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.
КАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА
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
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.
Преимущества понижающего трансформатора
- Приборы такого типа позволяют понижать напряжение до расчетного значения, благодаря чему передача тока упрощается и удешевляется;
- эффективность конструкции лишь немногим меньше ста процентов;
- возможна коррекция параметров тока до заданных значений;
- низкая стоимость;
- стабильное функционирование;
- большая продолжительность бесперебойной эксплуатации.
Недостатки понижающего трансформатора
- Есть необходимость в тщательной и регулярной профилактике, небрежность в которой способна вызвать критическую неполадку;
- восстановление сломанного прибора является очень трудоемкой операцией.
Параметры
Трансформатор для 1 фазы характеризуется таким главным параметром, как коэффициентом трансформации. Для его расчета применяется следующая формула:
Ктранс – коэффициент трансформации,
U1 – напряжение в 1-ой катушке,
U2 – напряжение во 2-ой катушке,
D1 – число витков проводника 1-ой обмотки,
D2 – число витков проводника 2-ой обмотки.
Если значение рассчитанной величины получалось больше 1, значит, агрегат понижающий, если меньше 1 – повышающий.
При этом мощность, равная произведению силы тока на напряжения, 1-ой обмотки теоретически должна соответствовать мощности 2-ой обмотки. Однако на практике на вторичной катушке величина всегда ниже – ввиду потерь на сердечнике. В идеале КПД трансформаторов достигает 96-98 %.
Плюсы и минусы
Преимущества 1-фазного трансформатора проявляются в следующих особенностях:
- Максимально возможный коэффициент полезного действия – нередко достигающий 98 %.
- Стойкость к скачкам напряжения и перегрузкам.
- Оптимальное охлаждение, не требующее дополнительных мер.
- Безвредность для окружающей среды моделей сухого типа – так как не содержат в конструкции масляных камер.
- Компактность, благодаря которой для установки изделий не требуется выделять и подготавливать специально место.
- Пожарная безопасность.
Обратите внимание! Одна из причин выхода из строя трансформатора – перегрев сердечника и расплавление обмоток. Чтобы этого не происходило, следует установить контроль температуры и эффективное охлаждение.
Недостатки выражаются в специфичности обслуживания для масляных моделей – в частности, требуется регулярно проверять состояние прокладок и при необходимости заменять. Кроме того, экземпляры сухого типа слабо защищены от воздействия внешних факторов – сырости, грязи, пыли, ветра, агрессивных веществ. К тому же они достаточно дороги.
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.
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.
Как выбрать?
Выбрать трансформаторное устройство представленного типа может профессионал. Существует несколько правил в проведении этого процесса. В первую очередь следует обратить внимание на показатель входного напряжения. Оборудование должно быть рассчитано на прием определенного напряжения.
Затем нужно установить, какой уровень тока требуется потребителю. В соответствии с этой характеристикой выбирают параметры выходного напряжения. Мощность приборов, подведенных к трансформатору, должна быть немного ниже, чем его выходное напряжение.
Качественные изделия выдерживают аварийные ситуации. В них предусмотрена особая защита от короткого замыкания, перенапряжения, резких скачков электричества, перегрузок. В этом случае система работает стабильно даже в неблагоприятных условиях.
Установка и эксплуатация
Внутреннюю часть представленного агрегата нужно тщательно защищать от неблагоприятных внешних воздействий. В корпус не должны попадать пыль, влага, грязь и прочие посторонние вещества. Поэтому оборудование устанавливается в защитный корпус, кожух или ящик. В него должен быть обеспечен легкий доступ. Обслуживающий персонал при необходимости быстро произведет осмотр системы в случае необходимости.
Монтаж нужно проводить таким образом, чтобы исключить вероятность случайного соприкосновения человека к неизолированным проводникам тока. Агрегат подключается к заземлению при помощи медного провода. Сечение должно составлять от 2,5 мм и более.
Периодически производится осмотр, обслуживание и ремонт трансформаторов. Неисправности должны вовремя устраняться.
Интересное видео: Как намотать своими руками сетевой понижающий трансформатор 220 на 12 вольт?
При выборе места установки, условий эксплуатации обязательно учитывают требования производителя. ГОСТ устанавливает климатическое исполнение, которое должно учитываться при установке.
Рассмотрев особенности, применение и условия эксплуатации понижающих трансформаторов, можно выбрать оптимальную разновидность приборов.
