Что такое понижающий трансформатор: виды, принцип устройства и работы, советы по выбору и расчет основных параметров трансформатора

Оглавление

Разделение устройств, понижающих напряжение, по видам

Трансформаторы разделяют по конструктивным особенностям на 2 вида:

  • Тороидальные, или электромагнитные – устаревший вариант, имеющий большие габариты и меньший коэффициент полезного действия (КПД). Этот вид для бытовых нужд уже практически не применяется;
  • электронные (импульсные) устройства – компактные, лёгкие, с высоким процентом КПД, стремящимся к 100%.

Несмотря на то, что первые постепенно вытесняются вторыми во всех областях, не рассмотреть их будет ошибкой.

Тороидальный трансформатор 220 на 12 вольт: устройство, схема

Довольно простое устройство, состоящее из двух катушек с различным количеством витков, установленных на одном стальном сердечнике. От разницы витков зависит изменение напряжения на выходе. Согласно законам физики, любой проводник, по которому протекает электрический ток, создаёт вокруг себя электромагнитное поле, которое усиливается при сматывании провода в катушку. Таким образом, ток, протекая по первичной катушке (на которую подаётся напряжение), создаёт сильное электромагнитное поле, передающееся через стальной сердечник на вторичную катушку, с которой напряжение снимается.

Китайские преобразователи могут быть довольно качественными
Важно! Без стального сердечника такое устройство работать не будет, даже если намотать вторичную катушку непосредственно на первичную. Более того, подобная попытка приведёт к отгоранию провода первичной катушки.. Ниже представлена схема простейшего тороидального трансформатора

Ниже представлена схема простейшего тороидального трансформатора.

Электронное устройство понижения напряжения бытовой сети

Схема электронного трансформатора 220 на 12 вольт более сложна,однако, принцип работы её тот же. В роли стального сердечника с большим количеством витков здесь выступает небольшое ферритовое кольцо с обмотками. Основная работа выполняется тиристорами (динисторами), различными ограничительными резисторами и транзисторами. С подробной схемой можно ознакомиться ниже.

Импульсные понижающие устройства имеют ряд преимуществ перед электромагнитными:

  • малые габариты и вес;
  • высокий КПД;
  • минимальный нагрев, который совершенно незаметен при правильном вентилировании;
  • долгий срок службы.

Важно! Несмотря на все преимущества импульсников, у них есть один недостаток – такой трансформатор нельзя включать в сеть без нагрузки. В случае подобного включения устройство быстро сгорает.

Виды трансформаторов тока

В современном мире существует огромное различных видов трансформаторов, которых можно классифицировать сразу по нескольким признакам.

По месту установки

Начнем с видов трансформаторов, которые классифицируются по месту установки:

  1. Специальные (используются в транспортных средствах и производственных предприятиях);
  2. Встроенные (устанавливаются в конструкции других электрических приборах);
  3. Внутренние (используются в закрытых комплексных предприятиях);
  4. Наружные (устанавливаются на открытом воздухе);
  5. Переносные (универсальные, можно устанавливать и на открытом воздухе, и в закрытых лабораториях).

По способу установки

Продолжим видами трансформаторов, которые классифицируются по способу установки:

  1. Опорные (одноступенчатые и многоступенчатые устройства);
  2. Проходные (образуют металлическую подставку и устанавливаются на производственных станциях).

По типу витков

Подошла очередь видов тех трансформаторов, которые классифицируются по типу витков:

  1. С одним витком (имеют форму стержня и используются в производственных предприятиях);
  2. Со множеством витков (имеют форму петли и устанавливаются в многофазных системах и конструкциях);
  3. Без первичной обмотки (имеют форму шин и применяются в качестве контроля фаз электрической сети ).

По назначению

Заканчиваем видами трансформаторов, которые классифицируются по различным назначениям:

  1. Лабораторные (способны обеспечить высокую точность величин);
  2. Измерительные (являются приборами учета);
  3. Многоступенчатые (имеют сложное строение, поэтому способны устроить процесс трансформации электротока);
  4. Промежуточные (способны преобразовать значение тока первичной обмотки или вторичной);
  5. Защитные.

Установка и подключение агрегата

Чтобы эффективно и безопасно использовать инвертор, прежде всего, необходимо правильно подготовить его к работе. Этот процесс проводится в несколько этапов. Первая задача – это установка и подключение агрегата. Установка инвертора должна выполняться по определенным правилам:

  • агрегат нужно размещать так, чтобы он находился на расстоянии не менее 2 м от стен или каких-либо предметов;
  • аппарат должен быть обязательно заземлен;
  • место сварки нужно выбирать так, чтобы оно было вдали от воспламеняющихся предметов;
  • варить рекомендуется либо на свободной площадке, либо на столе из металла.

Подключить инвертор можно как к бытовой сети (220 В), так и к сети, с напряжением 380 В, которая обычно используется на производстве. Если предполагается использовать агрегат вдали от электрических сетей, то его можно подключить к генератору, дизельному или бензиновому.

Подключение к электросети

Подключение сварочного аппарата к бытовой электросети нередко вызывает проблемы. Причиной их возникновения может быть старая проводка или недостаточный диаметр ее проводов. Обычно проводка рассчитана на ток до 16 А. А поскольку все включенные приборы в доме могут превысить это значение, то в целях безопасности устанавливаются автоматические выключатели (автоматы). Поэтому при подключении необходимо знать мощность сварочного аппарата, чтобы он не вызвал срабатывание автомата.

Подключение инвертора к бытовой сети

Также следует обратить внимание на просадку сети. Если при включении инвертора вы заметите понижение напряжения в электросети, то это говорит о недостаточном сечении проводов. В таком случае необходимо измерить, до каких значений понижается напряжение

Если оно падает до значений ниже минимальных, с которыми может работать инвертор (указано в инструкции), то подключать аппарат к такой сети нельзя

В таком случае необходимо измерить, до каких значений понижается напряжение. Если оно падает до значений ниже минимальных, с которыми может работать инвертор (указано в инструкции), то подключать аппарат к такой сети нельзя.

Использование удлинителя

Сетевой кабель, подсоединенный к инвертору, отвечает всем требованиям по мощности и не вызывает проблем при подключении. Но если его длины не хватает, то следует подбирать удлинитель с сечением провода не менее 2,5 мм 2 и длиной не более 20 метров. Таких параметров удлинителя будет достаточно, чтобы инвертор мог работать с током до 150 А.

Подключение к генератору

В случаях, когда нет возможности подключить аппарат к электросети, можно подсоединить его к генератору, работающему либо на бензине, либо на дизельном топливе. Наибольшее распространение получили бензиновые электростанции. Но для подключения сварочных аппаратов подходят не все их них. Чтобы инвертор мог эффективно работать, генератор должен иметь мощность не менее 5 киловатт и выдавать стабильное напряжение на выходе. Перепады в напряжении могут вывести сварочник из строя.

Также следует учитывать, с каким диаметром электрода вы будете работать. Например, если электрод будет иметь диаметр 3 мм, то потребуется рабочий ток около 120 А с напряжением дуги 40 В. Если рассчитать мощность сварочного инвертора (120 х 40 = 4800), то получим значение 4,8 кВт. Поскольку это будет потребляемая мощность, то электростанция, способная выдавать лишь 5 кВт, будет работать на пределе своих возможностей, что значительно снизит ее срок службы. Поэтому генератор нужно выбирать с некоторым запасом по мощности, примерно на 20-30% выше той, которую потребляет инвертор.

Где приобрести трансформатор тока?

Как вы уже поняли из ранее прочитанного материала – трансформатор тока является очень востребованным прибором. Его широкое применение, прежде всего, объясняется качественными характеристиками, которые позволяют устройству выполнять различные электротехнические “задачи”.

Итак, трансформатор тока может понадобиться любому из нас. На случай, если это коснется и вас, то посоветую вам приобрести данный электромагнитный прибор (или его аналог) Там, как всегда, хороший и богатый выбор, а также выгодные цены на товары.

А вот вашему вниманию старое, но познавательное видео:

Как правильно выбрать

Итак, на что необходимо обратить внимание, покупая понижающий трансформатор?

  1. Входное напряжение. Понятно, что на корпусе прибора может быть надпись 220 или 380 вольт. Так как нас интересует бытовой вариант, то выбираем тот, у которого написано 220 В.
  2. Выходное напряжение. Для этого вам придется ознакомиться с параметрами прибора потребления. Это могут быть лампочки или электронные бытовые приборы. К примеру, если у вас установлены в системе освещения дома светодиодные лампы на 12 вольт, то придется приобретать трансформаторный прибор, понижающий напряжения с 220 В на 12 В.
  3. Мощность. Сразу же оговоримся, что этот показатель должен быть у трансформатора на 20% выше, чем у потребителей. При этом учитывается суммарная мощность потребителей. К примеру, если понижающие трансформаторы используются в системе освещения, то его мощность складывается из мощностей каждой лампочки, плюс 20%.


Трансформатор для светодиодной ленты

Напомним, что на всех потребителях мощность указывается в ваттах. Обозначение производится на корпусе или в сопроводительных документах. Если этот показатель вами не найдет, тогда можно его подсчитать самостоятельно, используя закон Ома, который гласит, что мощность электрического прибора – это произведение его напряжения на силу тока. К примеру, лампочка, работающая от сети 12 вольт, на которой написана сила тока в 5 А, будет иметь мощность: 5А*12В=60 Вт.

Что такое понижающий трансформатор?

Итак, трансформатором называется электрический прибор, занимающийся преобразованием электрической энергии, а именно — изменением напряжения. Если выходное, то есть измененное, напряжение получается меньше входного, трансформатор называют понижающим. Если наоборот, в результате преобразование напряжение увеличивается, то трансформатор называют повышающим.

Понижающий трансформатор 220/12

Для чего нужен понижающий трансформатор в быту? Низковольтным электричеством питаются ноутбуки и мобильные телефоны, но они всегда продаются вместе с трансформаторами, именуемыми в обиходе «блоками питания». Иное дело — низковольтное освещение, в котором используются галогенные или ультрасовременные светодиодные светильники.

Обзавестись таковым хотят сегодня очень многие — из-за целого ряда преимуществ:

  • отсутствует опасность поражения электротоком и возникновения пожара (особенно желательно оборудовать таким освещением ванные комнаты и другие помещения с повышенной влажностью);
  • по сравнению с традиционными низковольтные светильники являются намного более экономичными: к примеру, светодиоды при той же светимости потребляют энергии в 15 раз меньше, чем лампа накаливания на 220 В;
  • служат низковольтные светильники гораздо дольше аналогов на 220 В: производители светодиодов обещают 50 тыс. часов работы и при этом на 3 года даже дают гарантию.

Чтобы подключить такую систему освещения, трансформатор приходится приобретать отдельно. Но в самом простом исполнении его можно сделать и самостоятельно.

Подсоединение трансформаторов тока

В процессе выполнения последовательного подключения вторичной обмотки в условиях параллельного подсоединения, позволяет уменьшать трансформирующий коэффициент и увеличивать уровень тока на вторичной цепи. Первичные обмотки подсоединяются исключительно в последовательности, а вторичные — в любом положении.

Последовательное подсоединение

При варианте последовательного подключения токовых трансформаторов, обеспечивается повышение нагрузочных показателей. В этом случае применяются трансформаторы, имеющие идентичные показатели kТ.

Соединение обмоток трансформатора последовательно

При протекающем через прибор одинаковом токе, величина поделится на коэффициент два, а уровень нагрузки снизится в пару раз. Применение такой схемы актуально при подсоединении Y/D с целью обеспечения защиты дифференциального типа.

Параллельное подсоединение

При использовании токовых трансформаторов, обладающих одинаковым уровнем kТ, отмечается появление результативного трансформирующего коэффициента, сниженного в пару раз.

Таким образом, при последовательном подсоединении вторичных обмоток обеспечивается повышение уровня выходного напряжения и показателей мощности в условиях сохранения номинальных значений выходного тока.

Если обмотка вторичного типа на каждом трансформаторе предполагает напряжение на выход 6,0 В при номинальных токовых показателях 1,0 А, то последовательное подсоединение позволяет сохранить номинал, а уровень мощности повышается в два раза.

Параллельное подключение вторичной обмотки в таком варианте помогает обеспечивать показатели напряжения на выходе 6,0 В, а также уровень тока — в два раза выше.

Для чего нужен понижающий трансформатор с 220 на 12 Вольт

Основное предназначение понижающего трансформатора – это преобразование первичного напряжения в 220 Вольт во вторичное в 12 Вольт, которое используется для:

  • подключения источников света, работающих на напряжении 12 Вольт (светодиодные лампы и ленты, лампы накаливания и галогенные источники света, а также прочие светотехнические устройства);
  • создания электрической сети в помещениях, где по правилам безопасности нельзя использовать напряжение бытовой электрической сети (220/380 Вольт);
  • подключения слаботочных систем (видеонаблюдение, сигнализация и т.д.), работающих на низком напряжении постоянного тока.

Внешний вид модели, предназначенной для подключения светодиодных источников света

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.

Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

P = B * S² / 1,69

P – мощность в Ваттах,

B – индукция в Тесла,

S – сечение в см²,

1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

Тип магнитопровода Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
Броневой штампованный 1,2 1,3 1,35 1,35 1,3
Броневой витой 1,55 1,65 1,65 1,65 1,6
Кольцевой витой 1,7 1,7 1,7 1,65 1,6

Зачем галогенке трансформатор?

Галогенные лампы успешно конкурируют со светодиодами. Несмотря на лучшие эксплуатационные характеристики последних часто выигрывают именно галогенки, что объясняется их меньшей стоимостью и, соответственно, доступностью, а так же некоторыми особенностями светового пучка светодиодов, от которого могут уставать глаза.

Главный «козырь» светодиодов – работа без нагрева, что дает возможность их широкого использования. Такое же преимущество есть и у галогенок, но только у низковольтных ламп. Их можно устанавливать на участках, чувствительных к высокой температуре. Например, во встроенных в потолок светильниках.

Но при этом нужно понимать, что галогенные лампы пониженного напряжения смогут работать только с трансформаторами. Последние необходимы для преобразования сетевого напряжения до приемлемого для лампы показателя. Обычно это 12 В.

Помимо этого трансформатор защищает источник света от скачков напряжения, перегрева и короткого замыкания, а так же может обеспечивать возможность плавного включения освещения. Надо признать, что в среднем лампы с трансформаторами служат намного дольше. Хотя многое зависит от их качества.

Галогенные лампы низковольтного типа не способны работать от сетевого напряжения в 220 В, поэтому их необходимо подключать только через понижающий трансформатор

Сфера применения трансформаторов

Трансформаторы тока устанавливаются во многих бытовых электроприборах и промышленном электрооборудовании, для работы которых требуется более высокое или низкое напряжение, чем 220 В или 380 В. Для питания галогенных светильников необходимо напряжение 12 В, то есть почти в 20 раз ниже, чем в сети, и ТТ его понижает до требуемой величины.

Также трансформатор используются для учета электроэнергии. Широко распространены измерительные ТТ, которые подключаются к приборам измерения (вольтметрам, амперметрам и прочим) и осуществляют передачу токов на них. Выпускаются как компактные модели, которые помещаются в корпус бытовых приборов, так и модели для установки под открытым небом на линиях электросетей.

КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Принцип работы импульсного блока питания заключается в ряде последовательных преобразований питающего напряжения:

  • выпрямление входного напряжения;
  • инвертирование, то есть, генерация сигнала с частотой от десятков до сотен килогерц;
  • трансформация высокочастотных импульсов до требуемого уровня;
  • выпрямление и фильтрация полученного напряжения.

Цепочка преобразований в описании принципа работы импульсного блока питания выглядит достаточно громоздкой и даже лишённой смысла. Однако нужно учесть что в данной схеме преобразуется напряжение, частота которого в отдельных моделях составляет 200 кГц (а не 50 Гц, как в трансформаторных источниках питания).

Трансформаторы, которые работают на высоких частотах, называют импульсными. Обычно они используют магнитопровод тороидальной формы (в виде бублика) небольшого размера. Это позволило уменьшить вес и габариты блока той же мощности более чем на порядок.

Тор обычно изготавливается штамповкой из пермаллоя — сплава, состоящего из железа и никеля, магнитопровод же низкочастотного трансформатора набирается из тонких пластин электротехнической стали.

Принцип инверторного преобразования дает возможность создать сверхминиатюрные аппараты электродуговой сварки, работа которых возможна от обычной бытовой розетки, способные сваривать металл до 10 мм толщиной, легко переносимые в небольшой сумке с плечевым ремнём.

Базовые принципы, на которых основано устройство импульсного блока питания не новы, всё находится в рамках давно устоявшихся представлений об электричестве. Что же мешало создать их раньше? Причина в технологии.

Главными электронными компонентами инверторного преобразователя импульсного блока являются элементы схемы, способные работать с высокими частотой и напряжением и большими токовыми нагрузками.

Раньше, компонентов, отвечающих этим требованиям, просто не существовало. Настоящий прорыв в развитии и распространении инверторных технологий произошёл после того, как мировым производителям электроники удалось наладить массовое производство мощных IGBT – транзисторов, а также полевых транзисторов по технологии MOSFET.

Они отличаются очень малым значением тока управления, что обеспечивает высокий КПД блока.

Кроме мощных транзисторных ключей, инвертор содержит времязадающие цепочки, генерирующие высокочастотные сигналы управления транзисторами.

Применение в этом качестве цифровых микросхем ШИМ – контроллеров позволяет ещё более миниатюризировать электронную часть. Контроллер широтно импульсного модулирования формирует прямоугольные периодические импульсы. В целом схемотехнически импульсные блоки питания относительно просты.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счёт обратной связи этого параметра с задающими цепями ШИМ – контроллера

Принцип работы обратной связи — при отклонении уровня контролируемого параметра на выходе от номинального значения происходит изменение скважности импульсов, формируемых контроллером.. Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности

Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.

Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности. Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.. Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь

Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов. Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.

Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь. Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов

Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.

Описанный принцип стабилизации обеспечивает работу блока питания в очень широком диапазоне изменения питающего напряжения. Резюмируя сказанное, преимущества импульсных блоков питания таковы:

  • малые габариты и вес по сравнению с трансформаторными источниками питания;
  • схемотехническая простота, обусловленная применением интегральных электронных компонентов;
  • возможность работы в широком диапазоне изменения значений входного напряжения.

Возможные проблемы после подключения

Рисунок 4. Схема подключения сварочного трансформатора.

После подключения сварочного аппарата могут возникать различные проблемы, к которым нужно быть готовым и знать, как от них избавиться. Если имеет место сильный нагрев обмоток и гудение, то причина кроется в витковом замыкании в первичных обмотках. В этом случае придется полностью или частично перемотать обмотки.

Сварочные трансформаторы могут давать слишком большой ток по причине короткого замыкания в обмотке регулятора или во вторичной обмотке. Для устранения неисправности нужно ликвидировать замыкание в обмотках или выполнить перемотку.

Если при воздействии регулятором не происходит уменьшения сварочного тока, то причина, как правило, в замыкании между зажимами регулятора.

Во время работы с аппаратом вы можете услышать нехарактерный для него гул. Обычно он появляется по причине ослабления натяжения пружины или из-за поломки провода.

Причиной слишком сильного нагрева контактов в соединениях обычно являются нарушения электрического контакта. Избавиться от этой неисправности можно путем переборки перегревающихся соединений. Контактные поверхности зачищаются и плотно пригоняются. Выполняется затяжка до отказа зажимов. Удачной работы!