Понижающий трансформатор устройство принцип действия разновидности

Конструктивные особенности

Это очень полезное устройство. Трансформатор — это устройство, которое представляет собой сердечник с двумя обмотками. На них должно быть одинаковое количество витков, а сам сердечник набирается из электротехнической стали. На входе устройства подаётся напряжение, в обмотке появляется электродвижущая сила, которая создаёт магнитное поле.

Через это поле проходят витки одной из катушек, благодаря чему возникает сила самоиндукции. В другой же возникает напряжение, отличающееся от первичного на столько раз, на сколько отличается число витков обеих обмоток.

С его помощью мы легко можем 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) 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.

Понижающий трансформатор может быть различных типов и видов: одно- или трехфазный, с открытым корпусом или с защитным кожухом. Одна из важнейших характеристик прибора – это коэффициент трансформации, который не должен превышать 1. Основные факты о понижающих трансформаторах приведены на рисунке ниже.

В зависимости от модификации устройство преобразовывает электрический ток разного начального напряжения, которое может достигать 660В. Трансформатор, понижающий до 220В, получил наибольшее распространение. Существует также понижающий до 380 Вольт трансформатор.

Магнитопровод – это совокупность элементов ферромагнитного материала (обычно электротехническая сталь), которые собраны в определенной геометрической форме. В нем происходит локализация основного магнитного поля трансформатора понижающего.

Вся магнитная система вместе со всеми компонентами называется остовом. При этом часть, где располагаются основные обмотки, называют стержнем. А часть, необходимая для замыкания магнитной цепи, – это ярмо.

В соответствии с расположением стержней в пространстве понижающий трансформатор может иметь плоскую, пространственную, симметричную либо несимметричную магнитную систему.

В соответствии с предъявляемыми требованиями для каждого случая выходное напряжение может быть разным: например, трансформатор, понижающий до 36 Вольт, а также 12, 24, 42В и т.д. В видео подробно рассказано про принцип работы прибора.

Понижающие трансформаторы напряжения отличаются конструктивными особенностями. Производители делают выбор в пользу одной из двух концепций – броневая или стержневая.

Принципиальное отличие технических решений сводится к тому, что в первом случае обмотки заключены в сердечнике броневого типа, а во втором – сердечник заключен в обмотках стержневого типа.

При этом в устройствах первого типа ось обмоток может располагаться вертикально или горизонтально, в то время, когда во втором случае – ось размещается вертикально.

Однако способ производства не влияет на эксплуатационные характеристики и надежность устройства. Предприятие выбирает тот вариант, который считает наилучшим с точки зрения организации технологического процесса.

Правила техники безопасности регламентируют правильную установку понижающих трансформаторов для их стабильной долгой работы. Важно устанавливать устройство в местах, максимально защищенных от попадания воды, пыли и различных масел. Большинство мастеров монтируют трансформаторы в защитные кожухи или шкафы.

Также важно убедиться, что человек не сможет дотронуться к трансформатору во время его работы. В обязательном порядке специалист должен заземлить трансформатор медным проводом. Старайтесь выбирать провод с минимальным сечением 2,5 мм. Также во избежание серьезных поломок время от времени придется осматривать и чинить устройство.

Как работает трансформатор?

Уже сегодня создано огромное количество преобразователей тока, существуют модели низковольтные и высоковольтные. Принцип работы трансформатора достаточно прост — понижающий трансформатор отвечает за снижение поступающего тока, повышающий наоборот — увеличивает напряжение до высшего значения.

В бытовых целях это очень важное устройство, обеспечивает стабильную работу и полную безопасность домашних электрических приборов.

Приведем простой пример. Во многих домах от сети поступает ток 385 Вольт, а стандартные бытовые приборы работают только от 220В. В таком случае без понижающего трансформатора не обойтись, поэтому придется купить однофазный или трехфазный преобразователь.

Преобразователь 380 Вольт — промышленного типа, трехфазный. Преобразователь 220 Вольт — стандартный бытовой, однофазный.

При использовании стандартного бытового трансформатора, его задача будет более простая, ведь в зависимости от модели он меняет ток на показатель 12, 36, 42 Вольта (зависит от требования бытовых приборов).

Принцип действия конструкции прост — большее значение тока проходит через одну обмотку, после этого со второй обмотки выдается меньший ток. Это стало возможно благодаря тому, что на одной обмотке расположено больше витков, а на второй меньшее количество. Если говорить на научном языке, то такой процесс называется электромагнитная индукция.

Общее устройство и принцип работы

Принцип действия понижающего трансформатора основан на использовании явления взаимной индукции, которая действует через магнитное поле, и обеспечивает передачу электроэнергии из одного контура устройства в другой. Действие трансформатора происходит так:

1. Ток проходит по первичной катушке, которая создаёт магнитное поле.
2. Все силовые линии замыкаются возле проводников катушки.
3. Некоторые из этих силовых линий замыкаются возле проводников другой катушки. Получается, что обе связаны между собой при помощи магнитных линий.
4. Чем дальше расположены обмотки друг от друга, тем с меньшей силой возникает между ними магнитная связь, так как меньшее количество силовых линий первой цепляется за силовые линии второй.
5. Через первую проходит переменный ток (который меняется во времени и по определённому закону), значит, магнитное поле, которое создаётся, тоже будет переменным, то есть меняться во времени и по закону.

Из-за изменения тока в первой в обе катушки поступает магнитный поток, который меняет величину и направление. Происходит индукция переменной электродвижущей силы. Об этом говорится в законе электромагнитной индукции.

Если концы второй соединить с приёмниками электроэнергии, то в цепочке приёмников появится ток. К первой от генератора будет поступать энергия, которая равная энергии, отдаваемой в цепочку второй. Энергия передаётся посредством переменного магнитного потока.

Понижающий трансформатор (220B 110В) обеспечивает нормальную работу оборудования и электроприборов, которые изготовлены в странах, где нормы сетей электропитания отличаются от российского стандарта.

Понижающие трансформаторы напряжения имеют широкую область применения, однако чаще всего они используются в источниках питания различных приборов и в электросетях. Выбор конкретного устройства необходимо осуществлять с учетом определенных запросов для каждого отдельного случая.

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.

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».

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС).

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Как выбрать понижающий трансформатор

• 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.

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%.

Внутренние составляющие трансформатора должны надежно защищаться от агрессивных условий внешней среды, поэтому их необходимо спрятать в шкафчик или коробку.

Обязательно оформите ее таким образом, чтобы исключить возможность соприкосновения с оголенными проводами!

Не забывайте время от времени проверять эффективность и исправность трансформатора и в обязательном порядке обращайтесь к мастерам при обнаружении неисправности.

Если вы мало разбираетесь в электрике, выбрать понижающий трансформатор будет сложно, и доверить это придется специалистам. Но при решении самостоятельно подобрать нужное устройство, обращайте внимание на такие показатели:

• Указанная мощность бытовых или промышленных приборов должна быть меньшей, чем указанная на трансформаторе;
• Должно подходить входное напряжение, в которое будет устанавливаться устройство;
• Выходное напряжение должно соответствовать трансформатору.

Старайтесь не выбирать дешевые модели, ведь качественный современный преобразователь должен выдерживать аварийные ситуации и стабильно работать после их обнаружения. Например, часто случаются короткие замыкания, перенапряжение сети, перегрузка сети.

Выбирается устройство конкретно под ваши требования, главным параметром является величина входного напряжения. При визуальном осмотре на изделии пишут входное напряжение. Например, понижающий трансформатор с 220 V или 380 V. Также на корпусе должна указываться маркировка выходного напряжения, например 12 или 36 Вольт.

К другим преимуществам устройства можно отнести:

• Малый нагрев и безопасная длительная работа;
• Небольшие размеры;
• Возможность работать с различным входным напряжением, то есть трансформатор на 220 вольт будет так же стабильно работать и выдавать на выходе стабильное необходимое напряжение;
• Монтаж и обслуживание устройства довольно простое;
• Возможность плавной регулировки напряжения.

К сожалению, существует множество моделей сомнительного качества, по отзывам владельцев трансформаторы имеют небольшой срок службы и требуют частой замены. Также некоторые преобразователи не соответствуют указанной мощности и могут работать нестабильно.

В первую очередь необходимо смотреть на его мощность и исполнение. Мощность обязана быть с запасом, то есть больше суммарной потребляемой мощности подключаемых светильников.

Чтобы определить суммарную мощность, достаточно сложить все мощности ламп и/или иных приборов, которые планируется подключить. К полученному результату накиньте еще 20% для запаса.

Практическая значимость

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.

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.

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.

Область применения

Сегодня множество приборов, используемых в быту, требует пониженного напряжения. Это современные телевизоры, персональные компьютеры и ноутбуки, различные гаджеты.

Однако эти прибору идут либо в комплекте с трансформатором, называемым блоком питания, либо он встроен в устройство. А вот освещение – отдельный вопрос.

Галогенные или светодиодные лампы (особенно устанавливаемые в помещениях с повышенной влажностью) требуют наличия отдельного устройства понижения напряжения. Это обусловлено требованиями безопасности, хотя и экономичность играет не последнюю роль.

Разновидности трансформаторов

Существует несколько разновидностей преобразователей, которые представлены различными характеристиками и конструкцией. Даже представленные фото понижающих трансформаторов дают понять, насколько мощная и современная модель.

Однофазные — подключаются от однофазной сети, довольно простые и часто используемые в бытовых целях. Фаза и ноль устанавливается на первичную обмотку трансформатора. Считаются самыми популярными трансформаторами.

Трехфазные — более сложное устройство, ведь его задача понизить напряжение от трехфазной сети. Чаще всего используют в промышленных целях, но встречаются трансформаторы в бытовых отраслях.

Тороидальные — довольно популярная разновидность трансформатора, особенно актуальна при работе с небольшими мощностями.

Изделие имеет круглую форму, небольшие размеры и малый вес. Чаще встречается в различных радиоэлектронных приборах. Преимущество модели в лучшей плотности тока, которая обеспечивается хорошим охлаждением обмотки на сердечнике.

Броневые — основное отличие внешнее, ведь магнитопровод устройства полностью охватывает обмотку, расположенную внутри. Такие показатели как размер, вес и цена на порядок ниже аналогов, также изделия считаются маломощными.

Стержневые — являются противоположной разновидностью броневым трансформаторам, ведь в стержневых моделях обмотка охватывает магнитопровод. Можно встретить понижающий трансформатор с 380 Вольт в подобном исполнении, ведь стержневые модели создаются средней и высокой мощности.

Особенность конструкции позволяет быстро проводить ремонт, а также быть уверенным в лучшем охлаждении трансформатора.

Расчет индуктивности катушки

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.

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100.

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.

Как сделать устройство с 220 на 12 вольт своими руками

Несмотря на то, что данный прибор кажется на первый взгляд сложным устройством, его можно собрать самостоятельно. Порядок сборки подобного устройства очень простой. Сначала следует сделать некоторые расчёты и можно приступать к работе. Чтобы можно было быстро и просто производить намотку катушек, необходимо сделать простое приспособление из доски, стоек и рукоятки.

Сначала рассчитываются характеристики и количество витков на обмотках устройства. В данном случае, напряжение первичной сети равно 220 В.

постоянная величина среднего трансформаторного железа равна 60, её следует разделить на площадь.

Получится 10 — это показатель витков, которые приходятся на один Вольт. Полученное число умножается на 220 — это число витков первичной обмотки. Количество витков второй нужно рассчитывать по такому же принципу: полученные 10 витков умножаются на 12 В.

Сердечник можно изготовить из жестяных банок, для этого надо нарезать полоски длиной до 30 см, шириной — 2 см. Эти заготовки обжигаются в печи на огне, после этого они остывают и с поверхности нужно счистить окалину. Покрыть лаком и наклеить с одной стороны полоски бумаги.

Также необходимо приготовить провод с бумажной изоляцией, сечение — 0,3 мм. Вторичная обмотка будет выполняться проводом сечением 1 мм. Из толстого картона выполнить основу для катушки. На неё намотать пропарафиненную бумагу и после этого можно приступать к намотке проволоки.

После каждых двух рядов нужно прокладывать слой этой бумаги. Вторичная обмотка наматывается в том же направлении, что и первая.

В готовую катушку необходимо вставить железные полоски, они должны войти на половину своей длины. Этими полосками обтягивается основа, и концы соединяются внизу.

Возле сердечника и каркаса оставляется небольшое расстояние. Основание для понижающего устройства лучше сделать из обычной доски толщиной до 50 мм.

Крепить детали лучше при помощи больших металлических скобок. Делать это нужно так, чтобы скобки огибали нижнюю часть сердечника. Последним шагом концы обмоток выводятся на каркас и закрепляются с контактами.

Чтобы было легче наматывать катушки (на заводах для этого используют специальное оборудование), можно использовать две деревянные стойки, закреплённые на доске, и ось из металла, продетую между отверстиями в стойках. На одном конце следует металлический прутик изогнуть в виде рукоятки.

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.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные функции понижающих трансформаторов и способ собрать устройство с 220 на 12 вольт самостоятельно. Больше информации о трансформаторах можно узнать в и книге Е.И. Забудского «Электрические машины (часть 1. Трансформаторы)».