо магнитопровода, и формируют на нем обмотку. При очень тонком проводе вместо челнока используют иголку для ручного шитья. В ушко иголки продевают один конец провода, и по всей длине иголки виток к витку на нее наматывают провод (в несколько слоев). Продевая иголку через кольцевой магнитопровод, обмоточный провод укладывают на сердечник. Данный метод более подходит для работы на небольших кольцах с, повторяю, тонким проводом.
