Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.
Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.
Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.
Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.
Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.
Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.
Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.
Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.
Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.
Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия.
Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.
Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.
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 находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику 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.
Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:
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.
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.
Преобразование напряжения присутствует повсеместно в любой области нашей жизни и деятельности. Вырабатываемое на электростанции напряжение повышается до нескольких киловольт, чтобы быть переданным с наименьшими потерями через линии электропередач на многие тысячи километров. А потом оно снова понижается на трансформаторных подстанциях до привычных нам значений в 380/220 вольт.
Самые простые и понятные примеры для простого человека: сетевое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, блок питания в компьютерной и другой технике, инвертор для автономного электроснабжения 220 вольт от низковольтных источников питания, понижающие трансформаторы 220-115 и т.д.
В общем, есть много устройств, в которых установлен трансформатор напряжения. Рассмотрим его немного подробнее, не погружаясь в излишние сложности.
Изменяет величину напряжения в большую или меньшую сторону в зависимости от соотношения числа его обмоток:
Все обмотки намотаны на общем сердечнике (магнитопроводе). Если число витков у вторичной обмотки больше, чем у первичной, то это повышающий трансформатор, если меньше - понижающий.
Мощность трансформатора напряжения зависит от сечения проводов обмоток, а габариты и вес - от типа сердечника и материала проводов (медь или технический алюминий). По исполнению он может быть одно- и трёхфазным. Самым компактным и лёгким является автотрансформатор, в котором всего одна обмотка.
Первая мысль, которая приходит на ум, когда напряжение в сети всё чаще и чаще становится низким, поставить повышающий трансформатор. На первый взгляд кажется, что это - простое и отличное решение, и теперь, наконец-то, будет нормальное напряжение, яркое освещение и стабильно работающие электроприборы.
Но не всё так просто в сказочном королевстве, и прежде чем купить повышающий трансформатор напряжения, цена на который уж очень привлекательна, задумайтесь об одной особенности его работы: он имеет постоянный коэффициент повышения напряжения (коэффициент трансформации). Рассмотрим это на примере.
Предположим, что у вас сетевое напряжение порядка 170 вольт. Чтобы повысить его до 220, нужен трансформатор с коэффициентом трансформации 1.29 (220/170). Вроде бы всё хорошо и логично получается, за исключением одного: если напряжение в сети станет нормальным 220 вольт, то на выходе трансформатора будет уже очень высокое напряжение 285 вольт (220*1.29)! Не все электрические приборы способны выдержать такое перенапряжение в течение даже небольшого времени. Так и до пожара недалеко!
Как вариант, можно приобрести регулируемый автотрансформатор, т.н. ЛАТР, в котором предусмотрен ручной регулятор выходного напряжения. Но и он не будет являться надёжным решением, т.к. придётся постоянно контролировать значение выходного напряжения по индикатору и корректировать его вручную, особенно во время максимальной нагрузки электросети со стороны соседей. Если вовремя этого не делать, то при первом же скачке в электросети напряжение на выходе ЛАТРа тоже резко повысится, и подключенные электроприборы вполне могут перегореть.
Поэтому повышающие трансформаторы напряжения применимы лишь тогда, когда в сети ВСЕГДА существенно меньше 220 вольт, а такого практически никогда и не бывает .
Задачу автоматического поддержания напряжения на постоянном уровне решает
Небольшие перепады напряжения в электросети в нашей стране считаются нормой. Однако на самом деле этот параметр не всегда находится в допустимых пределах. Перегрузки нередко становятся причиной критически низкого или высокого напряжения, при котором современная бытовая техника не способна нормально функционировать. При отклонениях параметра сети на 10% электрооборудованию ничего не грозит, но на тех или иных участках электросети иногда наблюдается напряжение в интервале от 110 до 300 В, которое так часто и приводит к поломке дорогостоящей техники.
Для нормализации напряжения в сети с целью защитить быттехнику от сильных перепадов и последующего выхода ее из строя и применяются бытовые трансформаторы. Поэтому если в вашем доме постоянно наблюдаются скачки напряжения, вам стоит задуматься о том, чтобы купить бытовой трансформатор напряжения. Существуют , повышающие трансформаторы, а также универсальные - стабилизаторы напряжения. В быту чаще всего используются последние. Принцип их работы заключается в преобразовании переменного тока одного напряжения в переменный ток другого, что напрямую связано с уровнем напряжения на выходе. Таким образом, стабилизатор, подключенный к сети, может принимать на входе напряжение, сильно отличающееся от нормы, а выдавать идеальное для потребителей, равное 220 вольтам.
