Что такое понижающий трансформатор: виды, принцип устройства и работы, советы по выбору и расчет основных параметров трансформатора

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

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:

Плюсы и минусы трансформаторов

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

Понижающий трансформатор: устройство, принцип действия, разновидности

В силу ряда причин электрический ток, транспортируемый по проводам высоковольтных ЛЭП, не может быть использован напрямую. Главная из этих причин – высокое напряжение, достигающее десятков, а то и сотен киловольт. Поэтому перед подачей электроэнергии потребителям используют понижающий трансформатор, преобразующий напряжение 380 вольт в привычные нам 220 вольт.

Во многих случаях даже это напряжение слишком высокое для питания современной электротехники. Данную проблему решают путем повторного понижения напряжения, часто с выпрямлением тока. До недавнего времени каждый бытовой прибор был оборудован собственным понижающим трансформатором. Сегодня уже существуют бестрансформаторные блоки питания, но они не могут в полной мере заменить трансформаторы из-за малой выходной мощности. В электротехнике понижающий трансформатор еще долго будет востребован.

Конструкция и принцип действия

Устройство всех типов (за исключением электронных трансформаторов) мало чем отличается. Главными рабочими элементами понижающих аппаратов являются магнитопроводы и катушки. Различия наблюдаются в конфигурации сердечников и в способах соединения обмоток.

Рис. 1. Схематичное изображение понижающего устройства

Геометрические формы ферромагнетиков производитель выбирает исходя из целесообразности производства. Тип остова существенно не влияет на трансформацию. Критерии преобразования тока больше зависят от состава ферромагнетика и параметров обмоток.

Магнитная система понижающего трансформатора может иметь разные формы, определяемые способом расположения стержней:

Напомним вкратце принцип действия понижающих трансформаторов.

Переменным током, попадающим на первичную катушку, возбуждается электромагнитная индукция. Переменное электромагнитное поле распространяется по всему магнитопроводу. Во вторичной катушке силами переменных магнитных полей возбуждается ЭДС.

Величина электродвижущей силы (а значит и разница потенциалов между катушками) определяется соотношением: U2/U1 = W2/W1 = k , где U – напряжение, аW – количество витков. Коэффициент трансформации k находится в пределах от 0 до 1. Чем ближе к нулю находится значение k, тем меньшее значение выходных напряжений. Конфигурация сердечника не влияет на работу трансформатора.

Напоследок заметим, что понижающий прибор легко превратить в повышающий трансформатор. Для этого достаточно изменить способ подключения понижающего аппарата: поменять местами первичную и вторичную катушки.Разумеется, нельзя вторичную катушку рассчитанную на 12 В подключать к сети на 220 В.

Назначение

Основное применение понижающего трансформатора – получение низкого напряжения для питания электрического прибора. Очень часто эти устройства являются главным элементом схем блоков питания бытовых электрических приборов. Так как большинство бытовой электроники потребляет постоянный ток, то после понижения напряжения до приемлемого уровня, полученную электрическую синусоиду еще и выпрямляют.

С целью повышения качества электрического питания применяют стабилизирующие и фильтрующие схемы, отсекающие нежелательные искажения. В ряде случаев в бытовой технике используется переменное напряжение, преобразованное понижающим трансформатором, без выпрямления тока.

Для получения пониженного импульсного напряжения существуют модели импульсных трансформаторов. На выходе этих устройств изменяется не только амплитуда колебаний, но и форма кривой.

Разновидности

Производители поставляют на рынок множество различных моделей. Среди них различают конструкции однофазных трансформаторов броневого типа (рис. 2), модели с сердечниками стержневого или тороидального типа (рис. 3).

Рис. 2. Конструкция броневого типа Рис. 3. Тороидальный понижающий трансформатор

В трехфазных конструкциях (рис. 4) один из выводов первичной обмотки подключается к фазе, а другие соединены звездой или треугольником. Аналогичным образом соединяются выводы вторичных обмоток. Такие же схемы применяются для соединения обмоток промышленных силовых трансформаторов.

Рис. 4. Трехфазный понижающий трансформатор

Существуют многообмоточные конструкции, имеющие боле двух вторичных обмоток, с которых можно снимать напряжения различной величины. Это удобно для питания устройств, цепи которых требуют нескольких, различающихся по величине напряжений.

