50 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как трансформатор понижает или повышает напряжение

Как трансформатор понижает или повышает напряжение

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

Трансформатор — это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку — к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по «противоположному» назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение «X» для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «H1», «H2», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в «противоположных направлениях» (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

Обзор:

  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.

  • Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.

Как работает трансформатор напряжения

Для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжения другой величины, используют трансформатор напряжения. Трансформатор напряжения работает благодаря явлению электромагнитной индукции: изменяющийся во времени магнитный поток порождает ЭДС в пронизываемой им обмотке (или обмотках).

Первичная обмотка трансформатора соединяется своими выводами с источником переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки присоединяется нагрузка, которую необходимо питать напряжением более низким или более высоким, чем напряжение источника, от которого питается данный трансформатор.

Благодаря наличию сердечника (магнитопровода), магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой трансформатора, не рассеивается где попало, а сосредоточен главным образом в ограниченном сердечником объеме. Переменный ток, действующий в первичной обмотке, намагничивает сердечник то в одном, то — в противоположном направлении, при этом изменение магнитного потока происходит не рывками, а гармонически, синусоидально (если речь идет о сетевом трансформаторе).

Можно сказать, что железо сердечника увеличивает индуктивность первичной обмотки, то есть повышает ее способность создавать магнитный поток при прохождении тока, и улучшает свойство препятствовать нарастанию тока при приложении к выводам обмотки напряжения. Поэтому на холостом ходу (в не нагруженном режиме) трансформатор потребляет сущие миллиамперы, хотя изменяющееся напряжение на обмотку действует.

Вторичная обмотка является у трансформатора принимающей. Она принимает изменяющийся магнитный поток, порождаемый током первичной обмотки, и посылаемый благодаря магнитопроводу сквозь свои витки. Изменяющийся с определенной скоростью магнитный поток, пронизывающий витки вторичной обмотки, по закону электромагнитной индукции наводит в каждом ее витке определенную ЭДС. Эти индуцированные ЭДС складываются в каждый момент времени от витка к витку, формируя напряжение вторичной обмотки (напряжение холостого хода трансформатора).

Здесь своевременным будет отметить, что чем быстрее изменяется магнитный поток в сердечнике, тем большее напряжение наводится на каждом витке вторичной обмотки трансформатора. А поскольку и первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком (создаваемым переменным током первичной обмотки), то и напряжение на каждом витке как первичной, так и вторичной обмотки, получается одинаковым, исходя из величины магнитного потока и скорости его изменения.

Если копнуть глубже, то изменяющийся магнитный поток в сердечнике создает в пространстве вокруг себя электрическое поле, напряженность которого тем больше, чем выше скорость изменения магнитного потока, и чем больше величина этого изменяющегося магнитного потока. Данное вихревое электрическое поле действует на электроны, расположенные в проводе вторичной обмотке, толкает их в определенную сторону, поэтому на концах вторичной обмотки можно измерить электрическое напряжение.

Читать еще:  Кто должен менять электросчетчики в подъезде

Если ко вторичной обмотке трансформатора подключить нагрузку, то по ней потечет ток, а значит в сердечнике возникнет магнитный поток, создаваемый этим током вторичной обмотки.

Магнитный поток, порождаемый током вторичной обмотки, то есть током нагрузки, окажется направлен (см. правило Ленца) против магнитного потока первичной обмотки, и значит наведет в первичной обмотке противо-ЭДС, которая приведет к росту тока в первичной обмотке, и соответственно — к увеличению потребляемой трансформатором от сети мощности.

Возникновение противоположного первичному, вторичного магнитного потока внутри сердечника, в качестве эффекта от подключенной нагрузки, эквивалентно уменьшению индуктивности первичной обмотки. Вот почему трансформатор под нагрузкой потребляет значительно больше электрической энергии, чем на холостом ходу.

Как трансформатор понижает или повышает напряжение

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.

Понижающие трансформаторы представляют собой механизмы, регулирующие интенсивность электрического тока. Суть работы заключается в том, что поступающий ток обладает большей интенсивностью, чем выходящий. Именно поэтому данные конструкции можно чаще всего встретить в линиях электропередач и, конечно же, в бытовых условиях. Подробнее о понижающем трансформаторе тока читайте далее.

