Падение напряжения в первичной сети 220 вольт является иногда очень серьезной проблемой в сельской местности, да и не только. Холодильник не запускается, плитка не греет, утюгом не погладишь, паяльником не припаяешь, да мало ли… . Если падение напряжения для нагревательных приборов, имеющих для сети активное сопротивление, явление не летальное, то для аппаратуры, в которой установлены двигатели, в частности – холодильники, оно может стать последним в их жизни.
Начнем с простого, с нагревательной аппаратуры. Так как форма напряжения для нагревателей, не имеет ни какого значения, то поднять действующее (среднеквадратичное или эффективное) значение напряжения питания для них нет ни какой проблемы. Смотрим схемку.
Эта приставка напряжение сети (фиг.1) сперва выпрямляет (фиг.2), а потом за счет энергии, запасенной в конденсаторах, увеличивает эффективное напряжение, см. фигуру 3.
Выпрямительный мост можно использовать, как готовый, так и спаять из отдельных диодов. В сельской местности линии электропередачи воздушные и высоковольтные импульсные всплески напряжения не редкость, так что, выбирая элементы выпрямителя, обратите внимание на максимальное рабочее напряжение диодов. Чем выше, тем лучше, в разумных пределах конечно. Рабочий ток диодов должен превышать ток нагрузки раза в 2 в 3. Емкость конденсаторов вам придется подобрать самим. Она зависит и от величины провала напряжения сети и от мощности вашего нагревателя. С этой приставкой будьте осторожны, если напряжение сети восстановится до нормы, то на ее выходе напряжение будет выше рабочего напряжения нагрузки. Величина превышающего напряжения зависит от величины емкости подключенных в данный момент конденсаторов. Отсюда и необходимый запас по току диодов. У меня такая приставка имеется для большого паяльника 100Вт в виде топора, для его быстрого разогрева.
Теперь про, например холодильник. Этому товарищу необходим переменный синус. Конечно, можно купить и автотрансформатор и стабилизатор. Но можно обойтись и простым трансформатором, так называемым трансформатором вольтдобавки . Смотрим схемку.
Из схемы видно, что последовательно с верхним проводом сети 220 вольт включена дополнительная обмотка трансформатора. Если ее включить синфазно с сетью, то напряжения будут складываться (когда надо поднять напряжение), Если ее включить противофазно, то напряжение сети и напряжение на вторичной обмотке трансформатора будут вычитаться, это тот случай, когда напряжение надо уменьшить.
Теперь давайте немного посчитаем, хотя бы примерно. Допустим провал напряжения у вас тридцать вольт. Необходимый ток нагрузки равен пяти амперам. Отсюда следует, что нам необходима мощность 150Вт. С такое мощностью гарантированно справится трансформатор от старого лампового телевизора. Например, ТС-180
.
Трансформатор ТС-180, ТС-180-2, ТС180-2В параметры скачать
Так, скачали данные, нашли ТС-180, Складываем все витки первичных обмоток, 375+58+375+58=866 витков. Находим число витков на один вольт 866/220 = примерно, 4 витка на вольт. Для получения необходимых нам 30В умножаем 30 на 4 = 120витков. По 60 витков на катушку (у ТС-180 их две). Диаметр провода для пяти ампер равен 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7∙2,236 ≈ 1,56 мм. Небольшие пояснения. Я всегда после разборки заводских трансформаторов увеличиваю число витков первичной обмотки, в первую очередь это связано с тем, что обратно собрать сердечник, как это делают в условиях производства, не удастся. Поэтому увеличение тока холостого хода (возможно в несколько раз из-за отсутствия ферронаполнителя в зазоре, т.к. сердечник разрезной) гарантировано. Да и броневой сердечник полностью не собрать, пластина 1,2,3, все равно останутся.
Вы, наверное, уже заметили, что через такой трансформатор можно питать двигатель мощностью один киловатт. В схеме нет тумблера для подключения нашего трансформатора. Он может коммутировать, как первичную обмотку трансформатора, но здесь будут потери из-за постоянно включенной в сеть вторичной обмотки, так переключать саму вторичную обмотку, но здесь будут потери из-за постоянно включенной первичной обмотки. Пока пишу этот текст, пришла в голову идея. Сейчас допишу и нарисую схему. Так вот, для коммутации трансформатора потребуется два переключателя или один с несколькими направлениями. Все теперь об идее, схему нарисовал. Смотрим схему.
И так, переключатель в нижнем положении, трансформатор добавляет напряжение. Переключатель в верхнем положении, первичная обмотка замкнута накоротко, значит и во вторичной обмотке короткое замыкание, а это ничто иное, что трансформатор исчез, осталось только активное сопротивление вторичной обмотки.
Тааа…к, родилась еще одна схема. Сейчас нарисую. Что же я раньше до этого не додумался, хотя в Сети, может быть, уже давно кто-то это нарисовал. Смотрим.
Если переключатели оба внизу или оба вверху, то трансформатора в цепи нет, в первичной обмотке режим КЗ, оставшееся активное сопротивление менее Ома. Теперь левый вверх, правый вниз – трансформатор, например, добавляет напряжение, а правый вверх левый вниз – убавляет. Ну, вот и все, может, кому это и пригодится. Успехов. К.В.Ю. Да, еще чуть, чуть. А если вместо переключателей применить Н-мост из полевых транзисторов
, да еще микроконтроллер, следящий за уровнем сетевого напряжения, то можно, наверное, сделать стабилизатор переменного напряжения релейного типа с маленьким (относительно) трансформатором на большую (относительно) мощность. Кто бы только все это сделал. По крайней мере есть над чем подумать.
Скачать статью
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:
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.
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
