Продолжаю рассматривать устройства трансформаторных паяльников, выпущенных в заводских условиях разными производителями: старого советского и современного из Китая.
С этой целью провел серию электрических замеров, позволяющих анализировать степень нагрева жала наконечника в зависимости от напряжения питания и конструкции трансформатора.
Выводы о надежности и качестве каждой модели приведены ниже. На основе сделанных измерений публикую советы домашнему мастеру-электрику по проверке выходных параметров трансформаторных устройств методом снятия вольтамперной характеристики (ВАХ) с пояснением схемы замера фотографиями и видеороликом.
Подобная технология широко используется энергетиками, отличается качеством и точностью.
Принципы работы и проверки трансформатора
Любое техническое устройство, включая импульсный паяльник, как бы надежно ни было изготовлено, способно ломаться при нарушениях транспортировки, монтаже, неправильной эксплуатации. По этой причине все электротехническое оборудование проходит наладку при вводе в работу и периодические освидетельствования через определенные периоды времени.
Как преобразуется электроэнергия
Две разнесенные обмотки из изолированного провода с выводами, смонтированные на общем сердечнике из магнитопроводящего материала — вот и все устройство простейшего трансформатора.
Нормальный режим работы
Подведенное к первичной обмотке напряжение питания U1 преодолевает полное сопротивление и по закону Ома создает внутри нее электрический ток I1. Он протекает по каждому витку, а в расположенном в перпендикулярном направлении магнитопроводе образует магнитный поток Ф, разделяющийся на три части.
Его составляющая Ф2 пронизывает витки вторичной обмотки, вызывая в них ток I2, создающий падение напряжения на подключенной нагрузке R.
Аварийный режим
Если где-то между витками нарушается изоляция, то часть обмотки шунтируется, образуя область, выведенную из работы. Это ведет к изменению числа действующих витков, электрического сопротивления, магнитного потока и тока на выходе.
В результате снижаются заявленные характеристики трансформации электромагнитной энергии, падает КПД, мощность устройства на нагрузке.
Такое упрощенное представление вполне достаточно для понимания работы трансформатора в нормальных условиях и при возникновении межвиткового замыкания.
Как определить повреждение обмоток
Заводскими проверками указываются электрические нормативы входных и выходных характеристик трансформатора в различных режимах эксплуатации. Когда они выходят за установленные пределы, то это — явный признак нарушения конструкции. Поврежденное оборудование требует замены или ремонта.
Для анализа неисправности трансформатора необходимо знать его технические параметры, заложенные конструкторами завода и сравнить их с текущими показателями в реальной схеме.
Домашнему электрику не всегда удается найти заводские характеристики. Для оценки работоспособности трансформатора ему приходится полагаться на свой опыт, знание электротехнических процессов, выходные показатели устройства, используя методы:
- прямой проверки под нагрузкой;
- косвенных способов оценки.
Принципы снятия вольтамперной характеристики
Среди различных методик технических проверок трансформатора этот способ является наиболее достоверным.
Для его осуществления на входную обмотку питания подается напряжение разной величины и производится замер тока в ней для каждого случая. Его величина ограничивается значением полного электрического сопротивления, состоящего из активной и реактивной составляющей.
Если все витки остались целыми с исправной изоляцией, то никаких утечек тока не будет, а обмотка станет нормально выдерживать приложенную нагрузку. Первичная мощность станет надежно трансформировать во вторичную цепь через магнитопровод с потерями, обусловленными нормативными значениями КПД.
Электрическая схема проверки вольтамперной характеристики довольно простая.
Мы ее будем реализовывать на примере устройства импульсного паяльника Момент: прикладывать к обмотке питания различные величины напряжения U1, характерные для рабочей области. Это позволит замерять амперметром ток I1 при подключенной нагрузке Rн к выходным цепям — медному жалу наконечника. Оно обеспечивает короткозамкнутый режим силовой катушки.
Это позволит сделать вывод об исправности изоляции провода обмоток и степени достижения насыщения железом сердечника магнитного потока.
Образование короткозамкнутого участка внутри обмотки питания снижает величину напряжения на выходе трансформатора, уменьшает крутизну его вольтамперной характеристики. Проверка ВАХ позволяет вычислить этот момент.
Об испытательном стенде
Для снятия вольтамперной характеристики трансформаторного паяльника необходимо использовать нагрузочное устройство, способное надежно передавать создаваемые мощности.
Точность измерения действующих токов и напряжений обеспечивают амперметры и вольтметры электромагнитной либо электродинамической системы. Также удобно пользоваться специальными измерительными комплексами, работающими по цифровым технологиям.
В домашних условиях можно воспользоваться простым автотрансформатором и двумя тестерами или мультиметрами. Я буду демонстрировать результаты замеров на специально предназначенном для таких проверок заводском стенде — Ретом-11М, которым широко пользуются электротехнические лаборатории. Он является одной из простых устройств в своем классе.
