Как подобрать надежный понижающий трансформатор. Трансформатор понижающий
Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт: способы изготовления
Трансформатор — это устройство, которое представляет собой сердечник с двумя обмотками. На них должно быть одинаковое количество витков, а сам сердечник набирается из электротехнической стали.
На входе устройства подаётся напряжение, в обмотке появляется электродвижущая сила, которая создаёт магнитное поле. Через это поле проходят витки одной из катушек, благодаря чему возникает сила самоиндукции. В другой же возникает напряжение, отличающееся от первичного на столько раз, на сколько отличается число витков обеих обмоток.
Принцип работы, для чего нужен
Действие трансформатора происходит так:
- Ток проходит по первичной катушке, которая создаёт магнитное поле.
- Все силовые линии замыкаются возле проводников катушки. Некоторые из этих силовых линий замыкаются возле проводников другой катушки. Получается, что обе связаны между собой при помощи магнитных линий.
- Чем дальше расположены обмотки друг от друга, тем с меньшей силой возникает между ними магнитная связь, так как меньшее количество силовых линий первой цепляется за силовые линии второй.
- Через первую проходит переменный ток (который меняется во времени и по определённому закону), значит, магнитное поле, которое создаётся, тоже будет переменным, то есть меняться во времени и по закону.
- Из-за изменения тока в первой в обе катушки поступает магнитный поток, который меняет величину и направление.Происходит индукция переменной электродвижущей силы. Об этом говорится в законе электромагнитной индукции.
- Если концы второй соединить с приёмниками электроэнергии, то в цепочке приёмников появится ток. К первой от генератора будет поступать энергия которая равная энергии, отдаваемой в цепочку второй. Энергия передаётся посредством переменного магнитного потока.
Понижающий трансформатор необходим для преобразования электроэнергии, а именно для понижения её показателей, чтобы можно было предотвратить сгорание электротехники.
Порядок сборки и подключение
Несмотря на то, что данный прибор кажется на первый взгляд сложным устройством, его можно собрать самостоятельно. Для этого надо выполнить такие шаги:
- Сначала рассчитываются характеристики и количество витков на обмотках устройства. В данном случае, напряжение первичной сети равно 220 В, а получить при помощи прибора планируется 12 В, при площади сечения в 6 квадратных сантиметров, значит составляется формула с такими расчётами: постоянная величина среднего трансформаторного железа равна 60, её следует разделить на площадь.
Получится 10 — это показатель витков, которые приходятся на один Вольт. Полученное число умножается на 220 — это число витков первичной обмотки. Количество витков второй нужно рассчитывать по такому же принципу: полученные 10 витков умножаются на 12 В.
- Сердечник можно изготовить из жестяных банок, для этого надо нарезать полоски длиной до 30 см, шириной — 2 см.
Эти заготовки обжигаются в печи на огне, после этого они остывают и с поверхности нужно счистить окалину. Покрыть лаком и наклеить с одной стороны полоски бумаги. Также необходимо приготовить провод с бумажной изоляцией, сечение — 0,3 мм. Вторичная обмотка будет выполняться проводом сечением 1 мм.
- Из толстого картона выполнить основу для катушки. На неё намотать пропарафиненную бумагу и после этого можно приступать к намотке проволоки. После каждых двух рядов нужно прокладывать слой этой бумаги.
- Вторичная обмотка наматывается в том же направлении, что и первая. В готовую катушку необходимо вставить железные полоски, они должны войти на половину своей длины. Этими полосками обтягивается основа, и концы соединяются внизу. Возле сердечника и каркаса оставляется небольшое расстояние.
- Основание для понижающего устройства лучше сделать из обычной доски толщиной до 50 мм. Крепить детали лучше при помощи больших металлических скобок. Делать это нужно так, чтобы скобки огибали нижнюю часть сердечника.
- Последним шагом концы обмоток выводятся на каркас и закрепляются с контактами.
Пример схемы подключения понижающего трансформатора 220 на 12 В:
Чтобы было легче наматывать катушки (на заводах для этого используют специальное оборудование), можно использовать две деревянные стойки, закреплённые на доске, и ось из металла, продетую между отверстиями в стойках. На одном конце следует металлический прутик изогнуть в виде рукоятки.
Простые советы о том, как проверить трансформатор мультиметром на работоспособность, читайте в следующем обзоре. В 1891 г Никола Тесла разработал трансформатор (катушку), при помощи которого он ставил эксперименты с электрическими разрядами высоких напряжений. Как сделать трансформатор Тесла своими руками, узнайте здесь.
Полезная и интересная информация о подключении галогенных ламп через трансформатор — тут.
Итоги
- Трансформатором называется прибор с сердечником и двумя катушками-обмотками. На входе прибора подаётся электроэнергия, которая понижается до необходимых показателей.
- Принцип работы понижающего трансформатора заключается в создании электродвижущей силы, которая создаёт магнитное поле. Витки одной из катушек проходят через это поле, и появляется сила самоиндукции. Ток изменяется, меняется его величина и направление. Энергия подаётся при помощи переменного магнитного поля.
- Такой прибор нужен для преобразования энергии, благодаря чему предотвращается сгорание электротехники и выход её из строя.
- Порядок сборки подобного устройства очень простой. Сначала следует сделать некоторые расчёты и можно приступать к работе. Чтобы можно было быстро и просто производить намотку катушек, необходимо сделать простое приспособление из доски, стоек и рукоятки.
В заключение предлагаем вашему вниманию ещё один способ сборки и подключения понижающего трансформатора с 220 на 12 Вольт:
elektrik24.net
Содержание:
Трансформатор относится к категории статических электромагнитных устройств, способных преобразовывать переменный ток с одним значением напряжения в переменный ток с другим напряжением, сохраняя при этом одну и ту же частоту. Эти приборы успешно используются в электрических сетях для передачи и распределения энергии, а также являются неотъемлемой частью многих электроустановок. В связи с этим, особенно актуальным становится вопрос, как работает трансформатор, в зависимости от количества обмоток, фаз, способов охлаждения и других конструктивных особенностей, от которых напрямую зависит применение данных устройств. Действие понижающего трансформатораСуществуют различные типы понижающих трансформаторов. Они могут быть одно-, двух- или трехфазными, что позволяет использовать их в различных областях энергетики. Конструкция этих устройств включает в себя две обмотки и шихтованный сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь. Отличительной особенностью понижающего трансформатора является различное число витков в первичной и вторичной обмотке. Для того, чтобы правильно использовать устройство, нужно хорошо представлять себе, как работает понижающий трансформатор. Напряжение, подаваемое на вход трансформатора, вызывает появление в обмотке электродвижущей силы, которая, в свою очередь приводит к возникновению магнитного поля. В результате пересечения этим полем витков второй катушки, в ней появляется собственная электродвижущая сила самоиндукции. Под ее воздействием во второй катушке появляется напряжение, отличающееся от первичного на разницу количества витков в обеих обмотках. Для определения точных параметров, необходимо выполнить расчеты понижающего трансформатора. Следует учитывать, что возникновение электродвижущей силы самоиндукции возможно лишь под действием переменного напряжения. Поэтому все бытовые электрические сети работают только на переменном токе. В современных условиях все чаще возникает необходимость в преобразовании высокого напряжения в низкое. Это связано с тем, что электростанции вырабатывают ток высокого напряжения, обеспечивающий потребности какого-то участка. Поэтому на каждом таком участке начальное напряжение преобразуется до значения, допустимого к применению в бытовых условиях. Кроме того, понижающие трансформатора довольно часто используются в бытовых условиях, чтобы адаптировать низковольтные устройства к сетевому току 220В. Они являются конструктивными элементами различных блоков питания, адаптеров, стабилизаторов и других аналогичных устройств. Приобретая понижающий трансформатор, следует обратить внимание на такие параметры, как мощность и количество витков в обеих обмотках. Необходимо учитывать важный показатель – коэффициент трансформации напряжения. Этот параметр зависит от соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Таким образом, определяется соотношение напряжений на обеих обмотках. В понижающем трансформаторе число витков первичной обмотки превышает количество витков во вторичной обмотке, выдающей пониженное выходное напряжение. В некоторых устройствах имеется несколько выводов, означающих наличие сразу нескольких групп соединений. Формирование нужной схемы в них осуществляется в зависимости от величины входного и выходного тока. Такие трансформаторы являются универсальными и многофункциональными, пользующиеся широкой популярностью у потребителей. Принцип работы трансформатора напряженияОсновная функция трансформаторов напряжения заключается в преобразовании энергии источника в нужное значение напряжение. Данные устройства могут работать лишь при переменном напряжении с неизменной частотой. В соответствии с коэффициентом трансформации существует три типа трансформаторов напряжения:
Для того чтобы правильно использовать ту или иную конструкцию, необходимо точно знать, как работает трансформатор тока. Известно, что основой работы этих устройств является электромагнитная индукция. Для снижения потерь в процессе трансформации и максимальной передачи энергии в трансформаторах используются магнитопроводы. В конструкции имеется одна первичная катушка, в то время как вторичных катушек бывает несколько, в зависимости от назначения каждого прибора. После возникновения в первичной обмотке переменного тока, в магнитопроводе появляется магнитный поток, возбуждающий напряжение во вторичной обмотке. Основным параметром считается коэффициент трансформации, равный отношению напряжения в первичной обмотке, к напряжению во вторичной обмотке. Таким же образом соотносится число витков, имеющихся в первой и второй катушках. С помощью этого коэффициента выполняется расчет параметров для конкретного трансформатора. Например, если в первичной обмотке имеется 2000 витков, а во вторичной – 100, коэффициент трансформации будет равен 20. Следовательно, при входном сетевом напряжении 240 В, выходное напряжение составит 12 В. Таким же способом определяется необходимое количество витков при заданных значениях входного и выходного напряжения. Одним из типов таких устройств, широко применяемых на практике, являются измерительные трансформаторы напряжения. Они используются в оборудовании, потребляющем большие токи и высокие рабочие напряжения с целью проведения контрольных измерений. С помощью этих устройств, измеряемые величины снижаются до уровня, позволяющего выполнить необходимые замеры. |
electric-220.ru
ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ
Экономия. При нынешних ценах на медь и сталь, гораздо дешевле установить небольшую плату с десятком деталей и маленьким импульсным трансформатором на ферритовом сердечнике.
Габариты. Аналогичный по мощности электронный трансформатор будет иметь размер в 5 раз меньше, и на столько же меньший вес.
Стабильность. В ЭТ чаще всего уже встроена защита от замыканий и перегрузок по току (кроме дешёвых китайских), а диапазон входных напряжений составляет 100-270 вольт. Согласитесь - ни один обычный трансформатор не даст стабильности выходных напряжений при таком разбросе питания.
В первом случае 12-ти вольтовая обмотка содержит 12 витков, а во втором всего 6. Следовательно чтоб получить допуустим 300 вольт выходного напряжения (для питания лампового усилителя), нужно будет домотать всего 150 витков. Если надо получить меньшее напряжение, чем 12В - делаем отвод от штатной обмотки. Типовая схема электронного трансформатора:
Только следует учесть, что большинство таких импульсных трансформаторов не запускаются с током нагрузки менее 1А. Для различных моделей минимальный ток может отличаться. А здесь читайте подробнее о доработках китайских ЭТ, позволяющих запускаться им даже при малых токах и не боятся КЗ.
Форум по импульсным источникам питания
Обсудить статью ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ
radioskot.ru
Понижающий трансформатор и все аспекты его выбора
Большинство бытовых приборов не могут напрямую подключаться к электросети в 220В. Для их питания необходимо пониженное напряжение и получить его можно только при использовании специального оборудования. К таким приборам относится понижающий силовой трансформатор. Этот прибор способен преобразовывать переменное напряжение одного значения в такой же параметр, только с другими показателями. Он широко используется в радиоэлектронной и электротехнической отраслях промышленности, в быту.
Конструктивные особенности
Схема трансформатора
Основным блоком агрегата является ферромагнитная катушка. Ее обмотки выполнены из медных проводов. По принципу действия они делятся на первичные – на них подается напряжение из сети и вторичные – с которых оно снимается потребителями.
Между собой их связывает переменное магнитное поле, наводимое в сердечнике трансформатора электронного понижающего. При этом между ними отсутствует электрический контакт. У таких моделей число витков на первичной обмотке больше, чем у вторичной, что приводит к уменьшению параметров на выходе.
Все рабочие детали трансформатора напряжения понижающего, располагаются в корпусе, но есть приборы и не имеющие его. Наличие или отсутствие кожуха зависит от технологии изготовления устройства. В одном случае – это сердцевина, заключенная в обмотке, выполненной в стержневом виде. Во втором сердечник находится внутри броневого вида, при котором витки могут располагаться как вертикально, так и горизонтально.
На чем основывается работа оборудования
Функционирование таких приборов основывается на законе Фарадея или явлении электромагнитной индукции. Она заключается в следующем. На первичную обмотку трансформатора электронного понижающего поступает напряжение. При этом переменный ток проходя через нее приводит к созданию магнитного поля. Это обеспечивает появление напряжения во вторичной обмотке за счет возбуждения электродвижущей силы.
Смотрим видео, принцип работы прибора:
Соотношение параметров приблизительно соответствует числу витков в соответствующих обмотках трансформаторов понижающих однофазных. Поэтому уменьшение напряжения приводит к повышению силы тока. Кроме этого в процессе работы оборудования неизбежны незначительные потери энергии, не превышающие 2-3% и мощности.
Виды и их особенности
Приборы, используемые для преобразования напряжения, представлены различными модификациями. В зависимости от типа сердечника они подразделяются на:
- Стержневые;
- Броневые;
- Тороидальные.
Технические характеристики у понижающих трансформаторов почти не отличаются, в то время как способ изготовления у каждого из представленных видов особенный.
Смотрим видео, виды и их классификация:
Среди всего разнообразия моделей наибольшее распространение получили сухие трансформаторы напряжения понижающие. Но очень часто находят применение и силовые приборы, работающие на масле.
Они могут быть:
- Одно;
- Трехфазными.
Трансформатор электронный понижающий первого типа получает питание от сети, в которой ток течет по четырем проводам, три из которых – это фаза и один – ноль. Однофазные получают ток, протекающий по двух проводам. В жилых домах обычно используются именно такие сети.
Силовые масляные трансформаторы понижающие трехфазные имеют идеальный единичный коэффициент, а некоторые из них могут преобразовывать напряжение равное 600В. Обычно такими параметрами характеризуются крупногабаритные приборы, использующиеся на производстве. Есть среди трансформаторов электронных понижающих, и компактные, предназначенные для применения в быту.
Различают оборудование и по выходному напряжению. Оно может быть, как 12 так 380В. Возможно некоторые собирают трансформатор своими руками. Особых сложностей в этом нет, а инструкцию и схему можно легко найти в сети.
Основные характеристики
Маркировка оборудования зависит от его параметров. И чтобы в ней разобраться необходимо знать все его технические характеристики. Поскольку трансформаторы электронные понижающие бывают одно- или трехфазными, то и параметры у них будут соответственно отличаться.
Виды и типы
Основными для рассматриваемых приборов считаются такие показатели, как:
- Частота;
- Мощность;
- Выходное напряжение;
- Габариты;
- Вес.
И если первый параметр будет неизменным у различных моделей, то все остальные имеют существенные различия. Причем габариты и все увеличиваются вместе с возрастанием мощности. Наибольшего значения эта характеристика достигает у больших промышленных устройств. Но и габариты такого трансформатора электронного понижающего весьма впечатляющие.
В то же время бытовые модели отличаются небольшими размерами и массой. Они легки в транспортировке и монтаже.
Как правильно выполнить расчет?
Отличие понижающих приборов от повышающих состоит в соотношении количества витков на обмотках. И именно этот параметр называется коэффициентом трансформации напряжения. У всех повышающих моделей этот параметр меньше единицы.
Выполнить расчет понижающего трансформатора можно основываясь на законах физики. Выполняется это следующим образом. Доказанным фактом является утверждение, что работа прибора основана на явлении электромагнитной индукции. Ток, проходя по обмотке приводит к появлению магнитного потока. Он возбуждает ЭДС. А так как сердечник трансформаторов напряжения понижающих бытовых изготавливается из стали, то он концентрирует магнитное поле с потоком внутри него.
Определить значение ЭДС в одном витке можно основываясь на законе Фарадея по формуле:
е=Ф, где
Ф- производная потока магнитной индукции по времени.
Основываясь на этом равенстве и проведя ряд вычислений получаем следующее соотношение:
U1/U2 ≈ E1/E2 = N1/N2 = К, где
U1 и U2 – действующие напряжения;
E1 и E2 – ЭДС;
N1 и N2 – число витков.
Если исходя из этой формулы коэффициент получается больше 1, значит, ваш прибор понижающий.
Назначение обмоток
Устройство трансформатора напряжения понижающего, было рассмотрено выше, а в этом разделе будет рассказано об одном из самых важных элементов. Это первичная и вторичная обмотки. Они располагаются на магнитопроводе понижающих трансформаторов. Причем ближе к нему находится та, на которой более низкое напряжение. Такое расположение не случайно, так как ее легче изолировать.
Смотрим видео, правильное подключение трансформатора к сети:
Между ними находятся прокладки или другие изоляционные детали, которые чаще всего выполняются из электрокартона.
Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а вторичная к устройствам, потребляющим энергию. Причем к одному трансформатору может быть одновременно подключено несколько таких приборов.
Для выполнения обмотки используются провода, изолированные кабельной бумагой. Они могут иметь различные типы сечения:
- Круглое;
- Прямоугольное.
По способу расположения они делятся на:
- Располагаемые на стержнях концентрически;
- Дисковые наматываемые в порядке чередования.
Преимущества и недостатки
Использование рассматриваемого оборудования не только в промышленности, но и в быту объясняется не только необходимостью снижения напряжения до безопасной для человека величины 12В. Такие приборы отличаются нетребовательностью к входным параметрам. Они способны работать при напряжении в 110В, обеспечивая постоянное его значение на выходе.
К недостаткам понижающих трансформаторов можно отнести;
- Ограниченный емкостной ресурс, ограниченный 5 годами;
- Малую мощность, лучшие из них не способны обеспечивать более 30 Вт;
- Более высокая стоимость, чем у индуктивных моделей.
Но в то же время у них не мало и преимуществ. Одним из основных являются более компактные габариты и вес, что делает из более удобными в монтаже и транспортировке. Также эти приборы не создают радиопомех и способны обеспечить плавное увеличение напряжения. Понижающие трансформаторы меньше нагреваются. Этот параметр очень часто оказывается решающим при выборе оборудования.
Оснащение некоторых моделей терморегуляторами позволяет им отключаться при перегреве электросхем и КЗ, тем самым продлевая срок службы.
generatorvolt.ru
Трансформатор своими руками: инструкция + фото
Повышающие или понижающие трансформаторы на сегодняшний день используются для преобразования напряжения. Их устройство представляет собою машину, которая имеет высокое КПД и применяется во многих областях техники. Многие часто задаются вопросом, как сделать трансформатор своими руками. Для того чтобы самостоятельно собрать это устройство могут потребоваться определенные знания. Также следует знать весь технологический процесс.
Как сделать трансформатор своими руками?
Если вам необходимо самостоятельно соорудить этот аппарат, тогда следует ответить на вопросы:
Для чего необходимо устройство: для повышения или понижения тока?
Какое напряжение будет через него проходить?
На какой частоте будет работать ваш аппарат?
Какую мощность он должен иметь после изготовления?
После того как вы ответите на эти вопросы можно приступать к покупке необходимых материалов. Все материалы для того чтобы сделать трансформатор своими руками можно найти в магазине. В магазине вам необходимо приобрести ленточную изоляцию, сердечник (при необходимости снять его можно из старого телевизора), провода, которые имеют эмалевую изоляцию. Ленточная изоляция трансформатора должна иметь высокое качество.
Трансформатор своими руками также необходимо наматывать. Для его намотки вам потребуется соорудить простой станок. Для его изготовления вам может потребоваться доска шириною 10 см и длиною 40 см. На нее нужно прикрепить с помощью шурупов два бруска 50 на 50 мм. Расстояние между ними обязательно должно составлять не меньше 30 см. Потом просверлите небольшие отверстия с диаметром в 8 мм. В эти отверстия необходимо будет вставить пруты, на которые будет надета катушка трансформатора.
С одной стороны, вам необходимо нарезать небольшую резьбу. После того как вы закрутите шайбу у вас будет готова его ручка. Размер намоточного станка может быть любым. В первую очередь все зависит от размеров сердечника. Если сердечник имеет форму кольца, тогда его намотку следует выполнять вручную.
Трансформатор своими руками может иметь разное количество витков. Необходимое количество витков вы рассчитаете исходя из его мощности. Например, если вам необходимо устройство от 12 до 220 В, тогда мощность аппарата будет составлять от 90 до 150 Вт. Магнитопровод должен иметь О – образную форму. Взять его можно из старого телевизора. Сечение необходимо определить с помощью формулы.
На следующем этапе вам потребуется определить количество витков на 1 В, которое в данном случае равно 50 Гц, деленное на 10. Первичная и вторичная обмотка рассчитывается с помощью формулы:
W1= 12 Х 5 = 60 и W2= 220 Х 5=1100.
Определить в них токи можно с помощью:
I1 = 150:12=12,5 А и I2=150:220=0,7 А.
Вот так рассчитываются все параметры будущего трансформатора. Инструкция трансформатора содержит в себе эти формулы для расчета.
Процесс изготовления каркаса катушек
Каркас делают из картона. Его внутренняя часть должна быть немного больше чем стержень сердечника. Если вы используете О – образный сердечник, тогда необходимо будет две катушки. Если сердечник будет Ш – образным тогда нужна одна катушка.
Если вы используете круглый сердечник, тогда его предварительно необходимо обмотать изоляцией. После этого можно приступать к намотке провода. После того как первичная обмотка будет завершена ее необходимо закрыть 3 слоями изоляции. Потом вам необходимо начать накручивать вторичный ее слой. Концы обмоток следует вывести наружу. При использовании магнитопровода каркас необходимо делать так:
- Необходимо выкроить гильзы с отворотами.
- Вырезать щечки из картона.
- Тело катушки необходимо свернуть в небольшую коробку.
- Вам следует надеть на гильзы щечки.
Изготовление обмоток для повышающего трансформатора
Катушку необходимо надеть на деревянный брусок. Предварительно в нем следует просверлить отверстие для намоточного прутка. Подключение трансформатора тока считается наиболее ответственным шагом. Эту деталь следует вставить в станок и приступить к изготовлению обмотки:
- На катушку следует намотать два слоя лакоткани.
- Конец провода нужно закрепить на щечке и начать вращать ручку станка.
- Витки нужно плотно укладывать.
- После первичной обмотки провод нужно обрезать и закрепить на щечке рядом с первым.
- На выводы нужно закрепить изоляционную трубку.
Сборка повышающего трансформатора
Если вы желаете сделать трансформатор своими руками, тогда мы вам поможем. Чтобы собрать повышающий трансформатор необходимо разобрать сердечник. Если вы используете отдельные пластины, тогда следует определить толщину пакета и необходимо рассчитать О – образные и Ш – образные листы. Если при включении устройства будет слышен шум или дребезг, тогда следует плотнее закрепить крепеж. После этого нужно провести испытание трансформатора. Для этого нужно включить его в сеть и на первичной стороне должно появиться напряжение в 12 В.
Важно знать! После включения устройства его необходимо оставить включенным на несколько часов. Трансформатор не должен перегреваться.
Инструменты и материалы для изготовления устройства
Для его изготовления вам потребуются следующие инструменты:
- Сердечник (можно взять из старого телевизора).
- Лакоткань.
- Толстый картон.
- Доски и деревянные бруски.
- Стальной прут.
- Клей и пила.
Сделать этот трансформатор несложно. Трансформатор для галогенных ламп тоже можно сделать с помощью этих инструментов. Помните, что не нужно отступать от технологии намотки. Если все правила будут соблюдены, тогда оно проработает много лет. Этих инструментов и материалов хватит для того, чтобы изготовить трансформатор своими руками.
К вашему вниманию: как сделать тороидальный трансформатор своими руками?
vse-elektrichestvo.ru
2. Повышающие и понижающие трансформаторы | 9. Трансформаторы | Часть2
2. Повышающие и понижающие трансформаторы
Повышающие и понижающие трансформаторы
До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:
transformer v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 10000 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 1k .ac lin 1 60 60 .print ac v(2,0) i(v1) .print ac v(3,5) i(vi1) .end freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding
Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.
Трансформатор - это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.
Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:
На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.
Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.
Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку - к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по "противоположному" назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).
Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение "Н" для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение "X" для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «h2», «h3», «X1» и «X2».
Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в "противоположных направлениях" (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).
Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:
Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора
В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.
Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.
При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:
Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.
Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:
Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:
Обзор:
- Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.
- Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.
www.radiomexanik.spb.ru
Трансформаторы понижающие
Для обеспечения электрического питания разного вида приборов и оборудования, как правило, применяют трансформаторы понижающего действия. Данное устройство способно регулировать мощность подаваемого тока в зависимости от необходимой требуемой мощности рабочего оборудования. Дело в том, что принцип работы понижающего трансформатора заключается в изменении тока от исходного уровня напряжения в требующийся ток для каждого конкретного вида устройств.
Конструкция трансформатора понижающего
Вся структура понижающего трансформатора состоит из таких деталей как ферромагнитная основа и обмоток из меди, которые по принципу действия бывают первичными и вторичными. Вся работа понижающего трансформатора напрямую зависит от такого явления как индукция, которая действует посредством влияния магнитных полей. Данное явление выполняет функцию передачи энергетического ресурса из контуров трансформатора друг другу.
Количество трансформаторов, выпускаемых сегодня является достаточно большим, существует большое разнообразие моделей и модификаций понижающих трансформаторов. Тем не менее, следует знать, что наиболее продуктивным в использовании аппарат это тот, который трансформирует энергию с коэффициентом менее одного. Это качество является наиболее характерной отличительной чертой трансформаторов понижающего действия.
Характеристики трансформаторов понижающего действия
На сегодняшний день при таком обилии выбора трансформаторных устройств важно учитывать их отличительные характеристики и качество работы. Как правило понижающие трансформаторы можно подразделить на типы. Так, например, трансформаторы понижающие могут работать от одной фазы, либо от трех фаз. К тому же понижающие трансформаторы существуют как габаритные, которые используются на больших предприятиях и производствах, так и небольшие, бытовые трансформаторы, которые используются в условиях дома, для обслуживания бытовой и электронной техники.
Трансформаторы могут быть выполнены в двух видах. А именно открытом виде, и установленными в корпус. В зависимости от того, какая технология применялась для изготовления понижающего трансформатора, он может быть стержневого вида, когда сердцевина помещается в обмотку, выполненную в стержневом виде и размещенную исключительно в вертикальном положении. Вторым видом технологии изготовления трансформатора понижающего действия является броневой вид. Это вид технологии изготовления, при котором сердечник, находящийся внутри броневого вида обмотки, может быть расположен как в вертикальном положении, так и в горизонтальном. По сути особого отличия в работе этих двух видов отмечено не было.
Классификация понижающих трансформаторов
Как правило, наиболее выделяются в сферах применения понижающие трансформаторы трех видов. Трансформаторы силовые, эксплуатируемые на масле, трансформаторы с тремя фазами, также работающие на масле и трансформаторы, работающие всухую на трех фазах. Как было сказано выше, силовой трансформатор понижающего действия имеет идеальный единичный коэффициент. Некоторые модели таких понижающих трансформаторов способны к преобразованию тока с изначальным напряжением в шестьсот вольт.
Напряжение на выходе может варьироваться от двенадцати до трехсот восьмидесяти вольт. Хотя, как правило, номинальным является напряжение равное двуустам двадцати вольтам. Для продуктивной и качественной работы трансформаторов понижающего действия важно соблюдение всех правил эксплуатации. Устройство должно быть установлено в специально отведенных местах, исключающих попадание пыльных частиц, влаги и различного рода загрязнений. Важно так же то, что аппарат непременно должен быть заземлен, во избежание различных опасных ситуаций.
promplace.ru
