В силу ряда причин электрический ток, транспортируемый по проводам высоковольтных ЛЭП, не может быть использован напрямую. Главная из этих причин – высокое напряжение, достигающее десятков, а то и сотен киловольт. Поэтому перед подачей электроэнергии потребителям используют понижающий трансформатор, преобразующий напряжение 380 вольт в привычные нам 220 вольт.
Во многих случаях даже это напряжение слишком высокое для питания современной электротехники. Данную проблему решают путем повторного понижения напряжения, часто с выпрямлением тока. До недавнего времени каждый бытовой прибор был оборудован собственным понижающим трансформатором. Сегодня уже существуют бестрансформаторные блоки питания, но они не могут в полной мере заменить трансформаторы из-за малой выходной мощности. В электротехнике понижающий трансформатор еще долго будет востребован.
Конструкция и принцип действия
Устройство всех типов (за исключением электронных трансформаторов) мало чем отличается. Главными рабочими элементами понижающих аппаратов являются магнитопроводы и катушки. Различия наблюдаются в конфигурации сердечников и в способах соединения обмоток.
Геометрические формы ферромагнетиков производитель выбирает исходя из целесообразности производства. Тип остова существенно не влияет на трансформацию. Критерии преобразования тока больше зависят от состава ферромагнетика и параметров обмоток.
Магнитная система понижающего трансформатора может иметь разные формы, определяемые способом расположения стержней:
- плоскую;
- пространственную;
- симметрическую форму;
- несимметрическую.
Напомним вкратце принцип действия понижающих трансформаторов.
Переменным током, попадающим на первичную катушку, возбуждается электромагнитная индукция. Переменное электромагнитное поле распространяется по всему магнитопроводу. Во вторичной катушке силами переменных магнитных полей возбуждается ЭДС.
Величина электродвижущей силы (а значит и разница потенциалов между катушками) определяется соотношением: U2/U1 = W2/W1 = k , где U – напряжение, аW – количество витков. Коэффициент трансформации k находится в пределах от 0 до 1. Чем ближе к нулю находится значение k, тем меньшее значение выходных напряжений. Конфигурация сердечника не влияет на работу трансформатора.
Напоследок заметим, что понижающий прибор легко превратить в повышающий трансформатор. Для этого достаточно изменить способ подключения понижающего аппарата: поменять местами первичную и вторичную катушки.Разумеется, нельзя вторичную катушку рассчитанную на 12 В подключать к сети на 220 В.
ЗАЧЕМ НУЖЕН ТРАНСФОРМАТОР С 220 НА 220 ВОЛЬТ
Понижающие трансформаторы: виды и особенности
Практически все бытовые приборы и инструменты функционируют от сети мощностью 220В. Но в квартирах и загородных домах часто используют низковольтные приборы и приспособления, например, галогенные или светодиодные светильники и ленты. Для их работы необходимо снизить напряжение при помощи понижающего трансформатора. Его можно собрать собственноручно либо приобрести в специализированном магазине.
Понижающие трансформаторы классифицируются в зависимости от особенностей конструкции и функциональных возможностей.
1. Стержневые. Конструкция такого трансформатора предполагает, что обмотки обхватывают сердечник магнитного провода. Очень часто такие трансформаторы применяются на довольно мощных устройствах, так как особенности конструкции позволяют быстро и легко проводить осмотр и ремонтные работы. Огромным плюсом стержневых понижающих трансформаторов является наличие хорошего охлаждения.
2. Тороидальные. Это самые компактные трансформаторы, предназначенные для работы с небольшими мощностями. Главными достоинствами считаются быстрое охлаждение на всей поверхности сердечника, а также самое низкое намагничивание тока. Чаще всего применяются в радиоэлектронике.
3. Броневые. Такие трансформаторы практически идентичны стержневым, но имеют незначительные отличительные особенности: обмотки охватываются магнитопроводом в форме брони, а также они имеют небольшую мощность и, как следствие, низкую стоимость.
4. Многообмоточные. Самыми распространенными являются 2-обмоточные однофазные трансформаторы.
5. Трёхфазные. Данные трансформаторы используются для уменьшения напряжения сети, состоящей из 3 фаз, не только на производстве, но и в быту.
6. Однофазные. Такой вид трансформаторов наиболее распространен, подключается к однофазной сети. Функционирует он также, как и вышеописанные трансформаторы.
Принципы работы
Работа понижающих трансформаторов опирается на принципы электромагнитной индукции. Первичная обмотка соединена с сетями питания переменного напряжения, вторичная – подключена к основным потребителям электрической энергии.
При подключении напряжения на первичную обмотку появляется электромагнитное поле, пересекающее вторичную обмотку, в которой появляется электрическая движущая сила. Благодаря ей образуется напряжение, которое сильно отличается от напряжения при входе.
Витки на обеих обмотках показывают, какова разница между напряжениями трансформатора на входе и выходе. Очень часто при работе понижающего трансформатора выявляют потерю электрической энергии, она неизбежна и составляет почти 3%.
Сегодня производится огромное количество устройств, содержащих в своей конструкции понижающий трансформатор. Это могут быть блоки питания, стабилизаторы и прочие приборы. Есть такие типы трансформаторов, которые содержат не один выход на вторичной обмотке для разнообразных соединений, а несколько. Данные модели довольно популярны за счет своей функциональности и универсальности.
Плюсы и минусы понижающих трансформаторов
Как и любые устройства понижающие трансформаторы имеют свои как сильные, так и слабые стороны. К особым преимуществам относятся:
• понижающие трансформаторы можно использовать не только на промышленных производствах, но и в бытовых условиях, так как рабочее напряжение составляет менее 12В, что абсолютно безопасно для здоровья человека.
• трансформаторы малогабаритны, соответственно, имеют совершенно небольшой вес.
• благодаря своей компактности трансформаторы удобно транспортировать, а также осуществлять их монтаж.
• понижающие трансформаторы бесперебойно функционируют, не обращая внимания на величину входного напряжения.
• очень редко трансформаторы сильно нагреваются, так как имеют отличную систему охлаждения.
• понижающие трансформаторы позволяют плавно регулировать напряжение.
Помимо плюсов понижающие трансформаторы имеют некоторые недостатки:
• понижающие трансформаторы наделены небольшой мощностью.
• трансформаторы имеют довольно высокую стоимость.
срок службы понижающих устройств довольно непродолжительный.
- Интересное по теме
Что такое понижающий трансформатор
Понижающий трансформатор преобразовывает высокое напряжение в низкое. Это требуется, когда необходимо подключение электроприборов и устройств, которым высокие параметры противопоказаны. Принцип действия и конструкция понижающего трансформатора достаточно простые, поэтому такое оборудование отличается высокой надежностью. Он состоит из ферромагнитного сердечника с двумя обмотками, которые изолированы. На первичную обмотку поступает ток, который образует магнитное поле, которое влияет на вторую обмотку, у которой меньше витков. На ней образуется электродвижущая сила (ЭДС), которая генерирует достаточное выходное напряжение. Разница контролируется количеством витков, точнее, пропорцией, насколько на первичной обмотке витков больше, чем на вторичной. То есть, устройство очень простое и надежное. Стоит заметить, что при трансформации есть определенные потери, но они чаще всего не превышают трех процентов.
Частоту тока они не меняют, но есть модели, которые делают и это, для чего в их конструкции предусмотрены выпрямители. Обычно это диодные мосты, в самых простых схемам, но встречаются и более современные и дорогие варианты, вроде интегральных схем. Трансформаторы бывают не только понижающие, но и повышающие, в данной статье мы поговорим только про первый тип. Они бывают разных видов, про которые стоит рассказать отдельно, тем более, их не так много.
- Стержневой. Самая простая конструкция, которая отличается надежность и невысокой стоимостью. Их легко обслуживать и ремонтировать в случае необходимости.
- Броневой. Разновидность предыдущего варианта, здесь обмотки обматывают магнитопровод. У такой схемы есть свои преимущества, но подобные понижающие трансформаторы сложнее в ремонте и обслуживании, цена при этом остается низкой.
- Тороидальный. Отличаются формой сердечника, который выполнен в форме тора. Чаще всего используются в компактных устройствах небольшой мощности, собственно, основной плюс понижающих трансформаторов этого типа это именно компактность.
- Многообмоточные. Из названия понятна их главная особенность: у них несколько вторичных обмоток, что дает разные значения напряжения на выходе. Иногда это нужно, если требуется подключение потребителей с разными параметрами.
Их разделяют и по количеству фаз, самым распространенным (в том числе и в быту) является однофазный. Другой вариант это трехфазный, в быту встречается редко, а из названия понятно, что он предназначен для преобразования трехфазного напряжения.
Показатели мощности являются постоянными, то есть, константой. В быту они используются не слишком часто, но если нужно подключить оборудование, которому нужно 110, 24 или даже 12 В, тут без понижающего трансформатора не обойтись: такое просто подключать к розетке нельзя. С другой стороны, подобные приборы зачастую имеют встроенный понижающий трансформатор, то есть, обычно ничего дополнительно покупать и устанавливать не нужно. Если же вам требуется покупка этого устройства, то здесь нужно смотреть только на характеристики напряжения, которое вам требуется и подбирать соответствующую модель.
Недостатки понижающего трансформатора
- Есть необходимость в тщательной и регулярной профилактике, небрежность в которой способна вызвать критическую неполадку;
- восстановление сломанного прибора является очень трудоемкой операцией.
Мощность в понижающих трансформаторах
Параметр мощности является константой в любой трансформаторной модели. Таким образом, мощность, поступающая на вторичную катушку, будет равна мощности на первичной катушке. Данный закон работает и для подкласса понижающих устройств.
В то же время по той причине, что вторичное напряжение будет ниже первичного, сила тока на второй катушке повысится. В итоге мощность окажется неизменной.
Тороидальный трансформатор
По сравнению с другими трансформаторами имеет легкий вес и малые габариты. Используется в радиоэлектронике для получения высокой плотности тока, из-за хорошего охлаждения обмотки. Стоит недорого, так как длина обмотки значительно короче других из-за сердечника в форме тора. Может выдерживать более высокие температуры, чем остальные виды прибора.
Как правильно выбрать
Итак, на что необходимо обратить внимание, покупая понижающий трансформатор?
- 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.
- 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.
- 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%.
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.
Как правильно подключить
Подключение понижающего трансформатора 220-110 или любой другой конфигурации – процесс достаточно простой. Во-первых, на заводских приборах клеммы подключения всегда маркируются. Для подключения нулевого провода используется клемма с обозначением «N» или «0», для фазного «L» или «220». На выходе обычно «0» и «110». Последнее число может меняться в зависимости от выдаваемого на выходе напряжения.
Во-вторых, если вами приобретен самодельный прибор или не новый, где стерта маркировка на клеммах, то распознать, какая обмотка первичная, а какая вторичная, можно по сечению используемого в ней медного провода. Так вот, в первичной обмотке сечение провода меньше, чем во вторичной. В повышающем трансформаторе все наоборот. То есть, тонкий провод устанавливается на вторичную обмотку.
Как работает понижающий трансформатор
Для бытовых целей в основном используется напряжение 220, 380 В. Однако, мало электроприборов рассчитано на эту величину. Телевизоры, телефоны, компьютеры имеют свои номиналы. Чтобы обеспечить нормальную работу электроприборов, используются трансформаторы. Промышленность выпускает огромный ассортимент этих устройств. Разберемся, как выбрать нужный.
Само слово «трансформатор» наводит на мысль трансформировать, видоизменять. Чем он, по сути, и занимается. Он меняет одну величину на другую. Они используются для изменения величин напряжения, токов, согласования сопротивления и гальванической развязки. Это устройство может работать только с переменным током. Если имеется постоянный ток, то он должен быть прерывистым или пульсирующим. По роду напряжения можно выделить следующие группы:
- трансформатор
- импульсный трансформатор
Трансформатор — электрическое устройство, состоит из сердечника, выполненного из магнитомягкого материала. Раньше использовались литые сердечники, сегодня их собирают из пластин. Пластины стягиваются болтами или кожухом. Материал и способ изготовления позволяют бороться с вихревыми токами, что повышает КПД. Современные трансформаторы имеют высокий КПД, что позволяет почти полностью передавать энергию от первичной катушки.
Обмотка — другой компонент. Она представляет собой намотанный на каркас (или без него) провод. Материал провода может быть различным. Первичная намотка тщательно изолируется от вторичных, чтобы не произошла гальваническая передача напряжения. Это когда ток с источника питания сразу попадает на выход. По подключению обмотки бывают двух типов:
Если к катушке подводится ток, она первичная, если отводится — вторичная. Например, та, что подключается к сети, будет первичная, а та, с которой идет питание на электроприбор — вторичная. Первичная обмотка всегда одна (речь идет об однофазных, есть еще многофазные, чаще всего 3-х фазные), а вторичных может быть сколько угодно. Все катушки надеваются на сердечник. В зависимости от того, как они надеваются, трансформаторы подразделяются на:
Определить тип легко. Если связь между катушками осуществляется через стержень магнитопровода, то это стержневой тип. Допустим, первичная находится на одном сердечнике магнитопровода, а вторичная на другом. Если связь осуществляется непосредственно, все обмотки собраны на одном сердечнике, то это броневой. Однако, если у броневого трансформатора убрать сердечник, тогда снизится КПД, да и называться уже будет не трансформатором, а катушкой.
Концы всех обмоток выводятся на корпус и закрепляются, образуя клеммы под резьбовое соединение или пайку. У малогабаритных такое соединение может отсутствовать. В таком случае у них выходят изолированные провода, с которыми и производится соединение.
Расчет обмоток
Как работает вся эта конструкция? Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что катушка — это электромагнит. Магнитное поле через магнитопровод или непосредственно передается на другую катушку, где и создается электричество. Чем больше витков в катушке, тем большее магнитное поле создается.
По специальной формуле высчитывается, сколько витков наматывается, чтобы получить 1 вольт напряжения. Зная это соотношение, можно высчитать, сколько витков необходимо иметь. Допустим, на 1 вольт приходится 27,567 витков. Тогда, чтобы подключить эту обмотку, к напряжению 220 в необходимо намотать (27,567 витков умножаем на 220 в и получаем) 6064,74 витка. Такая же формула используется и для вторичной. Допустим, на выходе нужно 12 В. Тогда 27,567 витков умножаем на 12 и получаем 330 витков.
Первичная может содержать больше или меньше витков, чем вторичная. В связи с этим их определяют как:
Если на первичную подается большее напряжение, чем на вторичную, то это понижающий, он понижает напряжение, например, с 220 в до 12 в. Если, наоборот, на выходе напряжение выше, чем на входе, то это повышающий. К примеру, в Америке в сети 110 в, поэтому, чтобы подключить электробритву европейского производства, потребуется устройство которое преобразует 110 вольт в привычные 220 в.
Мощность определяется суммой нагрузок на все вторичные обмотки. После чего вычисляется сечение провода первичной и вторичных обмоток. От сечения провода зависит ток, который будет проходить по обмоткам.
Выбор трансформатора
Как правило, на обмотку приклеивается наклейка, где указаны показатели устройства. В нее обычно входят первичные и вторичные напряжения, мощность, может указываться ток, схема подключения. Рекомендуется выбирать трансформатор так, чтобы он был загружен на 50 — 70% по мощности, тогда его КПД будет максимальным.
На маркировке указаны напряжения холостого хода, когда нагрузка равна нулю. При нагрузке напряжение падает на 5−10%, иногда это необходимо учитывать.