У него внутри корпуса смонтированы ЛАТРы, цифровые измерительные приборы, переключатели и вывода, позволяющие выполнять различные задачи по нагрузке и измерениям с высокой точностью. Устройство регулярно проходит метрологические проверки и на их основе допускается к эксплуатации.
Поэтому грешить на качество работы профессионального оборудования и достоверность электрических замеров при проверке не придется.
Технология снятия ВАХ
Для анализа технических возможностей импульсных паяльников я буду использовать два трансформаторных устройства:
- советскую модель с заявленной мощностью потребления на 65 ватт;
- китайское современное изделие на 100 W (паяльник Licota).
Поскольку конструкция из Китая мне досталась в нерабочем состоянии, то пришлось:
- ее разбирать и оценивать техническое состояние магнитопровода;
- перематывать обмотку питания;
- искать неисправность в выходной схеме;
- ремонтировать силовые цепи.
Все это уже опубликовано статьями на сайте. В качестве нагрузки для обоих паяльников было смонтировано одинаковое жало наконечника из медного провода сечением 1,5 мм кв.
Электрические проверки
При подготовке к работе на листках бумаги была сделана таблица для записи результатов замеров. В ходе проверки электрических характеристик трансформаторов она заполнялась карандашом. Результаты представлены на фотографии.
Величина напряжения, подаваемого на вход обмотки питания, записана слева для холостого режима нагрузочного устройства Ретом-11М. При включении выключателя каждого паяльника она незначительно проседала, что вполне допустимо для таких мощностей.
Это не повлияло на конечный результат потому, что величины напряжения и тока под нагрузкой дополнительно фиксировал фотографиями и учел при составлении графиков ВАХ.
Для проведения эффективного анализа дополнительно использовал методику прямой проверки под нагрузкой: одновременно измерял клещами ток, протекающий по наконечнику жала силовой обмотки, который вызывает его разогрев.
Снятие характеристик советского паяльника
Показываю фотографией фрагмент измерения электрических величин на одной из точек, когда напряжение на обмотке питания установилось 200,7 вольта, а ток по ней протекал 229 миллиампер.
Токовые клещи измерили нагрузку в медном наконечнике силой 70 ампер. Все остальные точки сведены в таблицу, обозначены на графике.
Снятие характеристик паяльника Licota
Для этого случая показываю фотографией максимальные возможности трансформатора на пределе напряжения 231,3 вольта, которые вызвали ток в обмотке питания 0,567 ампера.
Клещи показали ток нагрузки жала наконечника 59,5 ампера.
Остальные фотографии каждой точки замера нагрузки обоих паяльников не вижу смысла публиковать. Все полученные результаты сведены в таблицу.
Сводный график ВАХ двух трансформаторов
Для его построения потребовалось:
- собрать все сведения в единую таблицу;
- выразить ее результаты графическим способом.
Таблица
Чтобы обеспечить наглядность характеристик каждого паяльника отобразил все данные следующим видом.
| Напряжение питания в вольтах | Токи советского паяльника в амперах | Токи паяльника Licota в амперах | |||
| Холостой ход | Под нагрузкой | Обмотка питания | Силовая цепь | Обмотка питания | Силовая цепь |
| 100 | 98,1/91,2 | 0,072 | 30 | 0,101 | 33 |
| 150 | 146,9/144,9 | 0,110 | 41 | 0,172 | 48 |
| 190 | 188,8/184,8 | 0,173 | 60 | 0,250 | 54 |
| 200 | 197,6/194,8 | 0,207 | 64 | 0,320 | 56 |
| 205 | 200,7/198,3 | 0,229 | 69 | 0,340 | 56,5 |
| 210 | 206,4/203,1 | 0,259 | 70 | 0,366 | 57 |
| 215 | 210,6/208,5 | 0,294 | 72 | 0,397 | 58 |
| 220 | 216,1/212,2 | 0,353 | 75 | 0,425 | 58,3 |
| 225 | 218,9/217,7 | 0,396 | 82 | 0,485 | 59,2 |
| 230 | 224,1/222,6 | 0,458 | 83 | 0,491 | 59,3 |
| 235 | 228,2/225,9 | 0,524 | 85 | 0,527 | 59,4 |
| 240 | 232,4/231,3 | 0,594 | 87 | 0,566 | 59,5 |
В графе «Напряжение под нагрузкой» указал величины через дробь: вначале для советского паяльника, а затем — Licota. Китайская модель больше потребляет энергии, значительнее снижает мощность нагрузочного устройства.
График ВАХ
Воспользовавшись данными таблицы для наглядности построил графическими инструментами программы Visio сводные зависимости:
- тока в обмотке питания от приложенного к ней напряжения или вольтамперную характеристику;
- тока в жале наконечника от напряжения питания.