В случае критических скачков, справиться с которыми бытовой трансформатор напряжения не в состоянии, он в автоматическом режиме прекращает подачу электроэнергии, то есть попросту отключается. То же самое происходит в случае выхода из строя отдельных его элементов, в частности силового блока. Поэтому использование стабилизаторов напряжения в домашних условиях или на даче полностью оправдано с точки зрения безопасности и экономичности.
Выбирать стабилизатор следует учитывая такие его эксплуатационные характеристики, как:
От всего этого напрямую зависят способности трансформатора поддерживать напряжение в пределах допустимых норм, его долговечность, а также удобство использования и, конечно же, его цена.
В быту трансформаторы используются не только для стабилизации напряжения в электросети. В качестве сварочного аппарата также нередко эксплуатируются агрегаты, по своему принципу работы являющиеся классическими повышающими трансформаторами. Так бытовые сварочные трансформаторы являются наиболее распространенными аппаратами, применяемыми для электродуговой ручной сварки. Благодаря их невысокой цене и относительно простой конструкции по сравнению с моделями других типов, они обрели широкую популярность не только среди обычных дачников, но и среди профессионалов. Из недостатков бытовых сварочных трансформаторов наиболее существенными можно назвать большую массу и габариты, а также необходимость наличия определенных навыков для работы с ним.
Что и зачем повышает трансформатор? И за чей счёт?
Мы уже рассматривали, что такое трансформатор, теперь давайте немного подробнее рассмотрим, что такое повышающий трансформатор и для чего он используется. Начнём с простого примера, который поможет понять, зачем нужны повышающие трансформаторы.
Возьмите фонарик и убедитесь, что батарейки не сели, и лампочка ярко горит. А теперь выкрутите голову фонарика, и запитайте лампочку через кабель длиной метров 50-т. Сделайте это сами, если не поверите нам, что лампочка не загорится. Происходит это по причине слишком больших потерь в линии для этого напряжения. Отметим слово «напряжение».
Примерно то же самое произойдёт в обычной линии между двумя городами, если в линии будет 220В. Если в такой электропроводке отсутствует трансформатор, повышающий напряжение, до второго города электричество не доберётся, оно всё уйдёт на потери. По причине этих потерь энергетики и используют схему, при которой после генерации электричества, значительно повышается напряжение в точке генерации, электричество по линиям высоких напряжений передаётся потребителю, где потом понижается до нужного значения и раздаётся потребителям.
Итак, очень грубыми мазками схема в этом случае выглядит так:
Для наглядности можно привести вот такую картинку:
Почему именно энергетика? Дело в том, что это основная сфера применения повышающих трансформаторов, если говорить об удельном вкладе трансформаторов в трансформацию электроэнергии. То есть именно в этой сфере они наиболее востребованы, и без них невозможно представить современные энергосистемы.
Для того чтобы понять, каким образом напряжение из 110В повышается до 220В, или меняются токи, нужно вспомнить о том, что закон сохранения энергии никто не отменял и никакого «дармового» электричества трансформатор не вырабатывает. Кстати, именно на манипулировании законами физики строится , стоит их воткнуть в розетку.
Как раз наоборот, повышающий трансформатор отлично иллюстрирует закон сохранения энергии. Почему? Да потому, что если рассмотреть трансформатор как замкнутую систему, то мы получим:
(Отношение U2 к U1 даёт параметр k, называемый коэффициентом трансформации.)
Так вот, если в этой системе количество витков будет одинаковым, то мы получим на выходе то же самое напряжение, минус потери в самом трансформаторе. Это первая иллюстрация. Вторая заключается в том, что если количество витков будет различаться, то мы получим на выходе напряжение выше или ниже, но при этом в замкнутой системе «трансформатор» мощность останется одинаковой на входе и выходе (минус потери в самом трансформаторе).
На заметку . Это стоит ещё раз обдумать. Некоторые эффекты в электротехнике кажутся неспециалистам чудом, но все эти эффекты всегда точно соответствуют закону сохранения энергии. Поэтому прежде чем думать, как выбрать и куда установить прибор, «который точно сэкономит много денег», вспомните про этот пример.
Таким образом, повышающий трансформатор работает в строгом соответствии с законами сохранения энергии и электромагнитной индукции в сетях переменного тока, изменяя напряжение и токи, но не изменяя мощность.
А можно ли заменить трансформатор?
Виды, типы и сферы применения трансформатора повышающего напряжения найти в сети не просто, а очень просто. Пробежимся, чтобы не искать:
Маркировка повышающих трансформаторов (точнее всех трансформаторов) выглядит так:
Все эти приборы хорошо описаны, распространены и имеют самые разные сферы применения: от крупной энергетики, до очень небольших бытовых приборов.
На самом деле, большинство трансформаторов, повышающих напряжение, заменить другими приборами просто невозможно, но, тем не менее, как сказал классик – «Незаменимых людей нет» (с).
Изменить в электросети напряжение или токи можно и другими способами, причём потери окажутся сравнимыми, а в ряде случаев даже ниже. Один из примеров это так называемая Т-образная схема трансформации:
Может показаться, что это, собственно говоря, и есть схема трансформатора, повышающего или понижающего. Но на самом деле разница вот в чём:
Это как раз схема трансформатора, из которой прекрасно видно, что обмотки между собой никак не связаны, и ток во вторичной обмотке индуцируется без участия проводов, если можно так выразиться. А вот в Т-образной схеме замещения трансформатора хорошо видно, что разрыва проводов нет.
При этом, мы так же, как в повышающем трансформаторе получим различные напряжения U1 и U2. Такие способы применяются там, где использовать обычный трансформатор, повышающий напряжение не представляется возможным. Так что, трансформатор можно собрать своими руками и подключить там, где надо, если есть такая необходимость.
На правах заключения несколько слов о судьбе трансформаторов
Не думайте, что мы решили удариться в фантастику, мы люди практичные и реалисты. Но, тем не менее, сегодня в плане генерации дело обстоит таким образом, что вполне возможно, трансформаторы через десяток лет не будут иметь такого широкого применения. Пример чуть выше, это только один из вариантов, но главное не в этом.
Конечно, они будут служить ещё десятки лет, но в главной сфере использования - энергетике, повышающий трансформатор нужен только как вторичный, вспомогательный прибор. И нужен он только для передачи электроэнергии на большие расстояния. Однако уже сегодня видно, что за последние 30-ть лет фокус этого применения всё больше смещается в сторону крупных предприятий. Если 30-ть лет назад частный дом, не подключенный к электросети, был экзотикой, то сегодня есть уже целые посёлки, которые никак не используют сети общего назначения. Более того, эти посёлки сами являются генерацией, подпитывая энергосистемы излишками энергии.
Это прогресс и процесс, который им однажды запущен, обязательно придёт к логическому завершению. Лампа накаливания, пожалуй, один из первых приборов, получивший широкое распространение, и ещё 50-ть лет назад многим казался вечным атрибутом системы освещения. Но процесс идёт и уже через десяток лет это будет анахронизм. Не считайте это лирическим отступлением, это относится поголовно ко всем электроприборам. Именно по этой причине мы так насторожено относимся к новинкам, часть из которых откровенное надувательство, а часть тупиковые ветви эволюции, как, например .
Одна из задач, которую пытается решать наш коллектив авторов, это как раз попытаться спрогнозировать, оценить на уровне инстинкта, если угодно, какие из новинок займут достойное место в наших домашних электросетях, а какие останутся дорогими игрушками и бесполезной тратой денег. Мы, конечно, можем ошибаться, но будем стараться аргументировать своё понимание этих вопросов, особенно в краткосрочных перспективах.
Повышающие трансформаторы напряжения представляют собой устройства, которые применяются в электрических цепях для изменения показателей напряжения электроэнергии в сторону их повышения.
В основе любого трансформатора напряжения лежит принцип работы на основе электромагнитной индукции. Железное ядро находится в изоляционных маслах, которые не пропускают электричество. В конструкции находится две катушки с различным количеством обмоток. В первой катушке данных витков будет больше, чем во второй.
Повышающий трансформатор напряжения включает в себя несколько составных частей , обеспечивающих работу устройства. В основе конструкции располагается железное ядро, на которое намотано две катушки. Через первую катушку проходит воздействие напряжения переменного тока, в результате чего образуется магнитное поле, осуществляющее выполнение принципа электромагнитной индукции. Согласно формуле dФ/dt, сила магнитного поля может увеличиваться путем увеличения показателей тока до необходимых значений.
Здесь не стоит забывать о прямой зависимости показателей напряжения магнитного поля от определенного количества обмоток, которые расположены в железном ядре. Соответственно, чем меньше витков — тем меньше напряженность.
Следовательно, когда магнитный поток проходит через линию обмоток второй катушки, то там и будет возникать напряжение. Данные показатели будут рассчитываться по формуле: NФ/dt , где N — это число витков самой катушки. Это, так называемый, Закон Фарадея , согласно которому напряжение будет той же частоты, что и на первой катушке .
Подробнее про устройство на видео
Рассмотрим каждый тип данного устройства более подробно:
