Как работает электронный трансформатор

Содержание

Импульсные трансформаторы являются важной частью современной электронной техники, играя решающую роль в регулировании и передаче электрической энергии. Этот тип трансформатора разработан для обработки импульсных напряжений и токов, особенно в высокочастотных системах.

В отличие от обычных трансформаторов, импульсные трансформаторы имеют особенности в структуре и принципах работы, что позволяет им успешно справляться с их задачами. В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое импульсный трансформатор, каков его принцип работы, а также основные разновидности и современные тенденции в этой области.

Что такое импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это специализированное устройство, предназначенное для работы с импульсными напряжениями и токами. Он представляет собой тип трансформатора, который способен обрабатывать быстро меняющиеся электрические сигналы, что делает его незаменимым во многих высокочастотных приложениях. Как и любой трансформатор, импульсный трансформатор использует принцип электромагнитной индукции для передачи энергии

Импульсный трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции, как и любой другой трансформатор. Однако его особенностью является способность передавать кратковременные (импульсные) сигналы при значительных уровнях мощности или напряжения. Теперь давайте погрузимся в структуру импульсного трансформатора и процесс передачи импульсов.

Структура импульсного трансформатора

Структура импульсного трансформатора состоит из первичной и вторичной обмоток, а также сердечника. Первичная обмотка получает входной сигнал и генерирует магнитное поле вокруг сердечника. Вторичная обмотка, обычно имеющая больше витков, принимает это магнитное поле и преобразует его в электрический сигнал. Важно отметить, что в импульсных трансформаторах обмотки и сердечник оптимизированы для минимизации потерь и максимальной эффективности при передаче импульсных сигналов.

Процесс передачи импульсов

Когда входной импульс поступает на первичную обмотку, он создает быстро меняющееся магнитное поле вокруг сердечника. Это магнитное поле затем индуцирует напряжение на вторичной обмотке. Важным моментом в передаче импульсов является то, что быстро изменяющиеся сигналы требуют трансформаторов с высокой пропускной способностью и способностью обрабатывать высокие частоты без значительных потерь. Именно поэтому импульсные трансформаторы являются оптимальным выбором для таких приложений.

Расчет и выбор

Чтобы подобрать конкретную модель понижающего трансформатора для галогенных ламп вам необходимо учитывать два основных параметра: мощность и напряжение на выходе, входное напряжение принимается за константу. Их можно проверить в паспорте или на корпусе, как показано на рисунке:

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР как он устроен и РЕАЛЬНО РАБОТАЕТ

Кроме этого нужно учитывать особенности двух принципиально отличающихся типов устройств – электромагнитные и электронные преобразователи. Для определения перспективы использования каждого из них в вашем случае, для начала, разберемся в преимуществах обоих.

Электромагнитные

К преимуществам электромагнитных электрических машин следует отнести:

Относительно более низкую себестоимость;
Простую конструкцию;
Высокую степень надежности такого устройства.

Но наряду с этими плюсами, они также имеют и недостатки в сравнении с электронными понижающими приспособлениями – наличие шума во время работы и довольно крупные габариты, что ограничивает сферу применения. Также замечена чувствительность к скачкам и переходным процессам в сети.

Электронные

Электронные трансформаторы отличаются принципом работы, так как в них происходит полупроводниковое преобразование электрической энергии. Помимо этого они комплектуются устройством плавного пуска, контроля рабочих температур, перегрузки и прочими защитами.

Также к их преимуществам следует отнести:

Относительно малую шумовую нагрузку, производимую во время работы;
Компактность – габарит этого трансформатора для галогенных ламп значительно меньше;
Адаптация к работе на холостом ходу.

За счет внедрения разнообразных технологий импульсные преобразователи обеспечивают более долгосрочную службу галогеновых лампочек, чем обмоточные трансформаторы. Однако имеют и некоторые недостатки: относительно большая стоимость, меньшая надежность и ограничение по минимальной мощности.

Выбор физических параметров трансформатора

Определившись с типом трансформатора для галогенных ламп, необходимо выбрать нужную разность потенциалов и номинал. Напряжение на входе каждого из них составляет 220В, однако для подключения галогенных осветительных приборов номинал может варьироваться на 6, 12 или 24 Вольта. Поэтому напряжение нужно подбирать исходя из характеристик ламп, которые вы будете использовать.

Величина мощности выбирается по принципу, не менее требуемой для питания электроламп. При выборе номинала трансформатора выходную мощность преднамеренно увеличивают для запаса электрической прочности. В противном случае может произойти перегрев, полное отключение или даже выход со строя.

Для расчета вам необходимо учитывать следующие параметры:

Мощность одной лампы;
Число подключаемых к трансформатору ламп;
Схема подключения.

Для примера рассмотрим вариант подключения девяти электрических ламп с мощностью в 10 Вт. Исходя из этого, вам понадобиться 9 × 10 = 90 Вт, а с учетом запаса прочности 90 + 9 = 99 Вт, соответственно, необходимо выбирать электромагнитные или электронные устройства не менее 100 Вт. После этого составляется схема освещения на галогенных светильниках.

Варианты и схемы подключения

Следует сразу оговориться, что будет практичнее, если в схемах подключения вы будете использовать параллельное соединение ламп, чтобы к каждому прибору освещения подводилось напряжение от низковольтного импульсного источника. Первый вариант питания галогенных светильников будет предусматривать одинаково параллельное включение к одному трансформатору всех приборов освещения.

Как видите на схеме, питание от внешней сети подводится к входу трансформатора, который обозначается как Input, а с выходных клемм (Output) снимается пониженное напряжение 12В. Далее вывод каждой из клемм подводится к точкам A и B на схеме, от которых они соединяются с контактами ламп, как показано на рисунке. В этом случае каждая лампа имеет независимое питание и при перегорании любой из них остальные продолжат светиться, но все они будут зависеть от исправности источника.

Также существует схема включения нескольких групп от разных импульсных блоков. В качестве примера мы рассмотрим схему из двух устройств и четырех низковольтных галогенных ламп для каждого из них.

Как видите на рисунке, здесь применяется два трансформатора, между которыми разделяется потребляемая мощность от ламп. Преимуществом этой схемы является возможность независимого включения каждой группы осветительных приборов. Выключатель рассчитан на две клавиши, отдельно для каждого преобразователя, но можно использовать один сразу для обеих групп. Такой метод позволяет взять трансформатор для галогенных ламп вдвое меньшей мощности для каждой группы, но и требует больших затрат на реализацию схемы.

Электронные трансформаторы: назначение и типовое использование

Для того чтобы улучшить условия электробезопасности систем освещения в некоторых случаях рекомендуется использование ламп не на напряжение 220В, а значительно ниже. Как правило, такое освещение устраивается во влажных помещениях: подвалах, погребах, ванных комнатах.

Для этих целей в настоящее время применяются в основном галогенные лампы с рабочим напряжением 12В. Питание таких ламп осуществляется через электронные трансформаторы, о внутреннем устройстве которых будет рассказано несколько позже. А пока несколько слов о штатном использовании этих устройств.

Внешне электронный трансформатор представляет собой небольшую металлическую или пластмассовую коробочку, из которой выходят 4 провода: два входных с надписью ~220В, и два выходных ~12В.

Все достаточно просто и понятно. Электронные трансформаторы допускают регулирование яркости с помощью диммеров (тиристорных регуляторов) конечно же со стороны входного напряжения. К одному диммеру допускается подключение сразу нескольких электронных трансформаторов. Естественно, возможно и включение без регуляторов.

Типовая схема включения электронного трансформатора

К достоинствам электронных трансформаторов, прежде всего, следует отнести их малые габариты и вес, что позволяет устанавливать их практически где угодно. Некоторые модели современных осветительных приборов, рассчитанные на работу с галогенными лампами, содержат встроенные электронные трансформаторы, иногда даже по несколько штук. Такая схема применяется, например, в люстрах. Известны варианты, когда электронные трансформаторы устанавливаются в мебели для устройства внутренней подсветки полок и вешалок.

Для устройства освещения помещений трансформаторы могут устанавливаться за подвесным потолком или за гипсокартонными плитами стенных покрытий в непосредственной близости от галогенных ламп. При этом длина соединительных проводов между трансформатором и лампой не более 0,5 — 1 метра, что обусловлено большими токами (при напряжении 12В и мощности 60Вт ток в нагрузке не менее 5А), а также высокочастотной составляющей выходного напряжения электронного трансформатора.

Индуктивное сопротивление провода увеличивается с увеличением частоты, а также его длины. В основном длина и определяет индуктивность провода. При этом общая мощность подключенных ламп, не должна превышать указанную на этикетке электронного трансформатора. Для повышения надежности всей системы в целом лучше, если мощность ламп будет, ниже на 10 — 15% мощности трансформатора.

Вот, пожалуй, и все, что можно сказать о типовом использовании этого устройства. Есть одно условие, о котором не следует забывать: электронные трансформаторы не запускаются без нагрузки. Поэтому лампочка должна быть подключена постоянно, а включение освещения производится выключателем, установленным в первичной сети.

Но на этом область применения электронных трансформаторов не ограничивается: несложные доработки, часто не требующие даже вскрытия корпуса, позволяют на базе электронного трансформатора создавать импульсные блоки питания (ИБП). Но прежде, чем говорить об этом, следует познакомиться с устройством собственно трансформатора поближе.

В следующей статье мы более подробно познакомимся с одним из электронных трансформаторов фирмы Taschibra, а также проведем небольшое исследование работы трансформатора.

Электронные трансформаторы DM-150T06A

Потребление тока 0,63 ампера, частота 50-60 герц, рабочая частота 30 килогерц. Такие электронные трансформаторы предназначены для питания более мощных галогенных ламп.

Достоинства и преимущества

Если использовать приборы по прямому назначению, то имеется хорошая функция. Трансформатор не включается без входной нагрузки. Если вы просто включили в сеть трансформатор, то он не активен. Нужно подключить на выход мощную нагрузку, чтобы началась работа. Эта функция экономит электроэнергию. Для радиолюбителей, которые переделывают трансформаторы в регулируемый блок питания, это является недостатком.

Можно реализовать систему автовключения и систему защиты от короткого замыкания. Несмотря на имеющиеся недостатки, электронный трансформатор всегда будет самой дешевой разновидностью блоков питания полумостового типа.

В продаже можно найти более качественные недорогие блоки питания с отдельным генератором, но все они реализуются на основе полумостовых схем с применением самотактируемых полумостовых драйверов, таких как IR2153 и ему подобные. Такие электронные трансформаторы гораздо лучше работают, более стабильны, реализована защита от короткого замыкания, на входе сетевой фильтр. Но старая Taschibra остается незаменимой.

Недостатки электронных трансформаторов

Они имеют ряд недостатков, несмотря на то, что они сделаны по хорошим схемам. Это отсутствие каких-либо защит в дешевых моделях. У нас простейшая схема электронного трансформатора, но она работает. Именно эта схема реализована в нашем примере.

На входе питания отсутствует сетевой фильтр. На выходе после дросселя должен стоять хотя бы сглаживающий электролитический конденсатор на несколько микрофарад. Но он тоже отсутствует. Поэтому на выходе диодного моста мы можем наблюдать нечистое напряжение, то есть, все сетевые и другие помехи передаются на схему. На выходе мы получаем минимальное количество помех, так как реализована гальваническая развязка.

Рабочая частота динистора крайне неустойчива, зависит от выходной нагрузки. Если без выходной нагрузки частота составляет 30 кГц, то с нагрузкой может наблюдаться довольно большой спад до 20 кГц, зависит от конкретной нагруженности трансформатора.

Еще одним недостатком можно назвать то, что на выходе этих устройств переменная частота и ток. Чтобы использовать электронные трансформаторы в качестве блока питания, нужно выпрямить ток. Выпрямлять нужно импульсными диодами. Обычные диоды тут не подходят из-за повышенной рабочей частоты. Поскольку в таких блоках питания не реализованы никакие защиты, то стоит лишь замкнуть выходные провода, блок не просто выйдет из строя, а взорвется.

Одновременно при коротком замыкании ток в трансформаторе увеличивается до максимума, поэтому выходные ключи (силовые транзисторы) просто лопнут. Выходит из строя и диодный мост, поскольку они рассчитаны на рабочий ток в 1 ампер, а при коротком замыкании рабочий ток резко увеличивается. Выходят также из строя ограничительные резисторы транзисторов, сами транзисторы, диодный выпрямитель, предохранитель, который должен предохранять схему, но не делает этого.

Еще несколько компонентов могут выйти из строя. Если у вас имеется такой блок электронного трансформатора, и он случайно выходит по каким-то причинам из строя, то ремонтировать его нецелесообразно, так как это не выгодно. Только один транзистор стоит 1 доллар. А готовый блок питания также можно купить за 1 доллар, совсем новый.

Мощности электронных трансформаторов

Сегодня в продаже можно найти разные модели трансформаторов, начиная от 25 ватт и заканчивая несколькими сотнями ватт. Трансформатор на 60 ватт выглядит следующим образом.

Производитель китайский, выпускает электронные трансформаторы мощностью от 50 до 80 ватт. Входное напряжение от 180 до 240 вольт, частота сети 50-60 герц, рабочая температура 40-50 градусов, выход 12 вольт.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Силовой трансформатор служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Устройство обычного «классического» трансформатора известно всем ещё со школьных уроков физики. Принцип его работы основан на электромагнитной индукции. В первичной обмотке под действием напряжения в сердечнике наводится магнитный поток, пропорциональный этому напряжению, который, в свою очередь, наводит электродвижущую силу самоиндукции (эдс) во вторичных обмотках, прямо пропорциональную количеству витков этих обмоток.

Электронный трансформатор (ЭТ) и устроен по-другому, и принцип действия его совершенно иной. По сути, ЭТ представляет собой импульсный источник питания — преобразователь напряжения с электронной защитой от короткого замыкания, перегрузки и чрезмерного нагрева элементов. Все энергосберегающие лампы, светильники-ночники, лампы дневного света подсветки аквариумов и другие подобные устройства оснащены ЭТ-преобразователем.

Электронный трансформатор, представленный на фотографии, предназначен для питания низковольтных галогенных систем освещения, столь популярных у любителей «евроремонтов». Его можно использовать вместе с регулятором освещённости, разработанным для электронного преобразователя (например, SЕТ70М или с выключателем-регулятором освещённости для обычных трансформаторов). ЭТ соответствует нормам относительной безопасности и защиты от помех. Он работает от напряжения осветительной сети в диапазоне 190 — 230 В (частота 50 Гц) и обеспечивает выходное напряжение 11,6 — 12,2 В. Длина соединительного кабеля (на выходе устройства) может достигать 4 м.

Электронный трансформатор с нагрузкой из двух низковольтных галогенных ламп

Однако ЭТ можно применить не только по прямому назначению, но и для питания любой активной нагрузки, не превышающей по мощности параметры ЭТ (как правило, они указаны на корпусе электронного элемента). Например, на выход ЭТ можно подключать нагревательный элемент, рассчитанный на напряжение 12 В с током потребления не более 1,5 А или автомобильную лампу накаливания мощностью 12 Вт (указана на цоколе) — например, в качестве светового сигнализатора. Как показали эксперименты, в импульсном режиме такой ЭТ способен обеспечить питанием нагрузку мощностью до 24 Вт. Потребителей такой же мощности можно подключать и в кратковременном режиме работы (не превышающем нескольких минут).

Электрическая схема подключения нагрузки к электронному трансформатору.

Электрическая схема подключения нагрузки к электронному трансформатору представлена на рисунке.

Электронные трансформаторы. Обзор, принцип работы, схема — Видео

talibanich Добавлен: 13.04.2014 0 0

Вознаградить 0

Оценить видео

Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл видео: 0 Проголосовало: 0 чел.

Евгений 14.04.2014 16:16 #
Эмиттер и база нижнего выходного транзистора закорочены на схеме!

ARV 15.04.2014 04:25 #

Не правильно объяснил схему работы. Автор не знает что такое динистор и как он работает, его роль запустить схему. И это трансформатор не обратной связи, это трансформатор управление базой, генерация происходит за счёт него самих транзисторов, типичный автогенератор.

Альберт 16.04.2014 05:43 #

Уберите пожалуйста это видео. Начинающих радиолюбителей оно может завести в глубокое заблуждение. Динистор служит для запуска генератора, выдаёт импульс. А сам генератор собран на транзисторах с обратной связью через высокочастотный кольцевой трансформатор по двухтактной схеме. При подаче питающего напряжения генератор не запускается, так как на базах транзисторов отсутствует смещение. Поэтому и нужен импульс, чтобы запустить генератор.

Олег 16.04.2014 09:02 #

На схеме нарисован двуханодный диод, а не динистор. База-эмиттер нижнего по схеме транзистора закорочены. Неужели автор ролика этого не заметил? Скорее всего он не умеет читать схемы.

Как устроен электронный трансформатор

Внешне электронный трансформатор представляет собой небольшой металлический, как правило, алюминиевый корпус, половинки которого скреплены всего двумя заклепками. Впрочем, некоторые фирмы выпускают подобные устройства и в пластиковых корпусах.

Чтобы посмотреть, что же там внутри, эти заклепки можно просто высверлить. Такую же операцию предстоит проделать, если намечается переделка или ремонт самого устройства. Хотя при его низкой цене куда проще пойти и купить другое, чем ремонтировать старое. И все же нашлось немало энтузиастов, которые не только сумели разобраться в устройстве прибора, но и разработать на его основе несколько импульсных блоков питания.

Принципиальная схема к устройству не прилагается, как и ко всем нынешним электронным устройствам. Но схема достаточно проста, содержит малое количество деталей и поэтому принципиальную схему электронного трансформатора можно срисовать с печатной платы.

На рисунке 1 показана снятая подобным образом схема трансформатора фирмы Taschibra. Очень похожую схему имеют преобразователи, выпускаемые фирмой Feron. Отличие лишь в конструкции печатных плат и типах используемых деталей, в основном трансформаторов: в преобразователях Feron выходной трансформатор выполнен на кольце, в то время как в преобразователях Taschibra на Ш-образном сердечнике.

В обоих случаях сердечники выполнены из феррита. Следует сразу отметить, что кольцеобразные трансформаторы при различных доработках прибора лучше поддаются перемотке, чем Ш – образные. Поэтому, если электронный трансформатор приобретается для опытов и переделок, лучше купить прибор фирмы Feron.

При использовании электронного трансформатора лишь для питания галогенных ламп название фирмы – изготовителя значения не имеет. Единственное, на что следует обратить внимание, это на мощность: электронные трансформаторы выпускаются мощностью 60 — 250 Вт.

Рисунок 1. Схема электронного трансформатора фирмы Taschibra

Краткое описание схемы электронного трансформатора, ее достоинства и недостатки

Как видно из рисунка, устройство представляет собой двухтактный автогенератор, выполненный по полумостовой схеме. Два плеча моста выполнены на транзисторах Q1 и Q2, а два других плеча содержат конденсаторы C1 и C2, поэтому такой мост называется полумостом.

В одну из его диагоналей подается сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом, а в другую включена нагрузка. В данном случае это первичная обмотка выходного трансформатора. По очень похожей схеме выполнены электронные балласты для энергосберегающих ламп, но в них вместо трансформатора включен дроссель, конденсаторы и нити накала люминесцентных ламп.

Для управления работой транзисторов в их базовые цепи включены обмотки I и II трансформатора обратной связи Т1. Обмотка III это обратная связь по току, через нее подключена первичная обмотка выходного трансформатора.

Управляющий трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 8 мм. Базовые обмотки I и II содержат по 3..4 витка, а обмотка обратной связи III – всего один виток. Все три обмотки выполнены проводами в разноцветной пластиковой изоляции, что немаловажно при экспериментах с устройством.

На элементах R2, R3, C4, D5, D6 собрана цепь запуска автогенератора в момент включения всего устройства в сеть. Выпрямленное входным диодным мостом напряжение сети через резистор R2 заряжает конденсатор C4. Когда напряжение на нем превысит порог срабатывания динистора D6, последний открывается и на базе транзистора Q2 формируется импульс тока, который запускает преобразователь.

Дальнейшая работа осуществляется без участия цепи запуска. Следует заметить, что динистор D6 двухсторонний, может работать в цепях переменного тока, в случае постоянного тока полярность включения значения не имеет. В интернете его также называют «диак».

Сетевой выпрямитель выполнен на четырех диодах типа 1N4007, резистор R1 с сопротивлением 1Ом и мощностью 0, 125Вт используется в качестве предохранителя.

Схема преобразователя в том виде, как она есть, достаточно проста и не содержит никаких «излишеств». После выпрямительного моста не предусмотрено даже просто конденсатора для сглаживания пульсаций выпрямленного сетевого напряжения.

Выходное напряжение прямо с выходной обмотки трансформатора также безо всяких фильтров подается прямо на нагрузку. Отсутствуют цепи стабилизации выходного напряжения и защиты, поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки сгорают сразу несколько элементов, как правило, это транзисторы Q1, Q2, резисторы R4, R5, R1. Ну, может и не все сразу, но хотя бы один транзистор точно.

И несмотря на такое, казалось бы, несовершенство схема себя вполне оправдывает при использовании его в штатном режиме, т.е. для питания галогенных ламп. Простота схемы обуславливает ее дешевизну и широкую распространенность устройства в целом.

Исследование работы электронных трансформаторов

Если к электронному трансформатору подключить нагрузку, например, галогенную лампу 12В х 50Вт, а к этой нагрузке подключить осциллограф, то на его экране можно будет увидеть картинку, показанную на рисунке 2.

Рисунок 2. Осциллограмма выходного напряжения электронного трансформатора Taschibra 12Vх50W

Выходное напряжение представляет собой высокочастотные колебания частотой 40КГц, модулированные на 100% частотой 100ГЦ, полученной после выпрямления сетевого напряжения частотой 50ГЦ, что вполне подходит для питания галогенных ламп. В точности такая же картинка будет получена для преобразователей другой мощности или другой фирмы, ведь схемы практически не отличаются друг от друга.

Если к выходу выпрямительного моста подключить электролитический конденсатор C4 47uFх400V, как показано пунктирной линией на рисунке 4, то напряжение на нагрузке примет вид, показанный на рисунке 4.

Рисунок 3. Подключение конденсатора к выходу выпрямительного моста

Рисунок 4. Напряжение на выходе преобразователя после подключения конденсатора C5

Однако, не следует забывать о том, что ток зарядки дополнительно подключенного конденсатора C4 приведет к перегоранию, причем достаточно шумному, резистора R1, который используется в качестве предохранителя. Поэтому этот резистор следует заменить более мощным резистором с номиналами 22Омх2Вт, назначение которого просто ограничить ток зарядки конденсатора С4. В качестве же предохранителя следует использовать обычный плавкий предохранитель на 0,5А.

Нетрудно заметить, что модуляция с частотой 100Гц прекратилась, остались лишь высокочастотные колебания с частотой около 40КГц. Даже если при этом исследовании и нет возможности воспользоваться осциллографом, то этот неоспоримый факт можно заметить по некоторому увеличению яркости лампочки.

Это говорит о том, что электронный трансформатор вполне пригоден для создания несложных импульсных блоков питания. Тут возможно несколько вариантов: использование преобразователя без разборки, только за счет добавления наружных элементов и с небольшими изменениями схемы, совсем небольшими, но придающими преобразователю совсем иные свойства. Но об этом более подробно мы поговорим в следующей статье.