Линии получились несколько ломанными, но они отражают наглядную картину работы обеих конструкций паяльников в одинаковых условиях эксплуатации. Заниматься их апромаксимацией не стал.
Выводы о надежности конструкций
У меня получился результат: советский паяльник Момент под напряжением 233 вольта разогревает медную проволоку 1,5 мм кв током 87 ампер, а Licota способен выдать на нее только 59,5. Этим объясняю то, что он хуже работает.
Трансформатор старого устройства явно мощнее, чем у китайской модели, а силовая обмотка выполнена толстой медной шинкой, создающей минимальное электрическое сопротивление.
В то же время намоточные данные обеих конструкций обмоток питания примерно совпали.
У Licota больше на 30 витков, что не очень существенно: он создавался под 230 вольт.
Силовая обмотка советского паяльника содержит в три раза меньшее количество витков. Но даже в этой ситуации за счет правильно подобранного магнитопровода последний показывает лучшие результаты в работе.
Недостатком конструкции паяльника Licona считаю выполнение обмотки из алюминия и способ ее соединения с наконечником через переходную втулку пайкой. Припой из нее от перегрева металла просто вытек, нарушив электрическое соединение. Допускаю, что так обеспечивался отличный контакт и создавалась вполне приемлемая работа конструкции. Но повторять это технический прием не вижу смысла.
Для закрепления материала рекомендую посмотреть видеоролик владельца ООО НПП Динамика «Снятие вольтамперной характеристики трансформаторов».
Возникшие вопросы по теме задавайте в комментариях.
вы большой молодец и не тратьте своё время на «мажоров» от электрики-электроники, они выросли на китаениз (есть и китаеверх), типовые зипы, которым… А всё сказанное — !
Спасибо за интересную статью. У меня такой же паяльник, советский ЭПСИ 65Вт, но клещи показывают порядка 110А (нагрузка — медная проволока 1,5 мм2). Много лет назад штатный выключатель поплыл в пластике, и заменен подходящим по размеру концевичком. Марку не помню, это было лет 25 назад, а то и больше. С тех пор внутрь залез однажды — шнур питания поменял, просто чтобы вилка была нормальная.
Согласен: советские паяльники рассчитывались и делались для длительной и надежной работы с запасом прочности. Современные модели выпускают ради получения прибыли.
Интересная инфа по поводу величины тока во вторичной обмотке на этом видео:
https://youtu.be/VRLF8uh4uLg?t=517
Там величина тока у автора ролика получилась около 220А. Трансформатор самодельный, но точно такой же по сечению (4см2), как и в заводском паяльнике, соответственно и мощность почти такая-же. И примерно столько же витков в первичке. А вот расположение вторички другое, поверх первички. Очень уж различаются величины токов, если сравнивать с данной статьёй. Почему? Или где-то врет измерительный прибор или расположение вторички (мой самый первый вопрос) имеет такое большое значение. Какие будут мысли?
И, еще, Алексей, измерения в самоделке какой ток показали?
Здравствуй, Олег.
Посмотрел ролик и в комментариях увидел, что автор повторил конструкцию, описанную в журнале Радио №6 за 1978 год, стр 41. Он замерил ток 220 ампер. Обмотку первички он не рассчитывал, а сматывал с дросселя, ориентируясь по заводским слоям. Количество витков ориентировочное.
Наша конструкция паяльника — это трансформатор тока. В нем ток первичной обмотки трансформируется во вторичную с коэффициентом трансформации. Другими словами: ток во вторичке зависит от тока в первичке. А ток в первичке определяется вольт-амперной характеристикой, которая зависит от свойств магнитопровода (его индуктивного сопротивления) и числа витков. Где-то в комментариях я приводил вид вольт-ампермперной характеристики. С начала координат ток возрастает пропорционально величине напряжения. Затем по мере насыщения железа на графике начинается точка перегиба и ВАХ начинает загибаться полого. На заводском паяльнике я снимал ВАХ и определил, что он работает немного за точкой перегиба. У самоделки — на точке. Если отматывать витки, то ток в катушке при 220 В станет возрастать. Так выполняется наладка и можно и до КЗ дойти. Где оптимальное значение решай сам.
Влияет ли его расположение обмотки (одна над другой) на ток во вторичке? Не мешало бы поднять базовые знания по магнитным цепям… Пока представляю это так: переменный электрический ток (векторная величина) протекает по замкнутой обмотке и создает вокруг нее перпендикулярный магнитный поток (тоже вектор), замкнутый в магнитопроводе. Во вторичной обмотке от наводится электрический ток. Почему это вторичный ток должен зависеть от места расположения обмотки мне пока не понятно.
По замерам моих паяльников пока ничего не скажу: в доме идет второй этап капитального ремонта. Сложно съездить за резервной цешкой. В ближайшие дни сделаю и отпишу.
1220 витков провода в тех дросселях (по справочнику) что рекомендует статья из журнала Радио. Пусть чуть отмотать. Но плюс-минус 100 витков трехкратной разницы по выходному току никак не дадут. Можно считать что трансформаторы примерно равны по характеристикам. Остается либо неисправность клещей, либо причина в самой конструкции, в размещении вторички. Вот мне и интересно, откуда такая большая разница появляется.
А насчет ц-шки, я имел в виду вторичные токи, к сожалению у меня под рукой токовых клещей тоже нет.
Олег, попросил ребят с бывшей работы померить токи такого же самодельного паяльника как у меня. Ток в первичке при включении 450 мА, затем снижается до 330. Замер клещами 250 А в установившемся режиме. Перемычка 2,5 мм кв. Эффективность работы более высокая, чем в ролике. Там автор тычет в малюсенький кусочек припоя и мучает его. Наш паяльник позволяет расплавить сразу кусок припоя в виде проволоки толщиной порядка 6 мм. Эта самоделка работает практически ежедневно в условиях электролаборатории более 30 лет. В последние годы охрана труда заставила делать изолированный корпус, практически весь сплошной, что осложнило охлаждение. Но перегрева нет.
Алексей, спасибо за дополнительную инфу!
Логично что твой и ребят паяльники могут больше, чем тот который в ролике. Там сердечник 4 см2, соотвественно габаритная мощность трансформатора в районе 33-х Ватт. У тебя сечение 6,4 см2, соответственно габаритная мощность около 84-х Ватт. Не слабая такая разница выходит.
У меня, например, сечение 8 квадрат и 130 Ватт габаритная , а жало более 3-х квадратов. Им можно спокойно шинку медную залуживать и к шасси паяться, как в американском эксперименте (кстати жрет мой паяльник около 500 мА).
Но меня сейчас интересует другой вопрос. Почему такая разница токов вторичек у более менее одинаковых конструкций? Габаритная мощность одинаковая, сечение вторички примерно тоже одинаковое (там две тонкие шинки, в заводском одна толстая). У тебя в статье ток заводского паяльника выходит в районе 90А. А в ролике 220А. Это как такое получается? Неужели конструкция в ролике (и журнале Радио) обеспечивает в 2 раза более жесткий режим работы трансформатора и в 2 раза лучшую связь обмоток? Можно конечно попробовать в первичке витки отмотать, но смыла в этом не будет, т.к. все упрется в перенасыщение сердечника (вернее в заводском все итак туда уже уперлось), инженеры тогда дураками не были, наверняка выжали все что возможно из маленького легкого трансформатора, с учетом конструкции конечно.
В заводском паяльнике при его конструировании инженеры проводили точные расчеты, а не приближенные и проверяли работу на опытных образцах. Мы делаем из того, что нашли. К тому же наладку большинство ютуберов вообще не делают, показывая самый простой вариант изготовления. Как сказывается количество витков и железа в разных условиях надо проверять на практике. Простой пример: я живу в панельной многоэтажке. Она находится на расстоянии 300 метров от питающей подстанции. Напряжение в розетках всегда на уровне 240-245 вольт. Дом в сельской местности. Запитан воздушными линиями. Удаление от подстанции в несколько км. Напряжение в розетках хорошо если 200 вольт, а то и 180. Люди не зря покупают стабилизаторы. Не всегда и они выручают.
Это еще одна причина далеко не забираться за точку перегиба ВАХ.
Все надо проверять на практике, или находить тех, кто это сам проверял. Но примерно одинаковые трансформаторы должны выдавать примерно одинаковые результаты при прочих равных условиях. Небольшие расхождения конечно будут но не так что больше чем в 2 раза. Буду разбираться. 180 вольт это грустно, когда-то было время, у нас зимой аж до 150В падало, так что знакомо. С тех пор сети и старые щиты к счастью заменили.
Далеко забираться за точку перегиба ВАХ в любом случае смысла никакого нет, т.к. это бесполезные потери мощности и нагрев. У трансформатора 4 см2 есть свой потолок и возможности трансформатора с железом 8 см2 из него не получить как ни мудри с витками.
Согласен, Олег. Практика проверяет теорию.
неправильно написал, 4 мм2 у меня в паяльнике жало.
Олег, один мой товарищ тоже 4 квадрата был вынужден ставить когда переиграл с набором железа и сокращением числа витков на обмотке. Перемычка из 2,5 мм кв у него очень сгорал ее приходилось часто менять.
Товарищу наверное надо было сразу определится что он хочет от паяльника, для каких работ он ему нужен. К тому же и переделать все можно если есть желание.
Мне например нужен был мощный паяльник при небольших габаритах, я такой и сделал. А для более мелких дел есть заводской Момент.