Краткое содержимое статьи:

Характеристики трансформатора

Конструкция ящика с трансформатором может быть самой разнообразной. Главным элементом механизма является ферромагнитный сердечник, обмотки которого обрамлены специальным проводником из меди. Первичная часть обмотки контролирует напряжение в сети, вторичная же занимается снятием сниженного напряжения.

Сердечник излучает переменный ток, который создает связь между двумя существующими обмотками. Обмотки не связаны друг с другом электрическим током. К слову, способность снижать напряжение возникает благодаря различию в количестве завитков между этими составляющими.

Чаще всего эти элементы защищены специальным корпусом, однако особенности строения и разновидностей допускают различные вариации.

Виды понижающих трансформаторов

  • Однофазные модели являются самыми популярными, подключаются к одноименной сети.
  • К трехфазным относятся понижающие трансформаторы 380 В, которые снижают уровень напряжения до нужного уровня.
  • Многообмотчатый тип содержит более двух обмоток.
  • Броневой типаж не отличается большой мощностью. Обрамлен магнитоприводом.
  • Тороидальный типаж является излюбленным для мастеров радиоэлектроники. Является достаточно миниатюрным, но мощным.
  • Стержневые трансформаторы не отличаются витиеватостью конструкций и отлично справляются со средним и высоким напряжением.

Функции трансформаторов

Итак, зачем же нужны понижающие трансформаторы? Начнем с того, что очень часто этот механизм регулирует силу напряжения в сети в промышленных зданиях.

Так, понижающий трансформатор 220 В нашел широкое применение в промышленности и домашнем хозяйстве. Кроме бытового значения, данные конструкции снижают напряжение в линиях электропередач и регулируют работу тока.

Обмотки и их свойства

Между обмотками существуют специальные прокладки, ограничивающие поступление тока и его движение между двумя элементами. Катушки обмотаны изолированными проводами, обмотанными слоями бумаги. Проводящие части могут иметь круглую или прямоугольную форму. Могут иметь дисковый или стержневой тип обматывания.

Как выбрать понижающий трансформатор?

Существует масса разновидностей и типажей трансформаторов, однако при их выборе следует отдавать внимание ниже указанным характеристикам:

  • Параметр входящего напряжения, параметр которого обычно промаркирован на корпусе изделия. Для бытовых целей используется трансформатор 220 В.
  • Маркировка на корпусе устройства также должна свидетельствовать о величине выходящей энергии. Для того, чтобы ознакомиться подробнее с особенностями корпуса и маркировки, рекомендуем ознакомиться с фото понижающих трансформаторов на просторах Сети.
  • Сделайте следующие расчеты для правильного подбора характеристик мощности. Сложите величину энергии всех устройств, которые будут подключены к устройству и прибавьте еще 20%.

Плюсы и минусы трансформаторов

Данная техника имеет свои преимущества и недостатки. При выборе определенных моделей нужно учитывать все нюансы. Начнем с плюсов:

  • Безопасность человека дома и в условиях промышленности гарантируется данным механизмом, который снижает уровень интенсивности электрического тока до 12 В, тем самым гарантируя сохранение жизни и здоровья.
  • Входящее напряжение имеет не слишком большое значение, поскольку выходящий ток имеет стабильные характеристики.
  • Компактность и миниатюрность коробки.
  • Простота в перемещении и установке.
  • Слабый нагрев корпуса.
  • Аккуратная регуляция напряжения.

Трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию от одной части схемы к другой за счет магнитной индукции и, как правило, с изменением величины напряжения. Трансформаторы работают только с переменным электрическим током (AC).

Трансформаторы имеют важное значение в распределении электроэнергии. Они повышают напряжение, вырабатываемое на электростанциях до высоких значений с целью эффективной передачи электроэнергии. Другие трансформаторы понижают это напряжение в местах потребления.

Многие бытовые приборы оборудованы трансформаторами, для того чтобы по мере необходимости повысить или понизить напряжение поступающее из домашней электросети. Например, для работы телевизора и аудиоусилителя необходимо повышение напряжения, а для работы дверного звонка или термостата низкое напряжение.

Как работает трансформатор

Как правило, простой трансформатора состоит из двух катушек намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов, провода намотаны на стержень из железа, называемый сердечником.

Одна из обмоток, ее еще называют первичной обмоткой, подключается к источнику переменного тока, что в свою очередь приводит к появлению постоянно переменного магнитного поля вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной обмотке).

Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет масштаб понижения или повышения напряжения во вторичной обмотки. Данную величину еще называют коэффициентом трансформации.

Например, если у трансформатора имеется 3 витка первичной обмотке и 6 витков во вторичной обмотки, то напряжение во вторичной обмотке будет в 2 раз больше, чем в первичной. Такой трансформатор называется повышающий трансформатор.

И на оборот, если есть 6 витков в первичной обмотке и 3 виток во вторичной, то напряжение снимаемое с вторичной обмотки будет в 2 раз ниже чем в первичной обмотке. Этот вид трансформатора носит название понижающий трансформатор.

Так же следует иметь ввиду, что соотношение тока в обеих катушках находится в обратной зависимости к соотношению их напряжений. Таким образом, электрическая мощность (напряжение умноженное на силу тока) является одинаковой в обеих катушек.

Импеданс (сопротивление потоку переменного тока) первичной катушки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации. При правильном соотношении витков трансформатора можно добиться практически одинакового сопротивления обоих контуров.

Согласованные сопротивления имеют важное значение в стерео системах и других электронных систем, потому это позволяет передавать максимальное значение энергии от одного блока схемы другому.

Как повысить переменное и постоянное напряжение?

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.

Читать еще:  Vga d sub характеристики

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.

Повышение переменного напряжения

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

Повышение постоянного напряжения

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.

Что такое понижающий трансформатор и принцип его работы

Понижающие трансформаторы относятся к категории преобразователей значения электрического тока. Причем их входящее напряжение будет выше, чем исходящее. Представленные установки применяются в линиях электропередач и быту. Принцип работы понижающих приборов, особенности и применение будут рассмотрены далее.

Конструкция

В принципе работы трансформаторов используется физический закон электромагнитной индукции. Стандартные устройства имеют сердечник и две обмотки. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключается к электрической сети. Вокруг сердечника магнитопривода генерируется магнитное поле. Во вторичной обмотке появляется электричество с определенным показателем напряжения.

Мощность на выходе определяется соотношением количества витков в обеих катушках. Соотношением витков, составляющих обмотку первичной и вторичной катушек, можно выбирать характеристики выходного напряжения. Устройство трансформаторов позволяет получить требуемое значение тока для питания промышленных и бытовых электроприборов.

Трансформаторы напряжения не меняют частоту тока. Для этого понижающему агрегату потребуется иметь в конструкции выпрямитель. Он будет менять частоту тока с переменного до постоянного значения, и наоборот.

В понижающих трансформаторах сегодня применяются полупроводники. Их работу дополняет схема интегрального типа. В цепь включаются конденсаторы, микросхемы, пьезоэлементы, резисторы и т. д. Такой понижающий бытовой трансформатор имеет небольшие габариты, высокий уровень КПД, малый вес. Он не шумит, не нагревается. В трансформаторах представленных типов допускается выбрать мощность исходящего тока. Устройство включает в схему защиту против короткого замыкания. Традиционные конструкции также пользуются спросом. Подобные схемы просты, надежны.

Интересное видео: Понижающий трансформатор

Назначение

Трансформаторы понижающие применяются в различных сферах человеческой деятельности. Силовые конструкции устанавливаются на подстанциях на пути следования линий электропередач. Представленные типы аппаратов понижают при работе показатель тока в сети от 380 до 220 В. При такой мощности работают бытовые электроприборы. Представленная установка называется промышленным трансформатором понижения тока.

К бытовым понижающим разновидностям относят приборы, которые работают на более низких мощностях. Они принимают 220 В на первичный контур, а выдают 42, 36, 12 В, учитывая требования потребителя.

Расчет характеристик оборудования

Трансформатор понижающий может относиться к различным категориям, что зависит от ряда параметров. Помимо конструкционных отличий (наличие пьезоэлементов, конденсаторов и т. д.) оборудование отличается мощностью, назначением, строением. Общим для них является коэффициент трансформации. Он всегда будет меньше 1. Не существует понижающий трансформатор с коэффициентом больше 1. Такие приборы относятся к категории повышающих агрегатов.

Чтобы подобрать правильное количество витков в контурах, производится расчет. Известно, что коэффициент трансформации, равен 0,2. Прибор понижает напряжение в сети. В первичной обмотке 120 витков. Определим количество витков во вторичной катушке:

ВО = 120*0,2 = 24 витка.

Используя коэффициент трансформации, определяем выходное напряжение. Если на первичную обмотку поступает ток 220 В, расчет будет таким:

НВ = 220*0,2 = 44 В.

Зная коэффициент трансформации, как определить мощность оборудования, не составит труда. Когда мы выбираем прибор для изменения параметров тока в цепи, требуется определение потребностей стандартных потребителей. При пониженной нагрузке в сети бытовая техника не будет работать правильно. Чтобы в трансформаторе не вырабатывалось слишком низкое значение тока, обязательно учитывают коэффициент трансформации.

Разновидности

Когда потребность промышленного или бытового оборудования в вопросе уровня напряжения определена, нужно обратить внимание на выбор разновидности аппарата. Различают следующие виды:

  1. Тороидальный. Сердечник получил форму тора. Прибор характеризуется малым весом, незначительными габаритами. Широко применяется в радиоэлектронике.
  2. Стержневый. Применяются для оборудования высокой или средней мощности. Простота конструкции отличает устройство сердечника.
  3. Броневой. Относятся к категории маломощных конструкций. Магнитопривод как броня охватывает контуры.
  4. Многообмоточный. Имеет две и более обмотки.
  5. Трехфазный. Применяется в промышленной сети. Прибор призван понижать напряжение с 380 В до приемлемого потребителем уровня. В некоторых случаях применяется в бытовых целях.
  6. Однофазный. Подключаются к однофазной сети. Это одна из наиболее востребованных разновидностей.
Читать еще:  Расчет площади круглого сечения

Многообразие представленных конструкций позволяет применять их в различных сферах деятельности человека. Стоимость оборудования зависит от мощности аппаратуры, сложности конструкции, области применения. Про понижающие трансформаторы 380/220 мы уже писали на этой странице.

Видео: Силовой понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками.

Распространенные модели

Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:

  1. ТСЗИ. Трехфазная разновидность, внутренняя конструкция которой защищена специальным кожухом.
  2. ОСМ. Применяются в системах сигнализации, освещения. Их устанавливают в специальный ящик. Внутрь корпуса не должна попадать грязь, пыль, влага. Монтируются на дин-рейку.
  3. ТТп, ТС-180, ЯТП применяются в бытовых сетях. Монтируются просто. Используются для напряжения невысокого уровня.
  4. ОСОВ, ОСО. Обладает сухой системой охлаждения. Применяют в бытовых сетях.

Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.

Интересное видео: Сетевой понижающий трансформатор

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.

Что такое понижающий трансформатор и принцип его работы

Понижающие трансформаторы относятся к категории преобразователей значения электрического тока. Причем их входящее напряжение будет выше, чем исходящее. Представленные установки применяются в линиях электропередач и быту. Принцип работы понижающих приборов, особенности и применение будут рассмотрены далее.

Конструкция

В принципе работы трансформаторов используется физический закон электромагнитной индукции. Стандартные устройства имеют сердечник и две обмотки. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключается к электрической сети. Вокруг сердечника магнитопривода генерируется магнитное поле. Во вторичной обмотке появляется электричество с определенным показателем напряжения.

Мощность на выходе определяется соотношением количества витков в обеих катушках. Соотношением витков, составляющих обмотку первичной и вторичной катушек, можно выбирать характеристики выходного напряжения. Устройство трансформаторов позволяет получить требуемое значение тока для питания промышленных и бытовых электроприборов.

Трансформаторы напряжения не меняют частоту тока. Для этого понижающему агрегату потребуется иметь в конструкции выпрямитель. Он будет менять частоту тока с переменного до постоянного значения, и наоборот.