Отдельно упомянем конструкции электронных понижающих моделей, набирающие популярность сегодня (см. рис. 5). К классу трансформаторных устройств их можно отнести весьма условно, так как принцип преобразования переменных напряжений кардинально отличается от классической трансформации. В этих электронных устройствах ток сначала выпрямляется, проходя через диодный мост, потом снова преобразуется в переменное напряжение, но уже с другой частотой.

Рис. 5. Электронный понижающий трансформатор

Зависимость частоты от нагрузки и ограниченная мощность являются недостатком трансформаторов электронного типа. Главное их достоинство – экономичность. Они работают только при подключении нагрузки, все остальное время находятся в режиме ожидания. Данное свойство полезно, например, для питания систем светодиодного освещения.

Разновидности по признакам применения:

Технические характеристики

Понижающие трансформаторы характеризуются следующими важными показателями:

Такие технические характеристики как габариты, тип системы охлаждения, вес устройств учитываются исходя из конкретных условий применения. Основные данные о трансформаторе указываются на корпусе или в паспорте изделия.

Как выбрать?

Критериев выбора может быть несколько, исходя из условий эксплуатации и назначения прибора. Главные же критерии – это параметры выходного тока. Именно от этих параметров зависит стабильность и корректность работы подключаемых электротехнических устройств.

Если мы выбираем понижающий трансформатор для бытовой техники – первичная катушка должна быть рассчитана на сетевое напряжение дома. Для однофазных конструкций это, как правило, 220 В. Трехфазные модели подключаются к сети, напряжением 380 В.

Тип сердечника, его конфигурация не имеет особого значения. Выбор по этому параметру осуществляйте исходя из требований по размеру или предпочтений к форме устройства.

Важно правильно подобрать выходную мощность. Особенное внимание обращайте на то, чтобы мощность нагрузки не превышала возможностей трансформатора. Иначе обмотки будут перегреваться, а если мощности не хватит, то подключаемый электроприбор вообще не будет работать.

Превышать запас мощности также не желательно из-за перерасхода электроэнергии. К тому же, изделие будет иметь большие габариты, соответственно больший вес, а значит и стоимость его будет выше. Однако, если вы планируете подключать к одному трансформатору несколько устройств, тогда запас мощности оправдан.

Если вы планируете использовать трансформатор в качестве переносного источника тока – обратите внимание на модели с защитным кожухом (рис. 7). Среди этих моделей можно встретить изделия с регулируемым выходным напряжением.

Переносные трансформаторы

Для оборудования светодиодного освещения приобретите экономичный электронный трансформатор. Существуют изделия, выдающие на выходе постоянный ток, необходимый для питания светодиодов.

Правильный выбор понижающих устройств обеспечит вам бесперебойную и безопасную эксплуатацию бытовой техники.

Понижающий трансформатор в электротехнике

Многие бытовые электроприборы и оборудование функционируют от сети со стандартными 220 В. Однако для низковольтных устройств требуется понизить напряжение. В качестве примера таких потребителей можно назвать различные конструкции светодиодных лент, разновидности галогенных светильников и другие приборы с аналогичными свойствами. Данную проблему успешно разрешает понижающий трансформатор, приобретенный на рынке электротоваров или изготовленный самостоятельно.

  1. Конструкция и принцип работы
  2. Классификация трансформаторов
  3. Преимущества и особенности электронных трансформаторов
  4. Подключение и проверка мультиметром
  5. Самостоятельное изготовление понижающего трансформатора

Конструкция и принцип работы

Какой трансформатор называется понижающим? Основа трансформаторного устройства понижения состоит из ферромагнитного сердечника с расположенными на нем двумя обмотками. Они наматываются медным проводом и разделяются между собой, как первичная и вторичная. Первичная обмотка подключается к сетевому напряжению, а к выходам вторичной подключаются потребители, рассчитанные на низкий ток.

Связь между обмотками осуществляется посредством переменного магнитного потока, наведенного в сердечнике, поскольку прямая электрическая связь отсутствует. В первичной обмотке количество витков гораздо больше, чем во вторичной, что и обеспечивает необходимое снижение напряжения. У большинства моделей все компоненты размещаются в общем корпусе, но существуют и конструкции открытого типа с ограниченной областью применения.

В классическом варианте понижающий трансформатор использует электромагнитную индукцию. Напряжение, подаваемое к первичной обмотке, дает толчок образованию магнитного поля, пересекающего витки во вторичной обмотке. Это приводит к образованию ЭДС, под влиянием которой и возникает пониженное напряжение. Разница между входным и выходным напряжением определяется количеством витков в каждой из обмоток. Во время работы теряется некоторое количество электроэнергии, в пределах 3% от общей мощности. Таков в целом принцип работы подобной аппаратуры.

Точные параметры устройства определяются расчетными данными его конструктивных элементов. Возникновение электродвижущей силы возможно лишь под влиянием переменного тока, поэтому и многие бытовые устройства рассчитаны именно на такой ток. Понижающий трансформатор очень часто функционирует совместно с блоками питания, стабилизаторами и другими аналогичными устройствами.

Современные модели оборудуются несколькими выводами от вторичной обмотки, предназначенными для различных видов соединений. В результате, каждый такой прибор приобретает многофункциональность, универсальность и называется понижающим. При изменении схемы подключения, он становится повышающим.

Классификация трансформаторов

Все известные типы трансформаторных устройств бывают различного исполнения и выпускаются в соответствии с их конструкцией и принципами работы.

Среди трансформаторов наиболее известными являются:

Кроме основных конструкций, существуют и другие устройства, например, разные типы многообмоточных трансформаторов. Эти устройства могут выдавать разное выходное напряжение за счет нескольких вторичных обмоток, установленных на сердечнике. Они отличаются количеством витков, которые и регулируют величину напряжения в конкретной обмотке. Наибольшей популярностью пользуются 1-фазные приборы с двумя обмотками понижающего типа.

Читайте также:  Рулонная гидроизоляция фундамента - подробная методика гидроизоляции!

Каждый понижающий трансформатор отличается количеством фаз, с которыми им приходится работать. Для трехфазных сетей, чаще всего, используются три однофазных устройства, помещенные на общий сердечник. Сумма магнитных потоков всех трех фаз равняется нулю. Соединение приборов осуществляется по схеме звезды или треугольника. Таким образом, получается силовой трансформатор. Для одной фазы предусмотрен простейший однофазный прибор, где фаза и ноль от сети замыкаются на первичной обмотке.

Преимущества и особенности электронных трансформаторов

Традиционные электромагнитные устройства постепенно заменяются электронными понижающими трансформаторами. В их конструкции отсутствуют привычные сердечники и катушки, замененные точными микросхемами, резисторами, конденсаторами и другими компонентами. Эти приборы практически сразу же завоевали широкую популярность среди пользователей электрооборудования, бытовой техники и радиоэлектроники.

Одна из причин такой популярности заключается в компактных размерах электронных трансформаторов, которым уже не требуется слишком много свободного места. Новое оборудование отличается повышенной мобильностью и незначительным весом, что существенно облегчает его установку и дальнейшую эксплуатацию.

Другое преимущество состоит в высоком КПД устройства, не снижающегося из-за его малых размеров. Электронный понижающий трансформатор работает бесшумно, без привычного гула. Он отличается высокой работоспособностью, отсутствием сбоев и проблем во время наладки, обслуживания и ремонта. При работе с повышенной интенсивностью устройство почти не нагревается, температура корпуса находится в пределах нормы и не опасна для окружающих. Среди электротехников очень популярны понижающие устройства на 36В, позволяющие эффективно регулировать выходное напряжение.

Каждый понижающий трансформатор, функционирующий на электронной схеме, участвует в обеспечении безопасной эксплуатации электрических сетей. Как правило, это сложные магистрали, с большим количеством сигналов, подаваемых на все участки. Чтобы не допустить сбоев в работе, схема устройства дополняется встроенной системой, защищающей от коротких замыканий.

Подключение и проверка мультиметром

Подключение понижающего трансформатора совсем не сложно (рис. 1). На корпус устройства нанесена маркировка, указывающая клеммы, куда подключается ток сетевых проводов и нагрузки. Провод фазы подключается к выходу, обозначенному L или 220, провод нуля подключается к клемме N или 0, после чего задача, как подключить понижающий трансформатор 220, считается решенной. У разных производителей эта маркировка может отличаться.

Проверить понижающие трансформаторы на исправность и работоспособность возможно с помощью мультиметра, предназначенного для замеров электрических параметров (рис. 2). При отсутствии маркировки, необходимо установить расположение концов каждой из обмоток. С этой целью мультиметр переводится в режим замера сопротивления, а щупы поочередно прикладываются к выходам устройства. После того как обмотки определены, необходимо установить среди них первичную и вторичную. В первичной обмотке сопротивление будет выше, а во вторичной – ниже.

Самостоятельное изготовление понижающего трансформатора

Несмотря на большое количество моделей, представленных на рынке электротоваров, некоторые домашние мастера предпочитают изготовить понижающий трансформатор своими руками, чтобы он обладал всеми параметрами и характеристиками, отвечающими конкретным условиям эксплуатации.

Как сделать прибор самому? В период подготовки необходимо выполнить следующее:

После подготовки и расчетов можно собирать трансформаторное устройство. Классический вариант сборки осуществляется в следующем порядке:

После сборки трансформатора 220 на 12 остается проверить, как работает готовое устройство. Первичная обмотка подключается к сети 220В, а вторичная соединяется с нагрузкой, рассчитанной на 12В. После успешных испытаний прибор устанавливается в корпус или размещается в открытом виде в подготовленном месте. При изменении подключения трансформатор меняет свою функцию и повышает ток.

Что такое трансформатор

Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более обмотки связанные индуктивно на магнитопроводе, предназначенное для преобразования одной величины напряжение и тока в другое посредством электромагнитной индукции, без изменения частоты.

  1. Немного истории
  2. Конструкция и принцип работы
  3. Режимы работы
  4. Классификации
  5. Силовой
  6. Измерительные
  7. Импульсный
  8. Автотрансформатор
  9. Разделительный
  10. Согласующий
  11. Пик-трансформатор
  12. Сдвоенный дроссель
  13. Сварочный
  14. Расшифровка основных параметров
  15. Цена трансформаторов
  16. Видео: Как проверить исправность трансформатора

Немного истории

Благодаря английскому физику Майклу Фарадею в 1831 году человечество познакомилось с электромагнитной индукцией. Великому учёному не суждено было стать изобретателем трансформатора, поскольку в его опытах фигурировал постоянный ток. Прообразом устройства можно считать необычную индукционную катушку француза Г. Румкорфа, которая была представлена учёному миру в 1848-м.

В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Современному виду устройство обязано англичанам братьям Гопкинсон, а также румынами К. Циперановскому и О. Блати. С их помощью конструкция приобрела замкнутый магнитопровод и сохранила схему до наших дней.

Виды магнитопроводов

Конструкция и принцип работы

Обязательными элементами практически любого устройства преобразования напряжения являются изолированные обмотки, формированные из проволоки или ленты. Они располагаются на магнитопроводе, представленном сердечником из ферромагнитного материала. Связь между катушками осуществляется при помощи магнитного потока. В случае работы с высокочастотными токами (100 и более кГц) сердечник отсутствует.

Принцип работы трансформатора

В принципе работы трансформатора сочетаются основные постулаты электромагнетизма и электромагнитной индукции. Его можно рассмотреть на примере простейшего прибора с двумя катушками и стальным сердечником. Подача переменного напряжения на первичную обмотку приводит к возникновение магнитного потока в магнитопроводе, после чего во вторичной и первичной обмотке возникает ЭДС индукции, если подключить нагрузку ко вторичной обмотке то потечёт ток. Частота напряжения на выходе остаётся неизменной, а его величина зависит от соотношения витков катушек.

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Конструкция силового трансформатора:

Режимы работы

Характеристики трансформаторов определяются условиями работы, где ключевая роль отводится сопротивлению нагрузки. За основу берутся следующие режимы:

  1. Холостого хода. Выводы вторичной цепи находятся в разомкнутом состоянии, сопротивление нагрузки приравнивается бесконечности. Измерения тока намагничивания, протекающего в первичной обмотке, даёт возможность подсчитать КПД трансформатора. При помощи этого режима вычисляется коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике;
  2. Под нагрузкой (рабочий). Вторичная цепь нагружается определённым сопротивлением. Параметры протекающего по ней тока напрямую связаны с соотношением витков катушек.
  3. Короткого замыкания. Концы вторичной обмотки закорочены, сопротивление нагрузки равно нулю. Режим информирует о потерях, которые вызываются нагревом обмоток, что на профессиональном языке значится «потерями в меди».

Режим короткого замыкания

Информация о поведении трансформатора в различных режимах получаются опытным путём с использованием схем замещения.

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таким как:

Помимо этого, преобразовательные устройства разнятся типами, каждому из которых присуща своя система классификации.

Силовой

Наибольшее распространение получил силовой трансформатор. Приборы с непосредственным преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы различными областями электроэнергетики. Они применяются на линиях электропередач с напряжениями 35–1150 кВ, в городских электросетях, работающих с напряжением 6 и 10 кВ, в обеспечении конечных потребителей напряжением 220/380В. С помощью устройств осуществляется питание всевозможных электроустановок и приборов в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТА) понижают ток до необходимых показателей. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. В то же время вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных и индикаторных устройств. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет при измерениях отказаться от шунтов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

С помощью трансформаторов напряжения (ТН), тоже самое что и ТА только по напряжению. Помимо преобразования входных параметров, электроаппаратура и её отдельные элементы получают защиту от высокого вольтажа.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Импульсный

При необходимости преобразования сигналов импульсного характера применяются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не затрагивают форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки составляют одну цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от других типов преобразователей, устройства могут содержать всего 3 вывода, позволяющих оперировать с различными напряжениями. Приборы выделяются высоким коэффициентом полезного действия, что особо сказывается при незначительном перепаде входного и выходного напряжения.

Однофазный(слева) и трёхфазный(справа)

Не имея гальванической развязки, представители данного типа повышают риск высоковольтного удара по нагрузке. Обязательным условием работы устройств являются надёжное заземление и низкий коэффициент трансформации. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и весом, стоимостью.

Разделительный

Для разделительных трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования при повреждённой изоляции.

Разделительный трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы применяются для выравнивания сопротивлений между каскадами схем электроники. Сохраняя форму сигнала, они играют роль гальванической развязки.

Пик-трансформатор

С помощью пик-трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. При этом импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью сдвоенного дросселя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, по отношению стандартным дросселям. Устройства используются как входные фильтры в блоках питания, в звуко- и цифровой технике.

Сдвоенный дроссель

Сварочный

Помимо вышеперечисленных, существует понятие сварочные трансформаторы. Специализированные приборы для сварочных работ понижают напряжение бытовой сети при одновременном повышении тока, измеряемого тысячами ампер. Регулировка последнего осуществляется разделением обмоток на сектора, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

Расшифровка основных параметров

Разнообразие в конструкции и широкий диапазон параметров трансформаторов привели к необходимости их маркировки по специальному стандарту. Не имея под рукой технического описания, характеристики устройства можно выяснить по нанесённой на его поверхности информации, выраженной буквенно-цифровым кодом.

Маркировка силовых трансформаторов содержит 4 блока.

Скачать и посмотреть ГОСТ 15150 можно здесь(откроется в новой вкладе в PDF формате): Смотреть файл

Расшифруем первые три блока:

Расшифровка маркировки: 1,2,3 блока

  1. Первая буква «А» прикреплена за автотрансформаторами. При её отсутствии буквы «Т» и «О» соответствуют трёхфазным и однофазным трансформаторам.
  2. Наличие далее буквы «Р» информирует об устройствах с расщеплённой обмоткой.
  3. Третья буква означает охлаждение, масляной естественной системе охлаждения присвоена литера «М». Естественному воздушному охлаждению выделена буква «С», масляное с принудительным обдувом обозначается «Д», с принудительной циркуляцией масла – «Ц». Сочетание «ДЦ» указывает на наличие принудительной циркуляции масла с одновременным воздушным обдувом.
  4. Литерой «Т» помечаются трёхобмоточные преобразователи.
  5. Последний знак характеризует особенности трансформатора:

Цена трансформаторов

Цена трансформатора варьируется в широких пределах и зависит от множества факторов. Здесь учитывается тип и назначение, мощность и другие электрические параметры. На стоимости устройств отражается сложность производства и используемые материалы. Немаловажное значение играет защита и другие особенности.

Трансформатор известного производителя не может быть дешёвым. Однако покупатель может быть уверен, что приобретённое им устройство полностью соответствует указанным характеристикам, не выйдет из строя при первом включении и гарантированно отработает заложенный ресурс.

Высоковольтные трансформаторы можно оценивать по их мощности, то есть если мощность трансформатора 63 МВт(63000 кВА), то он стоит около 63 млн рублей, но это примерна оценка.

Видео: Как проверить исправность трансформатора

Понижающий трансформатор в электротехнике

Коротко о конструкции и принципе работы

Если внимательно посмотреть на фотографию нулевой шины, то можно увидеть токопроводящую жилу из электротехнической меди или латуни на пластмассовом основании. Каждая мини шина отделяется от соседней прозрачной пластиной, гарантируя безопасность и изоляцию.

Отверстия и зажимные болты в конструкции предназначены для закрепления проводников и их безопасной разводки, а посредством пластмассового корпуса устройство фиксируется на DIN рейке.

Длина изделия зависит от количества имеющихся монтажных отверстий, однако несмотря на разницу в зажимных болтах, шина всегда монолитна, что упрощает обслуживание, повышает безопасность и надежность креплений.

Также шины заземления различаются по наличию корпуса:

Нулевые шины с корпусом внутри не отличаются от “оголенных” аналогов, а внешне заключены в специальный пластмассовый блок, который в большинстве случаев с трех сторон выполнен из непрозрачного белого пластика, а с лицевой стороны с прозрачной синеватой крышкой.

Нулевая шина на изоляторах отличается большей компактностью: линия с клеммами располагается на миниатюрном основании или двух “ножках” из пластика.

Определить данное устройство заземление легко в щитке не только по продолговатой форме, но и обязательному наличию на корпусе, основании синего или голубого цвета – явного указателя на нулевой тип элемента электросети.

Подключение и проверка мультиметром

Подключение понижающего трансформатора совсем не сложно (рис. 1). На корпус устройства нанесена маркировка, указывающая клеммы, куда подключается ток сетевых проводов и нагрузки. Провод фазы подключается к выходу, обозначенному L или 220, провод нуля подключается к клемме N или 0, после чего задача, как подключить понижающий трансформатор 220, считается решенной. У разных производителей эта маркировка может отличаться.

Проверить понижающие трансформаторы на исправность и работоспособность возможно с помощью мультиметра, предназначенного для замеров электрических параметров (рис. 2). При отсутствии маркировки, необходимо установить расположение концов каждой из обмоток. С этой целью мультиметр переводится в режим замера сопротивления, а щупы поочередно прикладываются к выходам устройства. После того как обмотки определены, необходимо установить среди них первичную и вторичную. В первичной обмотке сопротивление будет выше, а во вторичной – ниже.

Подробнее о назначении

Использование заземляющей нулевой шины в системе проводке позволяет решить много важных моментов:

В целом, нулевая шина позволяет поднять безопасность функционирования сети на качественно новый уровень, однако ее использование и подключение должно быть максимально грамотным, поэтому к монтажу данного элемента электротехнической сети предъявляются особые требования.

Необходимые технические характеристики

Нормативной документацией установлены четкие требования к используемым шинам, где главным стандартом является соотношение сечения нулевого провода в главной заземляющей шине и нулевой. Точнее, диаметр жилы не должен превышать свой “главный” аналог.

Остальные характеристики подбираются с учетом диктуемых существующей системой электропроводки требованиям, так как параметры заземления варьируются в зависимости от производителя.

При выборе важно обращать внимание на следующие конструктивные особенности:

Секреты и нормы монтажа

При установке нулевой шины может быть использован один из нескольких возможных типов монтажа (соответствующий прописывается в инструкции):

В свою очередь, изоляторы нулевой шины могут отсутствовать или быть корпусным, типа “стойка”, комбинированным, одиночным или двойным угловым (типа ” ножка”).

Также монтаж бывает закрытым (например, для мощного или важного оборудования, чтобы исключить возможность злонамеренной порчи шины) и открытым (когда отсутствует риск взлома или порчи агрегата).

Ниже представлена подробная инструкция, как подключить нулевую шину, сопровождаемая пошаговыми фотографиями:

Наконечники для проводов: инструкция как выбрать и установить наконечник. Обзор всех видов, фото, инструкция, схемы

Термоусадка для проводов: все виды и характеристики. Подробное описание как выбрать и использовать термоусадку

В процессе работы важно следовать правилам техники безопасности:

Нулевая линия – неотъемлемая часть любой электрической сети, поэтому важно правильно организовать ее функционирование внутри щитка. Нулевая шина обеспечит порядок и возможность последовательного подключения всех контактов, чтобы обеспечить безопасное, комфортное и полноценное пользование электроэнергией.

Классификация трансформаторов

Все известные типы трансформаторных устройств бывают различного исполнения и выпускаются в соответствии с их конструкцией и принципами работы.

Среди трансформаторов наиболее известными являются:

Кроме основных конструкций, существуют и другие устройства, например, разные типы многообмоточных трансформаторов. Эти устройства могут выдавать разное выходное напряжение за счет нескольких вторичных обмоток, установленных на сердечнике. Они отличаются количеством витков, которые и регулируют величину напряжения в конкретной обмотке. Наибольшей популярностью пользуются 1-фазные приборы с двумя обмотками понижающего типа.

Каждый понижающий трансформатор отличается количеством фаз, с которыми им приходится работать. Для трехфазных сетей, чаще всего, используются три однофазных устройства, помещенные на общий сердечник. Сумма магнитных потоков всех трех фаз равняется нулю. Соединение приборов осуществляется по схеме звезды или треугольника. Таким образом, получается силовой трансформатор. Для одной фазы предусмотрен простейший однофазный прибор, где фаза и ноль от сети замыкаются на первичной обмотке.

Удивительные факты о понижающих трансформаторах

Электромагнитный прибор из сердечника и двух (первичной и вторичной) обмоток называется понижающий трансформатор. У данных устройств широкий спектр применения – от бытовых приборов до сложных электрических машин для заводов.

Когда величина индуктивности разнится, происходит преобразование напряжения и тока. Чтобы это стало возможным, у вторичной обмотки устройства делают меньше витков, чем у первичной.

В статье мы расскажем, как сделать понижающий трансформатор своими руками для монтажа в бытовую электросеть. В качестве бонуса читатель найдет интересный видеоматериал и книгу Е.И. Забудского «Электрические машины (часть 1. Трансформаторы)».

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.

Какой сердечник лучше

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.

Принцип действия

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».

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.

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.

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.

Как выбрать понижающий трансформатор

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.

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.

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 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.

Получить при помощи прибора планируется 12 В, при площади сечения в 6 квадратных сантиметров, значит составляется формула с такими расчётами:

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.

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)».

ТОП 5 штроборезов для работы с газобетонными блоками

Построен долгожданный дом — ровные белые стены из подобранных один к другому кирпичей радуют глаз. Наступает следующий этап: сделать жилище пригодным для обитания: подключить электричество, провести воду, устроить канализацию. И тут на помощь придет штроборез для газобетона, чтобы произвести работы максимально оперативно и аккуратно.

Изделия создают мало шума и пыли, отлично подходят для домашнего использования, потому что позволяют самому провести строительные работы с минимумом финансовых затрат. Строение прибора незамысловато — это кусок прочной трубы с рукояткой, на конце которой закреплен резец.

Бороздоделы изготавливают с двумя типами ручек:

Прямая рукоятка позволяет обрабатывать вертикальные поверхности. Приспособление оснащено с двух сторон держателями, прекрасно прорезает углубления в стенах из ячеистого газоблока. Вариант с изогнутой рукоятью оснащен парой держателей и двусторонним резцом, который зафиксирован болтом. Удобен на горизонтальных плоскостях: наличие двух ручек равномерно распределяет нажим, поэтому получаются ровные канавки.

Электрический бороздодел

Используется для обработки твердых материалов. Компактное устройство оснащено двумя резиновыми валиками, которые облегчают ход по поверхности. Несколько резцов приводятся в движение встроенным электромотором. Регулировка расстояния между дисками бывает ручной и автоматической. Все зависит от выбора модели, но автоматика обойдется дороже.

При выборе определите необходимые вам параметры:

В процессе образуется много пыли, поэтому используют промышленные пылесосы. Фабричные приборы оборудованы автоматической системой охлаждения.

Мастер во время штробления газоблока обязательно должен использовать средства для защиты:

  1. ИНТЕРСКОЛ. Бюджетные модели отлично подходят для домашнего применения. Обеспечивают аккуратное штробление с минимумом затрат.
  2. ФИОЛЕНТ. Универсальный, подходит для домашнего использования, выполняет функции штробореза и шлифовальной машинки. Подключение пылесоса производят с помощью специального патрубка. Комфорт во время проведения работ обеспечивает поворотная ручка.
  3. MAKITA. Штроборез с двумя дисками, которые с легкостью прокладывают канавки в газоблоках. Электронные датчики защищают мотор от перегрева, автоматически отключая его в критической ситуации.
  4. HITACHI. Мощный мотор быстро вращает алмазные диски, обеспечивая идеально ровный срез. Оснащены пылеулавливателем, который задерживает мельчайшие частички пыли.
  5. BOSCH. Оснащен системой электронной стабилизации. Благодаря ей вращение двигателя происходит на постоянной частоте оборотов, что значительно продлевает срок службы. Ровный распил газобетона обеспечивают 4 направляющих ролика.

Штроборезы являются первыми помощниками при прокладке электросетей и водопроводных коммуникаций. Тип приспособления подбирается исходя из характера работ. Процесс начинается с проведения необходимых замеров и составления схемы коммуникаций. Удобно делать измерения линейкой и уровнем. Чертеж будущего штроба наносят на стену. Ровно проделать пазы для прокладки электрических проводов поможет рейка. Ее устанавливают на нижнюю линию, чтобы она служила направляющей. Инструмент прикладывают к газобетонному блоку и плавно продвигают вдоль рейки.

Проведение армирования тоже не обойдется без штробореза. Арматура закладывается внутрь стен для укрепления, а также предотвращения трещин на поверхности. Отдельного внимания требует армирование под оконными проемами. Схема будущего штроба должна превышать размеры окна на 90-150 см. Отверстия лучше создавать ручным прибором.

Как сделать ручной штроборез?

Изготовление бороздодела своими силами имеет смысл, если масштаб строительных работ невелик. В противном случае целесообразно купить инструмент в магазине. Цена его невысока и с лихвой себя окупит.

  1. Отрежьте болгаркой кусок стальной трубы или арматуры длиной 80 см. Загните один конец под углом 90°.
  2. Изготовьте рукоятку длиной 12-15 см. Трубу желательно взять немного толще основания, тогда приспособлением будет удобнее пользоваться.
  3. Сделайте резец из металлической трубки диаметром 2-3 см, которую обрежьте болгаркой под углом в 45°. Длина элемента составляет 10-15 см. Если выполнить срез с двух сторон, то получится две рабочих грани.
  4. Прикрепите готовый резец и рукоятку к основанию с помощью сварки.

Самостоятельное изготовление из болгарки

Выдолбить большое количество канавок ручным штроборезом очень сложно. Покупка профессиональной техники для одноразовой работы не имеет смысла. Народные умельцы придумали способ, как из обыкновенной болгарки сделать штроборез своими руками. Обрабатывать таким прибором можно только газобетонные блоки, для более твердых материалов он не подойдет.

Для сборки аппарата необходимы:

Сборку штробореза проводят в два этапа. Сначала алмазный диск устанавливают обычным порядком, крепко затянув его гайкой. Поверх первого помещают второй диск и снова притягивают его гайкой.

Слабым местом конструкции является большое количество пыли, которое выделяется при штроблении. Решить проблему поможет специальный кожух с выходом для пылесоса. Вся пыль будет всасываться, не причиняя дискомфорта мастеру.

Кожух можно сделать из подручных средств: пластиковой бутылки или контейнера. Соединяют емкость со шлангом пылесоса с помощью патрубка. Конструкцию крепят на задней поверхности кожуха, чтобы пыль не летела в сторону мастера.

Болгарка, переделанная в штроборез, в опытных руках сэкономит деньги и время. С ее помощью делают канавки разной ширины и глубины, которые подойдут для прокладки кабелей различной толщины. Эксплуатация требует соблюдения правил безопасности.

Бороздодел из болгарки очень шумный. При работе с ним обязательно покупают средства защиты: наушники или беруши. Использовать самодельный инструмент необходимо в комплексе с мощным пылесосом, потому что выделяется много пыли.

Расстояние между дисками в штроборезе из болгарки не регулируется, поэтому сложно варьировать ширину канавки. Если в процессе самостоятельного изготовления не получилось смонтировать два режущих диска, то проделывать бороздки придется в несколько этапов. Это значительно увеличит трудозатраты и количество пыли.

Приборы, которые собраны своими руками, могут стать причиной серьезных травм. Люди часто не придерживаются мер безопасности или нарушают технологию сборки. Конструкцию желательно показать специалисту, который укажет на слабые места.

ПроизводительСтоимость, рубли
ИНТЕРСКОЛ4300
ФИОЛЕНТ6000-8500
MAKITA28000
HITACHI10000-24000
BOSCH30000

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *