Принцип действия трансформатора для повышения напряжения — Станок
В быту и на производстве широко используются электрические и электронные приборы различного назначения. Необходимое условие их функционирования — подключение к электрической сети или иному источнику электрической энергии.
Из соображений упрощения создания и последующей эксплуатации сети или источника целесообразно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение.
Например 220 В бытовой сети переменного тока и 12 В автомобильной сети постоянного тока.
На практике применяются сети как постоянного, так и переменного тока. Например, бытовая 220-вольтовая сеть функционирует на переменном токе, а бортовая автомобильная сеть использует постоянный ток. В зависимости от разновидности сети повышение напряжения до нужного значения решается в них по-разному.
При обращении к современной микроэлектронной элементной базе реализующие эти функции устройства при солидной выходной мощности обладают очень хорошими массогабаритными показателями. Для иллюстрации этого положения на рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока.
Рис. 1. Повышающий преобразователь постоянного тока бестрансформаторного типа
В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это делать правильно.
Разновидности трансформаторов
Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Схемы трансформатора и автотрансформатора
Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.
Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.
Особенности трансформаторов
Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент
- увеличивает КПД устройства за счет уменьшения рассеяния магнитного поля в окружающем пространстве;
- выполняет функцию несущей силовой основы для обмоток.
Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.
При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.
Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.
В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток.
Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей.
Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.
Рис. 3. Пример обратимого маломощного трансформатора с возможностью согласования типов розеток
Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР
Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.
ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.
При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.
Рис. 4. Внешний вид одного из вариантов ЛАТР
Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз
Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока.
Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.
Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Обобщенная структурная схема повышающего преобразователя
Отдельные разновидности схем отличаются между собой:
- формой сигнала, снимаемого с выхода генератора (синусоидальное или близкое к нему, пилообразное, импульсное и т.д.);
- принципом увеличения генерируемого напряжения (трансформатор, умножитель);
- типом выпрямления и сглаживания напряжения перед подачей его на выход устройства.
В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.
Умножители
Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.
Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема умножителя
Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.
Рис. 7. Еще пример: умножитель в 6 и 8 раз
Рис. 8. Учетверитель напряжения
Общее для таких схем:
- мостовой принцип реализации для увеличения общего КПД устройства;
- использование конденсаторов для накапливания заряда;
- применение диодов как элемента выпрямления.
Техника безопасности
При сборке и использовании повышающих устройств вне зависимости от их разновидности необходимо соблюдать базовые положения правил техники безопасности. Главные из них:
- ни при каких условиях нельзя касаться незащищенными частями тела токоведущих элементов схем;
- запрещается даже кратковременное превышение максимальной нагрузки;
- устройства в обычном офисном исполнении нельзя эксплуатировать во влажных помещениях;
- оборудование следует защищать от попадания брызг воды.
Заключение
- Приведем несколько областей использования устройств для увеличения напряжения.
- Для переменного тока наиболее распространено использование повышающих трансформаторов для подключения различной европейской электронной и электротехнической техники к бытовой 110-вольтовой сети в США.
- Примеры из области постоянного напряжения:
- мощность широко распространенных USB-зарядников достаточна для питания СД-ленты, но последние требуют для работы напряжения 12 В; для такой выгодно ситуации применение повышающего преобразователя;
- на 3,3-вольтовых литиевых аккумуляторах можно собрать power bank для мобильных телефонов;
- регулируемые устройства хорошо востребованы при выполнении настроек автомобильных генераторов.
- Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать за городом такие 220-вольтовые устройства как телевизор, магнитофон, дрель.
- Устройства для увеличения постоянного и переменного напряжения имеют обширную область применения, серьезно отличаясь друг от друга схемотехнически.
- Выбор конкретной реализации зависит от ряда факторов, основные среди которых:
- соотношение входного и выходного напряжения;
- мощность питаемой нагрузки
- уровень жесткости требований электробезопасности.
На практике можно воспользоваться как покупными, так и самодельными устройствами. Большинство самодельных схем доступны для воспроизведения при наличии даже среднего уровня подготовки в области электротехники и схемотехники.
Источник: https://regionvtormet.ru/prochee/printsip-dejstviya-transformatora-dlya-povysheniya-napryazheniya.html
Понижающие и повышающие трансформаторы напряжения сухого и масляного исполнения
Компания Матик-электро предлагает своим клиентам сухие и масляные понижающие и повышающие трансформаторы на напряжение ВН (по выской стороне) от 220/380 В до 10 кВ и напряжение НН (по низкой стороне) от 6 В до 660 В и мощностью от 1 кВА до 2500 кВА. Наши трансформаторы напряжения могут использоваться для бытовых целей и в коммунальном хозяйстве (серии ОСМ, ТСЗ, ТСЗИ, ТСЗПБ, КТПТО), на промышленных предприятиях (серии ТСЗ, ТСЗИ, НТС), для распределительных сетей 6 и 10 кВ (серии ТС, ТМ и ТМГ).
Сухие понижающие и повышающие трансформаторы напряжения
Сухие трансформаторы по сравнению с масляными обеспечивают более высокий уровень пожарной и взрывобезопасности, более экономичны и просты в эксплуатации, обслуживании и ремонте.
Трансформаторы напряжения сухого исполнения могут использоваться в электроустановках предприятий химической, нефтехимической, целюлозно-бумажной промышленности, в сетях электроснабжения общественных и жилых зданий, устанавливаться на транспортные средства, суда и плавсооружения.
Чаще всего сухие трансформаторы используются для понижения напряжения (понижающий трансформатор). Например, для подключения к промышленной электросети напряжением 380 В ручного электроинструмента может использоваться понижающий трансформатор 380/220 В марки ТСЗ или ТСЗИ.
В случае, если необходимо питание от одного источника потребителей, рассчитанных на разные напряжения, то для решения этой проблемы целесообразно использовать многообмоточный понижающий трансформатор.
Многообмоточный трансформатор, как правило, состоит из одной первичной обмотки и нескольких вторичных (конструктивно они могут быть выполнены как на одном сердечнике, так и каждая обмотка на своем собственном сердечнике). Например, возможно изготовление трансформатора понижающего напряжение с 220 В до 110 В, 24 В и 12 В.
Такой понижающий трансформатор напряжения может одновременно использоваться для питания инструмента, низковольтной сети освещения и приборов автоматики и сигнализации.
Но бывают случаи когда необходимо повышение напряжение – в частности, когда нужно запитать от сети 220 В оборудование предназначенное для сети 380 В. Данную проблему возможно решить используя сухой повышающий трансформатор напряжения. Повышающие трансформаторы также традиционно используются в местах генерации электроэнергии для сокращения ее потерь при передаче на большие расстояния.
– однофазные сухие трансформаторы многоцелевого назначения. Применяются в сетях местного освещения, для питания цепей управления, электроавтоматики, сигнализации и т.д.
Напряжение ВН – от 380/220 В до 10 кВ
Напряжение НН – от 6 В до 660 В
Мощность – от 1 до 63 кВА
Типовые варианты изготовления:
220/220 В 220/110 В
220/36 В 220/48 В
Могут изготавливаться на любые напряжения первичной и вторичной обмотки!
– трехфазные сухие трансформаторы. Могут изготавливаться как на низкое, так и высокое напряжение. Применяются в основном на промышленных предприятиях в цепях питания силового оборудования и инструмента в качестве понижающего трансформатора. Могут применяться в электроустановках жилых и общественных зданий, в цепях питания местного освещения, для подключения ручного электроинструмента. Силовые трансформаторы серии ТС могут применяться в распределительных сетях 6-10 кВ.
Исполнение – в кожухе и без кожуха
Напряжение ВН – от 380 В до 660 В
Напряжение НН – от 8 В до 220
Типовые варианты изготовления:
380/380 В 380/220 В
380/110 В 380/65 В
380/36 В
420/420 В 660/660 В
Могут изготавливаться на любые напряжения первичной и вторичной обмотки!
— трансформаторы силовые сухие с обмотками с литой изоляцией типа «Геафоль» (эпоксидный компаунд с кварцевым наполнителем). Этот материал не оказывает вредного влияния на окружающую среду и не выделяет токсичных газов даже при воздействии дуговых разрядов. Трансформаторы с изоляцией типа «Геафоль» можно использовать в электроустановках общественных и жилых зданий.
Напряжение ВН – 6 кВ, 10 кВ
Напряжение НН – 0,7 кВ
Мощность — от 100 кВА до 2500 кВА
— сварочный трансформатор. Предназначен для преобразования переменного напряжения сети 380 В в переменное напряжение 24; 36; 42; 220 В.
Мощность — от 1,6 кВА до 40 кВА.
— трансформатор прогрева бетона. Трехфазный, двухобмоточный понижающий сухой трансформатор с принудительным воздушным охлаждением защищенного исполнения. Предназначен для термообработки бетона и мерзлого грунта.
Напряжение — 380 В
Мощность — до 63 кВА
– станция прогрева бетона на основе масляного трехобмоточного понижающего трансформатора ТМТО с естественным охлаждением. Предназначена для подогрева бетона в зимнее время, с регулированием температуры в ручном и автоматическом режимах.
Напряжение первичное – 380 В .
Напряжение вторичное – 55-95 В
Мощность — 80 кВА
— трансформатор однофазный сухой водозащищенный. Трансформатор предназначен для электроустановок судов и плавсооружений морского и речного флота неограниченного района плавания.
Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)
Напряжение — до 660 В
Напряжение — до 660 В
Частота напряжения — 50 (60) Гц и 400 (500) Гц
— трансформатор понижающий трехфазный сухой для судов и плавсооружений. Трансформатор предназначен для питания пониженным напряжением различных цепей с частотой 50 (60)или 400 (500) Гц электроустановок общего и специального назначения.
Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)
Напряжение ВН – от 380 В до 0,7 кВ
Напряжение НН – от 130 В до 230 В
Мощность — от 6,3 до 1000 кВА
— трансформатор трехфазный сухой водозащищенный. Предназначен для электроустановок судов и плавсооружений морского и речного флота неограниченного района плавания.
Климатическое исполнение — ОМ5 (каплезащищенный)
Напряжение — до 660 В
Частота напряжения — 50 (60) Гц и 400 (500) Гц
— трансформаторы однофазные сухие промышленного и бытового назначения, водозащищенного исполнения. Трансформаторы ОСОВ применяются в шахтах, неопасных по газу и пыли, в других производствах для питания ламп местного освещения и электроинструмента.
Напряжение ВН – 380 В
Напряжение НН – 110 В
Мощность – от 0,25 до 4 кВА
Масляные трансформаторы серии ТМ и ТМГ
Масляные силовые трансформаторы напряжения по сравнению с сухими обладают меньшими габаритами, они более надежны и долговечны. Компания Матик-электро поставляет масляные трансформаторы серий ТМ и ТМГ для распределительных четей 6-10 кВ. Трансформаторы ТМ и ТМГ могут эксплуатироваться как в условиях внутренней, так и наружной установки при температуре окружающей среды от +40 до -60 °С.
Трансформаторы серии ТМ конструктивно выполнены с расширительным масляным баком, а серии ТМГ выполняются герметичными, что значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование.
Источник: http://www.matic.ru/transformers/
Понижающий трансформатор
Понижающий трансформатор — это обычный трансформатор который работает по тем же принципам и только нужен для преобразования определенное переменного напряжения с большого значения в меньшее. То есть если определенному устройству необходимо напряжение 12 Вольт, а с розетки подается стандартно 220 Вольт, нужно использовать понижающий трансформатор. Используется понижающий трансформатор так же в различных отраслях энергетики, электротехники.
схема понижающего трансформатора с 220 В на 12 В
ТН включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом.
Как определить этот коэффициент?
В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках.
Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.
Обратите внимание!
В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.
Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).
Определение коэффициента трансформации производится по формуле: N=U1/U2.
Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь.
Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает.
Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.
Например.
Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.
Существуют 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.
У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.
автотрансформатор
В чем различие между повышающим и понижающим трансформатором
При наличии огромного количества электроприборов и электроники нередко возникает необходимость использования электрического трансформатора.
Это электромагнитное устройство позволяет изменить значение тока благодаря явлению самоиндукции. Корень «трансформ», собственно, и означает «изменение».
Использование трансформаторов в быту и в производстве связано с особенностями оборудования. Обычно это устройства иностранного производства, например, произведенные в Азии и Америке, где стандартная электросеть выдает отличные от российских стандартов значения тока. Трансформатор позволяет защитить электрооборудования от выхода из строя или просто обеспечить необходимое питание для его эффективной работы.
Понижающими называются трансформаторы, преобразующие ток с больших значений на меньшие – например, с 220 до 110 В.
Повышающими трансформаторами называют устройства с обратным эффектом: протекающий по ним ток за счет индукции в катушках изменяется с меньших на большие значения. Например, повысить напряжение с 35 кВольт на 110 кВ для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Таким образом, становится понятно, какой трансформатор нужно выбирать для тех или иных целей. Отдельно можно рассматривать регулируемые модели, в которых доступна функция быстрого переключения с повышения на повышение вольтажа. Универсальные трансформирующие приборы несколько дороже по цене, но и удобнее.
Понижающий трансформаторы часто применяют трехфазные трансформаторы для снабжения электроэнергией промышленные предприятия и жилые дома.
Маркировка понижающих трансформаторов зависит от его свойств
Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:
- Мощность.
- Напряжение выхода.
- Частота.
- Габаритные размеры.
- Масса.
Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.
Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.
Обмотки трансформатора
Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику как правило, располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.
Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии. К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.
Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой
Проводники бывают различных форм сечения:
- Круглая.
- Прямоугольная (шина).
По способу намотки обмотки делят:
- Концентрические, на стержне.
- Дисковые, намотанные чередованием.
Применение понижающих трансформаторов заключается в их достоинствах:
- необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
- Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
- Компактные размеры.
- Малая масса.
- Удобство транспортировки и монтажа.
- Отсутствие помех.
- Плавная регулировка напряжения.
- Незначительный нагрев.
Недостатки
- Недолгий срок службы.
- Незначительная мощность.
- Высокая цена.
Как выбрать понижающие трансформаторы
Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:
- Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
- Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
- Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.
Эксплуатация и ремонт
Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.
Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус.
Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.
Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.
Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:
- Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
- Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
- Проверка изоляции на пробой.
В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань.
При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.
Понижающий трансформатор 220-110В 1500Вт . Как выбрать понижающий трансформатор
Источник: https://transformator220.ru/harakteristiki/setevye/ponizhayushhij-transformator.html
Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция
Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи.
Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы.
Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.
Что понадобится для сборки?
Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.
В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:
Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.
Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:
- Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
- Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
- Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
- Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
- Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.
Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.
Расчеты
Рис. 1: принципиальная схема трансформатора
Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P2 = 0,9 * P1
Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.
В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P1
Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.
Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,
Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.
Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U1, N2 = k*U2
Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)
Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I1 = P1 / U1
Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I2 = P2 / U2
Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.
Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока
| Медный проводник | Алюминиевый проводник | ||
| Сечение жил, мм2 | Ток, А | Сечение жил. мм2 | Ток, А |
| 0,5 | 11 | — | — |
| 0,75 | 15 | — | — |
| 1 | 17 | — | — |
| 1.5 | 19 | 2,5 | 22 |
| 2.5 | 27 | 4 | 28 |
| 4 | 38 | 6 | 36 |
| 6 | 46 | 10 | 50 |
| 10 | 70 | 16 | 60 |
| 16 | 80 | 25 | 85 |
| 25 | 115 | 35 | 100 |
| 35 | 135 | 50 | 135 |
| 50 | 175 | 70 | 165 |
| 70 | 215 | 95 | 200 |
| 95 | 265 | 120 | 230 |
| 120 | 300 |
Сборка повышающего трансформатора
Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.
Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.
Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:
- Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея.Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора
Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.
- Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы.Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
- Уложите первый слой изоляции под первичку.Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
- Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания.Рис. 5: намотайте первичку
В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.
- Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
- После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке.Рис. 6: намотайте вторичную обмотку
Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.
- Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек.Рис. 7: заизолируйте первый слой
- Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
- Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации.Рис. 8: поместите катушки на сердечник
Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.
Сборка понижающего трансформатора
Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.
Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.
Процесс изготовления заключается в следующем:
- Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
- Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
- Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
- Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
- Зафиксируйте выводы обеих катушек.
- Установите пластины сердечника.
Испытание
Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.
Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.
Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.
инструкции
Источник: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html
Повышающий трансформатор: конструктивные особенности приборов, способных повышать и понижать напряжение
Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор — это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.
Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.
Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).
Применение в сетях
Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля — Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.
В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.
Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.
Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.
Магнитная система
Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата.
Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом.
Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:
- плоская конструкция, в которой все сердечники располагаются на единой поверхности;
- пространственный способ — продольные стержни или сердечники и ярма находятся в различных плоскостях;
- симметричный порядок — стержни одной длины и формы располагаются так, что их пространственная установка одинаково относится ко всем элементам и сердечникам;
- несимметричный строй предполагает разные по виду и размерам стержни, расположенные отлично от аналогичных деталей.
Обмотки агрегата
Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).
Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.
Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:
- основные — обвивки, предназначенные для приема или отвода преобразуемой или трансформированной энергии переменного тока;
- регулирующие — те, что предусматривают выводы для изменения коэффициента преобразования напряжения при небольшом токе обмотки и маленьком диапазоне нормализации;
- вспомогательные витки обеспечивают питание собственных нужд, при этом используется малая мощность, гораздо меньшая, чем аналогичный номинальный показатель повышающего трансформатора.
Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем.
Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2—4 см, нанесенных вокруг кабеля.
Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:
- Рядовая. Обороты на сердечнике кладут в направлении оси по всей протяженности обвивки. Последующие витки располагают плотно один к другому, не допуская промежутка между ними.
- Винтовая. Является одним из вариантов многослойного нанесения. Между каждым заходом оборота оставляется расстояние.
- Дисковая. Последовательно объединяется ряд накопителей. В них обороты кладут в радиальном направлении по спиральной форме. На первичной прослойке обвивка ведется внутрь, а на соседних кругах делается наружу.
- Фольговая. Вместо прямоугольного кабеля ставят медные или алюминиевые пластины. Они широкие, их толщина составляет от 0,1 до 2,5 мм.
Охладительный резервуар
Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.
Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.
Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию.
Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости.
Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.
Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.
Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.
Особенности эксплуатации
Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.
Использование в параллельном режиме
Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:
- к параллельному использованию допускаются агрегаты с равной угловой погрешностью между вторичным и первичным показателем напряжения;
- параллельно связываются одинаково полярные полюса из областей низкой и высокой мощности;
- объединяемые устройства должны показывать аналогичный коэффициент передачи по напряжению;
- сопротивление при коротком замыкании должно отличаться в сторону уменьшения или увеличения не более 10%;
- соотношение мощности задействованных трансформаторов не должно превышать 1:3.
Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.
Частота и регулирование мощности
В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.
Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.
Изоляция и перенапряжение
Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.
Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:
- кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2—4 часов;
- переходное перенапряжение длится от 2—5 наносекунд до 3—5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.
Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.
При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.
Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/transformatory/rabota-transformatora-povyshayuschego-ili-ponizhayuschego-napryazhenie.html
Устройство и принцип действия трансформатора
Принцип действия трансформатора (понижающего или повышающего) — трансформация переменного напряжения (как повышение, так и понижение) с некоторой потерей мощности. Трансформаторы работают только с переменным напряжением. Именно по этой причине все электрические сети имеют переменное напряжение.
Повышающие трансформаторы повышают напряжение, понижающие трансформаторы понижают. Большинство источников питания используют понижающие трансформаторы, чтобы уменьшить высокое опасное напряжение сети (220В) до низкого напряжения питания электронных схем и других бытовых приборов.
Купить понижающий трансформатор
Чаще всего бывает нужно купить понижающий трансформатор. Ведь для питания всевозможных бытовых приборов требуется именно пониженное напряжение (относительно сети 220В). Что вообще надо знать, если необходимо купить трансформатор? Прежде всего, конечно, необходимо чётко понимать, надо купить трансформатор понижающий или повышающий? Далее необходимо определить мощность, на которую он должен быть рассчитан.
Она складывается из нагрузки, которую необходимо питать плюс учесть потери на КПД трансформатора. Также, желательно определиться с типом, т.е. на каком «железе» (магнитопроводе) он должен быть намотан. Есть два основных типа: тороидальные трансформаторы и, так называемые, обычные. Разница между ними весьма существенная, у обоих типов есть свои плюсы и минусы и определиться с этим надо заранее. Про тороидальные трансформаторы читайте не нашем сайте.
О том, какие обмотки должны быть на покупаемом трансформаторе, читайте далее.
Первичная и вторичная обмотки трансформатора
Обмотку трансформатора, на которую подаётся напряжение, называют первичной обмоткой, с которой снимают напряжение — вторичной. Между первичной и вторичной обмоткой нет никакого электрического контакта. Они связаны между собой переменным магнитным полем, наведённым в сердечнике трансформатора напряжением, поданным на первичную обмотку. (Здесь речь не идёт об автотрансформаторах, где первичная и вторичная обмотки являются частью друг друга)
В процессе преобразования напряжения теряется очень небольшая часть мощности. Поэтому мощность, снимаемая с вторичной обмотки трансформатора, практически равна мощности, которую способна принять первичная обмотка. Необходимо отметить, что если трансформатор понижающий, то ток, на который может быть рассчитана вторичная обмотка, будет выше, чем на первичной. При повышающем трансформаторе — наоборот.
Коэффициент трансформации напряжения
Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, называемое коэффициентом трансформации напряжения, определяет соотношение напряжений на обмотках. Понижающий трансформатор имеет большее количество витков у первичной обмотки, которая соединяется с источником высокого сетевого питания и меньшее количество витков у вторичной обмотки для выдачи пониженного выходного напряжения.
| Коэффициент трансформации = | Vp | = | Np |
| Vs | Ns |
| Вых мощ = вх мощ |
| Vs × Is = Vp × Ip |
| Vp = Напряжение на первичной обмотке трансформатора Np = Число витков первичной обмотки трансформатораIp = Ток первичной обмотки трансформатора | Vs = Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Ns = Число витков вторичной обмотки трансформатораIs = Ток вторичной обмотки трансформатора |
Источник: http://katod-anod.ru/articles/26
Повышающий и понижающий трансформатор
В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону.
Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов.
Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.
Функции и работа трансформаторов
В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.
С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.
Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница
Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.
Параллельная работа трансформаторов
Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий
Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.
На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.
Как определить принадлежность той или иной обмотки
Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».
Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.
Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа
Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.
Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.
Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.
Как рассчитать мощность трансформатора
С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений.
Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами.
В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.
Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.
Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями.
Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы.
Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.
Особенности повышающего трансформатора
Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях.
Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП.
В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.
Заземление нейтрали трансформатора
Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:
- Вначале на электростанции производится электрический ток напряжением 12 киловольт (кВ).
- Далее по ЛЭП оно поступает на повышающую подстанцию и попадает в повышающий трансформатор, преобразующий это напряжение до 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже по ней приходит на понижающую подстанцию, где его напряжение вновь становится 12 кВ.
- На последнем этапе ток оказывается в низковольтной линии, в конце которой установлен еще один трансформатор понижающего действия. Здесь напряжение окончательно принимает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.
Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.
Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.
В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому им требуется использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла относятся к пожароопасным веществам, поэтому такие системы оборудуются дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в эксплуатации, но стоят значительно дороже.
Источник: https://electric-220.ru/news/povyshajushhij_i_ponizhajushhij_transformator/2019-07-23-1720
Трансформатор
Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее. Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно трансформаторы напряжения.
Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.
Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода
а с другой катушки два красных провода
Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого
Ничего сложного, правда ведь?
Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.
Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.
Обмотки трансформатора
Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.
Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.
У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.
Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.
Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.
I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.
O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.
Как работает трансформатор
Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.
Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U1 в первичной обмотке возникает ток I1 . Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U2 и ток I2 . Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.
Формула трансформатора
формула трансформатора выглядит так.
где
U2 – напряжение на вторичной обмотке
U1 – напряжение на первичной обмотке
N1 – количество витков первичной обмотки
N2 – количество витков вторичной обмотки
k – коэффициент трансформации
В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:
Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.
Однофазные трансформаторы
Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.
В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.
На схемах однофазный трансформатор обозначается так:
Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.
Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов. Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:
Трехфазные трансформаторы
Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.
На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:
Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.
Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)
- звезда-звезда
- звезда-треугольник
- треугольник-звезда
В 90% случаев используется именно звезда-звезда.
Понижающий трансформатор
Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.
Повышающий трансформатор
Это трансформатор, который повышает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.
Разделительный или развязывающий трансформатор
Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке.
Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР.
У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации равен 1.
Согласующий трансформатор
Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.
Работа понижающего трансформатора на практике
Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .
Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.
Именно на нем мы будем проводить различные опыты.
Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.
Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.
Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.
Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.
Как проверить на короткое замыкание обмоток
Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка. Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком. В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.
Проверка на обрыв обмоток
При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.
Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.
Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.
Источник: https://www.ruselectronic.com/ustrojstvo-transformatora/