В понижающих трансформаторах сегодня применяются полупроводники. Их работу дополняет схема интегрального типа. В цепь включаются конденсаторы, микросхемы, пьезоэлементы, резисторы и т. д. Такой понижающий бытовой трансформатор имеет небольшие габариты, высокий уровень КПД, малый вес. Он не шумит, не нагревается. В трансформаторах представленных типов допускается выбрать мощность исходящего тока. Устройство включает в схему защиту против короткого замыкания. Традиционные конструкции также пользуются спросом. Подобные схемы просты, надежны.

Интересное видео: Понижающий трансформатор

Назначение

Трансформаторы понижающие применяются в различных сферах человеческой деятельности. Силовые конструкции устанавливаются на подстанциях на пути следования линий электропередач. Представленные типы аппаратов понижают при работе показатель тока в сети от 380 до 220 В. При такой мощности работают бытовые электроприборы. Представленная установка называется промышленным трансформатором понижения тока.

К бытовым понижающим разновидностям относят приборы, которые работают на более низких мощностях. Они принимают 220 В на первичный контур, а выдают 42, 36, 12 В, учитывая требования потребителя.

Расчет характеристик оборудования

Трансформатор понижающий может относиться к различным категориям, что зависит от ряда параметров. Помимо конструкционных отличий (наличие пьезоэлементов, конденсаторов и т. д.) оборудование отличается мощностью, назначением, строением. Общим для них является коэффициент трансформации. Он всегда будет меньше 1. Не существует понижающий трансформатор с коэффициентом больше 1. Такие приборы относятся к категории повышающих агрегатов.

Чтобы подобрать правильное количество витков в контурах, производится расчет. Известно, что коэффициент трансформации, равен 0,2. Прибор понижает напряжение в сети. В первичной обмотке 120 витков. Определим количество витков во вторичной катушке:

ВО = 120*0,2 = 24 витка.

Используя коэффициент трансформации, определяем выходное напряжение. Если на первичную обмотку поступает ток 220 В, расчет будет таким:

НВ = 220*0,2 = 44 В.

Зная коэффициент трансформации, как определить мощность оборудования, не составит труда. Когда мы выбираем прибор для изменения параметров тока в цепи, требуется определение потребностей стандартных потребителей. При пониженной нагрузке в сети бытовая техника не будет работать правильно. Чтобы в трансформаторе не вырабатывалось слишком низкое значение тока, обязательно учитывают коэффициент трансформации.

Разновидности

Когда потребность промышленного или бытового оборудования в вопросе уровня напряжения определена, нужно обратить внимание на выбор разновидности аппарата. Различают следующие виды:

  1. Тороидальный. Сердечник получил форму тора. Прибор характеризуется малым весом, незначительными габаритами. Широко применяется в радиоэлектронике.
  2. Стержневый. Применяются для оборудования высокой или средней мощности. Простота конструкции отличает устройство сердечника.
  3. Броневой. Относятся к категории маломощных конструкций. Магнитопривод как броня охватывает контуры.
  4. Многообмоточный. Имеет две и более обмотки.
  5. Трехфазный. Применяется в промышленной сети. Прибор призван понижать напряжение с 380 В до приемлемого потребителем уровня. В некоторых случаях применяется в бытовых целях.
  6. Однофазный. Подключаются к однофазной сети. Это одна из наиболее востребованных разновидностей.

Многообразие представленных конструкций позволяет применять их в различных сферах деятельности человека. Стоимость оборудования зависит от мощности аппаратуры, сложности конструкции, области применения. Про понижающие трансформаторы 380/220 мы уже писали на этой странице.

Видео: Силовой понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками.

Распространенные модели

Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:

  1. ТСЗИ. Трехфазная разновидность, внутренняя конструкция которой защищена специальным кожухом.
  2. ОСМ. Применяются в системах сигнализации, освещения. Их устанавливают в специальный ящик. Внутрь корпуса не должна попадать грязь, пыль, влага. Монтируются на дин-рейку.
  3. ТТп, ТС-180, ЯТП применяются в бытовых сетях. Монтируются просто. Используются для напряжения невысокого уровня.
  4. ОСОВ, ОСО. Обладает сухой системой охлаждения. Применяют в бытовых сетях.

Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.

Интересное видео: Сетевой понижающий трансформатор

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector