Как сделать повышающий трансформатор с 12 на 220 своими руками: Преобразователь с 12 на 220 своими руками

Содержание

Как из 12 вольт сделать 220 при помощи преобразователя напряжения

Понимание, как из 12 вольт сделать 220, позволяет самостоятельно изготовить преобразователь для получения стандартного сетевого напряжения.

Чтобы сделать прибор с качественной синусоидой на выходе, обязательно должны быть учтены все требования электротехники.

В каких случаях необходим преобразователь напряжения?

Преобразователи напряжения — приборы, изменяющие постоянный ток от аккумуляторной батареи в переменные показатели с заданными параметрами, равными 220 В и 50 Гц.

В бытовых условиях это устройство обеспечивает беспроблемное функционирование таких приборов, как газовый котел, холодильник, телевизор и другая сложная электротехника при невозможности использовать централизованную подачу электрической энергии на 220 В.

Особенности влияния параметров на электрические приборы:

  • амплитуда прилагаемого напряжения влияет на частоту оборотов двигателя, а от показателей питающей электросети напрямую зависит скорость валового вращения в двигателе асинхронного типа;
  • бытовые приборы нагревательного типа функционируют при показателях рабочего тока, пропорциональных уровню напряжения, но значительная часть таких изделий не рассчитана на эксплуатацию в нестандартных условиях напряжения;
  • бытовая электротехника часто нуждается в напряжении, отличном от сетевых параметров со строго определенными, стабильными показателями амплитуды, поэтому нормальная работоспособность некоторых приборов возможна только в условиях применения преобразователя напряжения.

Схема повышающего преобразователя напряжения 12-220 В

Особенно часто устройство используется в домовладениях с системой автономного обогрева, где в качестве отопительного прибора устанавливается импортное газовое оборудование с электронным управлением и контролем. Работоспособность таких приборов полностью зависит от наличия бесперебойного напряжения в 220 В и 50 Гц с правильной синусоидой.

Область применения преобразователя напряжения очень широкая, включая походные условия, эксплуатацию яхт и автомобилей, дачные участки без сетевого электроснабжения и так далее.

Электросчетчики бывают разными по количеству фаз, по тарифам и другим параметрам. Какой счетчик электроэнергии лучше поставить в квартире – читайте рекомендации специалистов.

Принцип работы светодиодных ламп и советы по ремонту неисправных лампочек своими руками описаны тут.

С правилами монтажа счетчиков электроэнергии вы можете ознакомиться по ссылке.

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

Инверторы — устройства, позволяющие преобразовывать постоянные токовые величины, включая 12 В, в переменный ток с изменением уровня напряжения или без. Как правило, такие приборы являются генераторами периодического напряжения, приближенного к форме синусоиды.

Все выпускаемые в настоящее время преобразователи напряжения постоянных токовых величин могут быть представлены:

  • регуляторами напряжения;
  • преобразователями уровня напряжения;
  • линейными стабилизаторами.

Самодельный преобразователь

Чисто теоретически, на выход можно получить любые токовые величины, регулируемые от нулевой отметки до максимальных значений.

Чаще всего в качестве источника постоянного тока на 12 В используется стандартная аккумуляторная батарея. Существующие на сегодняшний день преобразователи отличаются по нескольким параметрам.

В зависимости от вида получаемой синусоиды:

  • Приборы, создаваемые синусоиду нормального или постоянного вида, характеризуются функционированием без отклонений и соблюдением всех эксплуатационных параметров с высоким уровнем точности. Такие устройства используются в подключении любых электроприборов, которые работают в условиях напряжения 220 В.
  • Приборы, создаваемые синусоиду модифицированного вида, характеризуются незначительными отклонениями в величине напряжения. Такие особенности не способны оказывать негативное воздействие на эксплуатационные качества стандартных бытовых устройств. Тем не менее, такое оборудование не применяется для подключения приборов, относящихся к категории сложной измерительной или медицинской техники.

В зависимости от показателей мощности:

  • преобразователи с мощностью до 100 Вт не рассчитаны на слишком высокие нагрузки, поэтому являются оптимальным вариантом для питания зарядного устройства простого бытового прибора;
  • преобразователи с мощностью в пределах от 100 Вт до 1,5 кВт. Такой тип устройств применяется преимущественно для питания простых приборов, подключаемых к бытовой электросети;
  • преобразователи с мощностью выше 1,5 кВт позволяют обеспечивать питанием такие достаточно мощные бытовые приборы, включая микроволновую печь, утюги и объёмные мультиварки.
В зависимости от конструктивных особенностей:
  • устройства компактного типа, отличающиеся неприхотливостью к источнику питания, и функционирующие в условиях напряжения 12-50 В;
  • устройства стационарного типа, обладающие чистым синусом и выдающие низковольтное напряжение 12-36 В;
  • автомобильные устройства переносного типа, характеризующиеся работой в определенных устройствах.

При выборе модели преобразователя показателей напряжения рекомендуется приобретать прибор, имеющий некоторый запас по уровню мощности.

Преобразователи напряжения с 12 на 220 В выдают на выход стандартные показатели, соответствующие основным характеристикам домашней электросети, поэтому являются совместимыми с практически любыми бытовыми приборами.

По форме сигнала выходного напряжения

Электронные устройства в виде преобразователей или инверторов различаются в зависимости от формы сигнала в выходном напряжении:

  • Модифицированный вариант, представленный плавной синусоидой, измененной до трапециевидной, прямоугольной или даже треугольной формы. Такие устройства характеризуются ограниченной областью использования и пригодны для потребителей, представленных осветительными и нагревательными приборами. Чтобы обеспечить функционирование оборудования с индуктивной нагрузкой, инверторная мощность должна иметь значительный запас, что обусловлено высоким пусковым током.
  • Вариант «чистой» синусоиды используются в питании любого вида нагрузки, а также позволяют обеспечить надежное и стабильное функционирование высокочувствительного оборудования. Значительная часть инверторов такого вида имеет зарядное устройство встроенного типа, благодаря чему используется в качестве источника бесперебойного питания.
  • Гибридный вариант подходит для обеспечения схем электрического снабжения, рассчитанных на обслуживание нескольких источников питания. В устройстве есть возможность использовать определенный вид приоритетного источника энергии или использовать сразу несколько вариантов с целью зарядка аккумуляторной батареи.

Преобразователь напряжения 12-220 самодельный

При выборе устройства следует обратить внимание на доступность альтернативных источников энергии, что позволяет быстро окупить приобретенное, достаточно дорогостоящее оборудование.

Приобретаемое устройство должно иметь оптимальные показатели номинальной мощности, защиту от перегревов и замыканий, систему пассивного и активного охлаждения, а также достаточный для функционирования КПД.

Трансформаторные устройства

Преобразователи трансформаторного типа являются устройствами, основанными на двух обмоточных системах. Приборы такого вида характеризуются изменением индуктивной связи при воздействии входного перемещения.

При этом осуществляется подключение одной обмоточной системы к источнику переменного тока с напряжением, а вторая обмотка, в этом случае, используется в качестве выходной.

Автомобильный преобразователь напряжения 12-220 В

Любой трансформатор предназначен для выполнения таких основных функций, как измерение и защита. Особенно востребованы современные трансформаторные устройства преобразующего типа, предназначенные для выполнения схемы удвоения или утроения частоты питающего напряжения.

В производственной области и быту современные приборы, позволяющие обеспечивать контроль входного/выходного тока и трансформировать переменные показатели в постоянные параметры, а также способные распределять напряжение, – являются очень востребованными.

Конструкция обычного повышающего преобразователя напряжения с 12 на 220

Тем не менее, нужно учитывать и некоторые минусы таких проборов. Основные недостатки преобразователей напряжения представлены восприимчивостью многих моделей таких устройств к повышенным показателям влажности, часто весьма внушительными размерами и сравнительно высокой стоимостью, поэтому к выбору инвертора нужно подходить очень внимательно.

Видео на тему

Как сделать простой преобразователь с 12 на 220 из компьютерного БП

Привет всем, в этой статье подробно расскажу, как можно сделать простейшей преобразователь с 12 вольт на 220 вольт с использованием доступных компонентов. Мощные, хорошие схемы, как право сложны даже для профи, а для начинающих вообще не достижимы, поэтому сегодня будет рассмотрен вариант конструкции повышающего преобразователя напряжения, который можно сделать из деталей не рабочего блока питания от компьютера.

Схема выбрана специально самая простая, чтобы повторить её могли все. Наша схема не нуждается в дополнительной настройки, я также решил отказаться от стандартных вариантов на базе шим контроллера, это бы усложняло задачу и сделало бы настройку сложной.

Внимание — схема представлена только для ознакомительных целей, она не имеет стабилизацию, поэтому выходное напряжение будет отклоняться от заявленной 220 вольт. Не имеет также никаких защит, а на выходе постоянный ток, это значит, что таким инвертором нельзя питать двигатели переменного тока и сетевые трансформаторы.

Подключать паяльник, небольшие лампы накаливания, эконом лампы, но опять же использовать такую схему в бытовых целях не совсем хорошая идея.

В качестве донора у нас обычный? нерабочий, компьютерный блок питания, из этого блока нам потребуется: —Силовой, импульсный трансформатор, —Конденсатор, —Дроссель групповой стабилизации и ещё несколько компонентов, о которых будем говорить по ходу дела.Для того, чтобы изъять указанные компоненты нам нужно убрать плату, то есть отделить плату от корпуса, делается это достаточно простым образом, откручиваем винты, перекусываем проводу, которые идут на вентилятор и вытаскиваем плату.

Для того, чтобы отпаять трансформатор я воспользуюсь естественно паяльником и оловоотсосом, нам нужно также отпаять, помимо указанных компонентов, ещё и радиатор на котором стоят основные, силовые транзисторы, плюс изолирующие прокладки и шайбы для них.

Помимо основных запчастей, которые мы изъяли с компьютерного блока питания, нам понадобиться два резистора с мощностью 1-2 ватта, с сопротивлением от 270 до 470 Ом.
Далее нам понадобятся два диода типа UF5408, можно в принципе любой ультро-фаз с током не менее 1 ампера и напряжением 400 вольт и выше.

Два стабилитрона с напряжением стабилизации от 5.1 до 6.8 вольт, желательно на 1 и 2 ватт. Полевые транзисторы N-канальные можно использовать как вариант IRF840, но я бы посоветовал более мощные IRFP460 либо 250 из той же линейки, я же в своём варианте буду использовать на 18 ампер 600 вольт, типа 18N60.

Следующий ингредиент это у нас дроссель, в принципе на дросселе от групповой стабилизации несколько независимых обмоток, их можно в принципе смотать, я откусил, оставив только силовую обмотку. Если же дроссель мотается с нуля, то обмотка состоит из провода 1.2-1.5 мм и содержит от 7 до 15 витков.

Итак трансформатор, у нас есть вторичная, выходная обмотка и первичная, обратите внимание на отдельный отвод (провод) и два правых контакта, возле них мы ставим метку, то есть к этим контактам подключаются силовые выводы с транзисторов, дальше к этим же контактам с трансформатора параллельно подключаем наш конденсатор на 1 мКф.Потом начинается монтаж, собственно устанавливаются транзисторы на теплоотвод, я не буду использовать никакой изоляции, поскольку корпуса транзисторов у меня уже заранее изолированы с завода.

Я решил в принципе не травить, ни каких плат, а просто собрать всё навесным монтажом для максимальной простоты сборки.
Собранная монтажом схема выглядит примерно таким образом, сейчас нам нужно всего лишь подключить к выходной обмотке лампу накаливания небольшой мощности, падать питание, чтобы проверить схему на работоспособность. Теперь нам нужно отпаять два больших электролитических конденсатора с компьютерного БП, они стоят в абсолютно любом блоке питания от компьютера, ёмкость бывает разная, напряжение 200 вольт.

На базе этих конденсаторов и диодов мы создадим симметричный умножитель напряжения или просто удвоитель напряжения, поскольку выходное напряжение со вторичной обмотке трансформатора в районе 100 вольт и его нужно поднять.

Для этого мы использовать будем именно умножитель, который поднимет его в два раза.

Помимо этих конденсаторов нам также понадобиться два диода, в моём варианте UF5408, в принципе можно использовать любые диоды на 400-600, а ещё лучше 1000 вольт с током выше 2-3 ампер.

Небольшая лампа накаливания с мощностью 60 ватт горит полным накалом. Ну вот вроде и всё, на этой ноте наш преобразователь готов к работе )))В заключении хочу сказать, что схема работает в широком диапазоне питающих напряжений, в принципе от 6 вольт начинается работа, простота и доступность основное достоинство схемы, советуется подавать питание через предохранитель на 15-20 ампер.В схеме я также нарисовал резисторы, которые конденсаторы зашунтированы этими резисторами, в своём проекте я их не поставил, но вам обязательно советую это сделать.

Автор; Ака Касьян

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками, схемы

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:


Схема простого DC/DC
преобразователя №1

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит - любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема - это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.


Схема простого DC/DC преобразователя №2

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 - 750 Ом, R2 - 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь - дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика. Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

 

Мини преобразователь с 1,5 В до 220 В


Если у вас без дела завалялось сломанное зарядное устройство от сотового телефона, то из него можно сделать одну небольшую, но нужную самоделку. Это простой преобразователь напряжения с постоянного 1,5 Вольта до переменных 220 Вольт. Схема по истине элементарная и содержит всего 3 детали.

Изготовление мини преобразователя напряжения


Разбираем корпус зарядного устройства и вынимаем оттуда плату.

Выпаиваем трансформатор с этой платы.

Схема преобразователя



Как уже говорилось - схема наипростейшая. Прежде чем ее собирать нужно тестером «прозвонить» трансформатор и узнать сопротивление каждой обмотки. Всего их должно быть три. Естественно, сопротивление обмоток вашего трансформатора может немного отличаться - это не страшно. А вот если расхождения кардинальные, то такой экземпляр может не подойти.
Собираем преобразователь по схеме.

В схеме используется транзистор «2SD882», его можно заменить любым низкочастотным «p-n-p» структуры средней мощности. Или на отечественный аналог КТ815, КТ817.
Все собирается навесным монтажем без платы за 5 минут. Припаиваем провода от патрона лампочки и от батарейки.

Устройство работает сразу при включении и в настройке не нуждается. Если генерация не началась при первом включении, поменяйте местами контакты одной из низковольтовых обмоток.
В роли нагрузки использована светодиодная лампа на 220 В и мощностью 3 Вт.

Частота работы преобразователя порядка 25 кГц.
Если запитать схему от 3 Вольт, то яркость лампы увеличится и она точно будет светить на полную мощность.

В роли нагрузки можно подключить другое зарядное устройство и заряжать мобильный телефон от батареек.

Смотрите видео


Повышающий трансформатор – история создания знакового устройства и пошаговая инструкция.

Любая сфера человеческой деятельность связана с определенными устройствами, предметами, символизирующими эту область. Судостроение, мореплавание – развивающиеся паруса, длинные яхты, корабли, морские волны. Авиация – крыло самолета, пропеллер. Автомобильная отрасль осталась бы смутной мечтой, не изобрети когда-то человек колесо. Многие вещи, которые сегодня кажутся нам привычными, естественными, были изобретены в творческих муках, трудах, но стали поворотным моментом развития не только отдельной сферы, но и всего человечества.

Повышающий трансформатор: история создания

Таким символом электротехники является повышающий трансформатор тока. Принцип, ставший основой его работы, был открыт Майклом Фарадеем еще в 1831 году. Открытое им явление электромагнитной индукции оказало несравнимое влияние на весь человеческий быт, способы производства продукции. Но использовано открытие было лишь спустя почти полвека - в 1876 году отечественным изобретателем Яблочковым П. Н., который стал владельцем патента на трансформатор.

Принцип работы и разновидности

Трансформатор – это электрический прибор, который преобразует ток входящей сети в ток с другими показателями напряжения. Работает прибор только с напряжение переменного тока, потому что лишь при изменении электромагнитного поля становится возможным использования эффекта индукции. Его устройство не отличается сложностью: пара обмоток размещается на незамкнутом сердечнике, что позволяет преобразовывать показатели напряжения тока. Передача энергии происходит посредством перевода электрической энергии в магнитное поле, а затем снова в ток с новыми показателями. Чтобы повысить параметры, необходимо иметь такую вторичную обмотку, количество оборотов которой больше чем у первичной. Чтобы понизить – наоборот. Трансформатор повышающий напряжение был первым изобретенным видом этого прибора.

По габаритам современные устройства отличаются как от первого изобретения, так и друг от друга. Сегодня используются повышенные трансформаторы размером менее одного сантиметра у небольших приборов, а также размером с двухэтажный дом для крупных промышленных комплексов. Их производство, продажа, обслуживание являются самостоятельной областью промышленности. Изобретение русского ученого используется электротехническими лабораториями, промышленностью, нефтегазовой отраслью и многими другими. Современные модели повышающих трансформаторов позволяют получать напряжение 220 В, подходящее подавляющему числу бытовых, профессиональных приборов, при минимальном входном питании сети.

Сделать самому или купить повышающий трансформатор?

Решением некоторых задач может стать преобразователь, собранный своими руками. Например, если для гаражных работ нужно подключить оборудование с питанием 220 В, а сеть имеет напряжение лишь 36 В, то собранный самостоятельно повышающий трансформатор позволит решить эту проблему.

Собираем повышающий трансформатор своими руками

  1. Первым делом определяем мощность первичной обмотки будущего преобразователя. Для этого нужно узнать мощность прибора, который мы будем подключать. Обычно эти данные указывают в паспорте устройства. Например, возьмем среднее значение 100 Вт. Следует учитывать, что потребуется некоторый запас, т.к. коэффициент полезного действия будет равен примерно 0,8 -0,9. Нам подойдет мощность 150 Вт.
  2. Нужно подобать магнитопровод. Если не прибегать к услугам специализированных магазинов, то можно взять сердечник по форме буквы «О» из, например, старого телевизора. Но придется рассчитать сечение по формуле: A1= C*C/1,44 , где A1 – мощность будущего преобразователя (Вт), а C – поперечное сечение (кв. см). У нас С должно быть равно 10,2 кв. см.
  3. Определяем число витков на 1 В. Рассчитываем по формуле: K=50/C, у нас это 50/10,2, т.е. 4,9 витков на 1 В. После мы легко рассчитаем количество оборотов первичной и вторичной обмоток. В первом случае умножаем имеющиеся напряжение питания сети на 4,9, получаем 176 витков. Во втором умножаем требуемое напряжение (220 В) на 4,9, получаем 1078.
  4. Следующий шаг – расчет тока каждой обвивки. За исходные показатели берем мощность равную 150 Вт. Тогда для первичной обвивки нужен ток в 4,2 А, вторичной – 0,7 А. Рабочий показатель равен мощности деленной на напряжение.
  5. Для правильной работы устройства важно не только количество оборотов, но и диаметр обмоток. Рассчитываем этот параметр по формуле: рабочий ток обмотки умноженный на коэффициент 0,8. У нас получается 1,64 мм и 0,67 мм для первичной и вторичной обмоток соответственно. Подбираем максимально похожие на наши диаметры из представленных магазином.
  6. Вырезаем два каркаса для магнитопровода. Берем половину первичной обмотки, плотно укладываем на каркасы. После укладки изолируем стеклотканью.
  7. Берем половину вторичной обмотки, также укладываем, изолируем.
  8. Собираем магнитопровод, стягиваем его отдельные части хомутом. Части устройства рекомендуем проклеить специальным клеем с содержанием ферропорошка, тогда оборудование не будет издавать лишних звуков во время эксплуатации. Устройство готово!

Если вы далеки от физики, самодеятельности или не обладаете свободным временем, рекомендуем просто купить готовый трансформатор в нашем интернет-магазине. Также стоит учесть, что промышленные, производственные задачи способен решить лишь прибор, собранный профессионалами. Использование самодельного устройства не всегда безопасно! Будьте осторожны.

КАК СДЕЛАТЬ ИЗ 12 ВОЛЬТ 24

   Недавно мы рассматривали устройство понижающее напряжение с 24 до 12 вольт, а теперь изучим повышающий преобразователь 12-24 В. Этот DC-DC преобразователь собран на основе специализированной микросхемы LM2585 производства Texas Instruments. Схема понадобилась для использования в авто (в частности для зарядки ноутбука на 20 В) и была выбрана за предельную простоту, требующую минимального числа внешних компонентов. Элемент переключения — транзистор, интегрирован внутрь регулятора, и способен выдерживать максимальный ток 3А и 60V напряжения. Частота переключения определяется параметрами внутреннего генератора и зафиксирована на 100 кГц. Дополнительные функции — схема плавного пуска, чтобы устранить скачки тока во время пуска и внутреннее ограничение тока. Поддержание точности выходного напряжения составляет 4% в зависимости от нагрузки.

Схема преобразователя 12-24 В

Плата печатная преобразователя 12-24

Технические характеристики преобразователя

  • Vin 10-15V DC 
  • Vout 24V
  • Iout 1А
  • частота 100 кГц

   Вообще сама микросхема обладает более широким диапазоном напряжений и токов. Входное напряжение 4-40 В, выходное до 60 вольт, а предельный ток 3 ампера. Более подробно изучайте в даташите на LM2585.

   Входные конденсаторе и диоде должны располагаться достаточно близко к регулятору, чтобы свести к минимуму индуктивности. Элементы IC1, L1, D1, C1, C2, C5, C6 — основные части, используемые в преобразователе напряжения. Конденсатор С3 при монтаже должен располагаться как можно ближе к IC1. Конденсаторы выбирайте типа low ESR с низким сопротивлением постоянному току.

   При максимальной выходной мощности, заметна значительная выработка тепла, по этой причине микросхема монтируется непосредственно на общей земле платы.

Графики работы инвертора

   Последний график показывает пульсации выходного напряжения и тока индуктивности. Мы видим, что пульсации выходного напряжения составляет около 0,6 Vpp и пиковый ток 2,4 А. Дроссель в конструкции использован на 5 A постоянного тока, поэтому он может легко выдержать такой ток и без особого нагрева катушки.

Originally posted 2018-11-01 01:59:05. Republished by Blog Post Promoter

Мощный преобразователь 12 220 1000вт своими руками

Представляем двухтактный импульсный преобразователь, собранный на ШИМ-контроллере TL494. Это позволяет сделать схему довольно простой и доступной для повторения многим радиолюбителям. На выходе стоят высокоэффективные выпрямительные диоды удваивающие напряжение. Также можно использовать преобразователь напряжения и без диодов - получая переменное напряжение. Например для электронных балластов (при питании ЛДС) постоянное напряжение и полярность включения не актуальна, так как в схеме балласта на входе стоит диодный мост. Принципиальная схема показана на рисунке - кликните для увеличения.

В преобразователе 12-220 В используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из блока питания AT или ATX компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Обычно эти трансформаторы отличаются только габаритами, а расположение выводов идентично. Нерабочий блок питания от ПК можно найти в любой мастерской по ремонту компьютеров.


Работа схемы. Резистор R1 задает ширину импульсов на выходе, R2 (совместно с C1) задаёт рабочую частоту. Уменьшаем сопротивление R1 - увеличиваем частоту. Увеличиваем емкость C1 - уменьшаем частоту. Транзисторы в преобразователь напряжения ставим мощные МОП полевые, которые характеризуются меньшим временем срабатывания и более простыми схемами управления. Здесь одинаково хорошо работают IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N.


Радиатор не нужен, так как продолжительная работа не вызывает ощутимый нагрев транзисторов. А если всё-же возникнет желание поставить их на радиатор - фланцы корпусов транзисторов не закорачивать через радиатор! Используйте изоляционные прокладки и шайбы втулки от компьютерного БП. Однако для первого запуска радиатор не помешает; по крайней мере транзисторы сразу не сгорят в случае ошибок монтажа или КЗ на выходе.


Правильно собранная схема преобразователя в наладке не нуждается. Корпус желательно использовать неметаллический, чтоб исключить пробой высокого напряжения на корпус. Соблюдайте осторожность при работе со схемой, так как напряжение 220 В опасно!

Обсудить статью ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12-220

Такой инвертор предназначается для получения переменного тока 220 В 50 Гц из автомобильного аккумулятора или любой батареи на 12 В. Мощность инвертора около 150 Вт и может быть увеличена до 300.

Схема крайне проста:


Работает схема как преобразователь типа Push-Pull. Сердцем инвертора является микросхема CD4047, которая выступает в роли задающего генератора и одновременно управляет полевыми транзисторами. Последние работают в режиме ключей. Открытым может быть лишь один из транзисторов. Если откроются оба транзистора одновременно, то произойдет короткое замыкание, и транзисторы сгорят моментально. Такое может произойти из-за неправильного управления.


Микросхема CD4047, разумеется, не заточена для высокоточного управления «полевиками», но справляется с этой задачей достаточно неплохо.

Трансформатор взят из нерабочего ИБП. Он на 250-300 Вт и имеет первичную обмотку со средней точкой, куда подключается плюс от источника питания.


Вторичных обмоток много, поэтому необходимо найти сетевую обмотку на 220 В. С помощью мультиметра измеряются сопротивления всех отводов, которые имеются на вторичной цепи. Искомые отводы должны иметь самое большое сопротивление (в примере около 17 Ом). Все остальные провода можно откусить.


Рекомендуется проверять все компоненты перед пайкой. Транзисторы лучше подбирать из одной партии с аналогичными характеристиками. У конденсатора в частотозадающей цепи должна быть малая утечка и узкий допуск. Эти параметры можно проверить транзисторным тестером.


Пару слов о возможных заменах в схеме. К сожалению, микросхема CD4047 советских аналогов не имеет, поэтому нужно купить именно ее. «Полевики» можно заменить на любые n-канальные транзисторы, которые имеют напряжение от 60 В и током от 35 А. Подойдут из линейки IRFZ.

Схема также прекрасно работает с биполярными транзисторами на выходе, правда, мощность будет гораздо ниже, чем при использовании полевых транзисторов.


Затворные ограничительные резисторы могут иметь сопротивление от 10 до 100 Ом. Лучше ставить от 22 до 47 Ом мощностью 250 мВт.


Частотозадающую цепь собирать только из тех элементов, которые указаны в схеме. Она будет точно настроена на 50 Гц.


Правильно собранный прибор должен работать сразу. Но первый запуск обязательно нужно делать со страховкой. То есть на место предохранителя по схеме установить резистор номиналом 5-10 Ом, или лампу на 12 В (5 Вт), чтобы не взорвать транзисторы, если возникнут проблемы.


Если преобразователь работает нормально, то трансформатор издает звук, при этом ключи не должны нагреваться вообще. Если все так, то резистор можно убрать и подавать питание напрямую через предохранитель.

Среднее потребление тока инвертором на холостом ходу может составлять от 150 до 300 мА, но это будет зависеть от источника питания и от используемого трансформатора.

Далее, измеряется выходное напряжение. В примере получились значения от 210 до 260 В. Это в пределах нормы, поскольку инвертор не стабилизирован. Теперь можно включить нагрузку, к примеру, лампу на 60 Вт. Нужно погонять инвертор около 10 секунд, ключи должны немного нагреваться, поскольку они пока без теплоотводов. Нагрев на обоих ключах должен быть равномерным. Если это не так, то ищите косяки.

Инвертор снабжен функцией Remote Control.




Основной силовой плюс подключается к средней точке трансформатора. Но чтобы инвертор заработал, необходимо подать слаботочный плюс к плате. Это запустит генератор импульсов.


Несколько слов о монтаже. Как всегда, все хорошо поместилось в корпусе от БП компьютера. Транзисторы установлены на раздельные радиаторы.


В случае использования общего теплоотвода нужно обязательно изолировать корпуса транзисторов от радиатора. Кулер был подключен непосредственно к шине 12 В.


Самый большой недостаток этого инвертора – это отсутствие защиты от короткого замыкания. В этом случае транзисторы сгорят. Чтобы такого не произошло, на выходе нужен предохранитель на 1 А.


Маломощная кнопка подает плюс от источника питания на плату, то есть запускает инвертор в целом.

Силовые шины от трансформатора крепятся прямо к радиаторам транзисторов.


Подключив на выход преобразователя прибор, который называется энергометром, можно убедиться в том, что напряжение и частота в пределах нормы. Если же частота отличается от 50 Гц, то ее необходимо подстроить с помощью многооборотного переменного резистора, который присутствует на плате.



Во время работы, когда на выход не подключена нагрузка, трансформатор достаточно шумный. При подключенной нагрузке шум незначителен. Это все нормально, поскольку на трансформатор подаются прямоугольные импульсы.

Получившийся инвертор является нестабилизированным, но почти все бытовые приборы приспособлены работать в диапазоне напряжений от 90 до 280 В.


Если же напряжение на выходе выше 300 В, то рекомендуется на выход помимо основной нагрузки подключать лампочку накаливания ватт на 25. Это снизит выходное напряжение в небольшом пределе.


Коллекторные двигатели питать от преобразователя, в принципе, можно, но они нагреваются раза в 2 больше, чем при питании от чистой синусоиды.

Предлагаю схему преобразователя напряжения (инвертора) 12/220В (мощность до 500 Ватт), питающегося от аккумулятора напряжением 12В, который может пригодиться в автомобиле и быту для освещения, для питания телевизора, небольшого холодильника и т.п. Схема собрана на двух микросхемах 155-ой серии и шести транзисторах. В выходном каскаде применены полевые транзисторы, обладающие очень малым сопротивлением в открытом состоянии, благодаря чему повышается КПД преобразователя и отпадает необходимость в установке их на радиаторы слишком большой площади.

Разберёмся с работой схемы: (см. диаграмму и схему). На микросхеме D1 собран генератор прямоугольных импульсов, частота следования которых около 200 Гц - диаграмма "A". С вывода 8 микросхемы импульсы поступают далее на делители частоты, собранные на элементах D2.1 - D2.2 микросхемы D2. В результате чего на выводе 6 микросхемы D2 частота следования импульсов становится вдвое меньше - 100 Гц - диаграмма "B", а на выводе 8 импульсы становятся равным частоте 50 Гц - диаграмма "C". С вывода 9 снимаются неинвертируемые импульсы 50 Гц - диаграмма "D". На диодах VD1-VD2 собрана логическая схема "ИЛИ". В результате чего взятые с выводов микросхем D1 вывод 8, D2 вывод 6 импульсы образуют на катодах диодов импульс соответствующий диаграмме "E". Каскад на транзисторах V1 и V2 служит для увеличения амплитуды импульсов необходимых для полного открывания полевых транзисторов. Транзисторы V3 и V4, подключенные к выходам 8 и 9 микросхемы D2 поочерёдно открываются, запирая тем самым то один полевой транзистор V5, то другой V6. В результате чего управляющие импульсы формируются так, что между ними существует пауза, из-за чего исключается возможность протекания сквозного тока через выходные транзисторы и значительно повышается КПД. На диаграммах "F" и "G" показаны сформированные импульсы управления транзисторами V5 и V6.

Правильно собранный преобразователь начинает работать сразу после подачи питания. При наладке следует подключить к выходу устройства частотомер и выставить частоту 50-60 Гц подбором резистора R1, а при необходимости конденсатором C1.


О деталях
Транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом, КТ209 можно заменить на КТ361 с любым буквенным индексом. Стабилизатор напряжения KA7805 заменим на отечественный КР142ЕН5А. Резисторы любые мощностью 0,125...0,25 вт. Диоды практически любые низкочастотные например КД105, IN4002. Конденсатор C1 типа К73-11, К10-17В с малым уходом ёмкости при прогреве. Трансформатор взят от старого лампового чёрно-белого телевизора например: "Весна", "Рекорд". Обмотка на напряжение 220 вольт остаётся, а остальные обмотки удаляются. Поверх этой обмотки наматываются две обмотки проводом ПЭЛ - 2,1мм. Для лучшей симметрии их следует намотать одновременно в два провода. При подключении обмоток следует учесть фазировку. Полевые транзисторы закреплены через слюдяные прокладки на общий радиатор из алюминия, площадью поверхности не менее 600 кв.см.


Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Линейный регулятор

UA7805

1 КР142ЕН5А Поиск в elBase В блокнот
D1 Вентиль К155ЛА3 1 Поиск в elBase В блокнот
D2 D-триггер К155ТМ2 1 Поиск в elBase В блокнот
V1, V3, V4 Биполярный транзистор

КТ315Б

3 Поиск в elBase В блокнот
V2 Биполярный транзистор

КТ209А

1 КТ361 Поиск в elBase В блокнот
V5, V6 MOSFET-транзистор

IRLR2905

2 Через слюдяные прокладки Поиск в elBase В блокнот
VD1, VD2 Диод

КД522А

2 КД105, 1N4002 и т.д.

В наше время у каждого в хозяйстве или вообще в легком доступе имеется порой по нескольку блоков питания от компьютера которые и не нужны, просто лежат, пылятся и занимают ценное место. А может они вообще сгоревшие, но это не важно, ведь из него надо взять всего некоторые элементы. Собирал как-то плату такого преобразователя (). И решил снова сделать еще одну, так как радиодетали были, и плата печатная уже была изготовлена когда-то лишняя. Микросхему применял новую - из магазина, но иногда именно их или подобные аналоги ставят в самих блоках питания ATX.

Трансформатор малого размера - с блока в 250 ватт. Транзисторы решил взять с запасом - 44N полевые, так же совершенно новые.



Нашел алюминиевый радиатор, транзисторы навернул через заглушки и подложки промазав хорошенько все термопастой.



Схема преобразователя напряжения 12-220 завелась сразу, питание подавалось от аккумулятора 12 вольт 7 а/ч емкостью, на клеммах которого при свежей зарядке было порядка 13 вольт. В качестве нагрузки (под такую мощность и собиралось примерно) - лампочка 60 ватт на 220 вольт, светится не во весь накал, но все же хорошо.



Радиатор взял очень таки с запасом – толщина 2 мм алюминиевый, тепло отводит хорошо. После получаса работы под нагрузкой полевые транзисторы нагрелись только до 40 градусов! Токопотребление примерно 2.7 ампер от аккумулятора, работа стабильная без срывов и перегревов, а вот трансформатор несколько маловат и греется (правда выдерживает и не сгорает ничего) температура трансформатора порядка 5-60 градусов при работе на такую же нагрузку, думаю больше 80 ватт не вытянуть с такого преобразователя или придется ставить активное охлаждение ввиде вентилятора, ведь транзисторы выдержат куда большие нагрузки и больше чем уверен, что с таким радиатором протянут все 200 ватт.



Схема преобразователя 12-220 проста в повторении, при сборке точно в номинал, обе платы заработали сразу же.

Видео испытаний преобразователя


Видео работы схемы наглядно показывает ток протекающий в цепи, и работу лампы на 60 ватт. Кстати, провода у мультиметра D832 при таком токе за пол часа изрядно подогрелись. Из доработок, если будете ставить больший трансформатор, то расширьте печатку, иначе не влезет по размерам больший трансформатор, и даже с маленьким все получается .



Для любителей миниатюризации конечно это хорошо, но расстояние от трансформатора до транзисторов получается на практике меньше 1 см, и они своим теплом чуть подогревают и без того теплый трансформатор, хорошо бы ещё на пару сантиметров отнести ключи и в плате парочку отверстий сделать, для вентиляции проточным потоком воздуха снизу вверх. Автор материала - Redmoon.

Как сделать понижающий трансформатор

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Крис Дезил

Трансформаторы - это простые, но чрезвычайно полезные электрические устройства, и они работают из-за явления, известного как электромагнитная индукция. Если вы поместите провод в изменяющееся магнитное поле, поле индуцирует электрический ток в проводе, а там, где есть ток, возникает разность потенциалов или напряжение. Обратное также верно. Изменяющийся ток в проводнике создает магнитное поле.Поскольку ток должен изменяться (в потоке), трансформаторы работают только с электричеством переменного тока, что является преимуществом переменного тока перед мощностью постоянного тока.

Напряжение зависит от того, сколько раз проводник проходит через магнитное поле. Вы можете преобразовать напряжение в одной цепи - первичной цепи - в другое напряжение во вторичной цепи, регулируя количество раз, когда проводники каждой цепи проходят через магнитное поле. Устройство, которое делает это, является трансформатором, а когда оно снижает напряжение во вторичной цепи, это понижающий трансформатор.Это именно то, что делает трансформатор на линии электропередачи за пределами вашего дома. Сделать понижающий трансформатор самому несложно, но он не будет таким большим и мощным, как на линии электропередачи. Однако он будет работать точно так же.

Трансформаторы используют обмотки

В трансформаторе используется один проводник, намотанный несколько раз вокруг центрального сердечника для первичной цепи, и другой проводник, также несколько раз намотанный вокруг того же или другого сердечника для вторичной цепи.Соотношение количества обмоток в этих катушках определяет напряжение во вторичной катушке. Формула трансформатора, которая следует из закона Фарадея, следующая:

\ frac {N_s} {N_p} = \ frac {V_s} {V_p}

, где N s и N p - количество обмоток в вторичная и первичная обмотки соответственно, а V s и V p - напряжения.

В понижающем трансформаторе вторичное напряжение меньше первичного, поэтому количество обмоток вторичной обмотки должно быть меньше числа обмоток первичной обмотки.Если вам известно напряжение в первичной цепи и у вас есть цель для вторичной катушки, вы достигнете своей цели, отрегулировав количество обмоток на обеих катушках.

Создание понижающего трансформатора

Самые эффективные трансформаторы имеют ферромагнитные сердечники, потому что этот материал намагничивается первичной обмоткой и передает энергию вторичной обмотке более эффективно, чем катушки могут делать сами. Самый простой способ получить ферромагнитную катушку - найти большую стальную шайбу в строительном магазине или на ремонтной мастерской.Он должен быть от 2 до 3 дюймов в диаметре.

Для изготовления катушек можно использовать любой токопроводящий провод, но лучше всего подходит магнитный провод 28 калибра, который представляет собой очень тонкий медный провод, покрытый изоляцией. Чтобы создать первичную катушку, плотно оберните провод вокруг шайбы не менее 500 раз, удерживая провода плотно вместе. При необходимости намотайте его слоями. Тщательно подсчитайте количество витков и запишите количество. Когда вы закончите намотку, оставьте два конца свободными для подключения к источнику питания и оберните провода малярной лентой, чтобы они оставались на месте.

Поскольку вы собираете понижающий трансформатор, количество обмоток вторичной обмотки будет меньше. Фактическое число зависит от желаемого напряжения, и вы можете рассчитать его, используя формулу трансформатора. Намотайте вторичную катушку поверх первичной, оставив концы свободными для подключения к счетчику. Оберните катушку малярной лентой, а затем оберните весь трансформатор изолентой, чтобы изолировать его. Трансформатор готов к тестированию.

Пример расчета

Предположим, вы хотите понизить напряжение 120 В в домашней розетке до 12 В.Соотношение напряжений составляет 12/120 = 1/10, поэтому, если первичная обмотка имеет 500 обмоток, вторичная обмотка должна иметь 50.

Обратите внимание, что использование домашнего напряжения в этом расчете является только примером, и ток, проходящий под ним. Большое напряжение приведет к быстрому нагреву проводов, и было бы опасно пытаться снизить его. Этот элементарный трансформатор безопаснее использовать для гораздо меньших входных напряжений от более безопасных источников. Не оставляйте трансформатор подключенным на какое-либо время.

Как сделать повышающий трансформатор

Что такое трансформатор?

Трансформатор - это статическое устройство, которое используется в электрических или электронных схемах для изменения напряжения в источнике переменного тока (AC).Он преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками. Обычно частота входного сигнала не изменяется, но напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от необходимости.

Типы трансформаторов

Как упоминалось выше, существует два основных типа трансформаторов:

  • Ступенчатый Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение по отношению к входному напряжению.В трансформаторе этого типа количество витков на вторичной обмотке больше, чем количество витков на первичной обмотке.
  • Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. Этот тип трансформатора противоположен вышеуказанному, количество витков на вторичной обмотке меньше количества витков на первичной обмотке.

Части трансформатора

Прежде чем приступить к созданию повышающего трансформатора, давайте разберемся с основными частями трансформатора:

  • Первичная обмотка - изготовлена ​​из магнитной проволоки
  • Магнитный сердечник - выбирается в зависимости от мощности и частоты входного сигнала
  • Вторичная обмотка - изготовлена ​​из магнитной проволоки

Вещи, необходимые для создания очень простого повышающего трансформатора

Перед началом строительства вам потребуются следующие компоненты:

  • Электроизоляционная лента
  • Медный провод с покрытием (т.е.е. магнитный провод)
  • Материал сердечника (например, стальной болт может использоваться для обозначения сердечника)
  • Резистивный элемент (например, лампочка)
  • Источник питания переменного тока

Создание электрического повышающего трансформатора

Следующие шаги подробно объясняют процесс создания повышающего трансформатора:

  • Используйте большой стальной болт в качестве магнитопровода трансформатора. Сначала проверьте болт на намагничивание, прижав его к кухонному магниту.Если магнит заедает, стальной болт можно использовать в качестве сердечника.

  • Оберните болт изолентой, чтобы изолировать обмотки от «сердечника». Разрежьте медную проволоку с покрытием на два отрезка одинаковой длины и зачистите их с концов. Использование того же провода поможет вам убедиться, что количество обмоток катушки сопоставимо.

  • Оберните два медных провода несколько раз (не менее 12 витков) вокруг концов «сердечника» (стального болта). Эти проволочные катушки будут действовать как первичная и вторичная обмотки трансформатора.Убедитесь, что оголенные концы проводов оставлены свободными. Также сохраняйте зазор между первичной и вторичной обмотками. Закрепите изолентой.

  • Теперь подключите оголенные концы вторичной катушки к контактным выводам резистивного элемента (лампы). Следите за тем, чтобы они не касались друг друга контактами лампы, потому что короткое замыкание не позволит лампочке загореться. При необходимости можно использовать изоляционную ленту, чтобы удерживать провода на месте.

  • Наконец, подключите оголенные концы первичной катушки к источнику переменного тока.Выбор источника питания переменного тока с выключателем питания, регулируемым напряжением и предохранителем на входе поможет обеспечить безопасность и изоляцию от «настенного» питания. Начните с самого низкого уровня мощности переменного тока и постепенно увеличивайте, чтобы увидеть изменение яркости лампы. Лампочка должна загореться при включении питания. Если нет, проверьте соединения и попробуйте еще раз.

  • Если вы почувствуете запах гари, немедленно отключите концы первичной обмотки от источника питания. Однако это маловероятная ситуация, поскольку трансформатор должен обеспечивать сопротивление, достаточное для предотвращения прохождения слишком большого тока.

  • Если вы чувствуете запах гари, проверьте, не вызвана ли причина короткого замыкания контактом между оголенными проводами. Закройте оголенные провода изолентой и попробуйте еще раз.

  • Обратите внимание на то, что яркость лампы будет увеличиваться при увеличении конфигурации. Более того, сердечник трансформатора начнет работать как электромагнит. Это можно проверить, приложив к нему металлические предметы.

Наконечник: Для изготовления для промышленного повышающего трансформатора необходимо, чтобы вторичная обмотка имела больше витков, чем первичная.Более того, если вы хотите, чтобы у трансформатора было вдвое больше напряжения и вдвое меньше тока на вторичной обмотке, вставьте в два раза больше витков во вторичную обмотку.

Сопутствующие товары

После успешного завершения повышающей конфигурации попробуйте изменить соотношение оборотов катушки на обратное. Это позволит вам сравнить работу трансформатора в понижающем и повышающем режимах. Вы также можете протестировать обе конфигурации на разных резисторных нагрузках.

ТРАНСФОРМАТОРЫ - прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для снижения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной обмотки ко вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

Напротив, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Рисунок 8.1 Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое число витков первичной обмотки и низкое число витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность. Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

В случае, если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающее напряжение. как понижение и виза-наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как это должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредить чрезмерным напряжением или током!).

Строительные этикетки трансформатора

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие - к вторичной. В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, используется одно из условных обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ».Обычно это важно для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), Что мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вы вспомните, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и поймете, что трансформаторы не могут производить мощность , а только преобразовывают ее. .Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем потребляло, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована. Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок.Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)

Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, при этом генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше.Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок, очевидно, требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность. С другой стороны, трансформаторы способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели / генераторные установки не обязательно были заменены трансформаторами для всех приложений .Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот. Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.

Электродвигатели / генераторные установки также обладают уникальным свойством аккумулирования кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. 2µA} {I} [/ латекс]

Где,

[латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]

[латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]

[латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]

[латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]

[латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равно 100.Это получается то же соотношение, которое мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.

Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

Эффект повышения / понижения передаточных чисел катушки в трансформаторе аналогичен передаточным числам зубчатых колес в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента почти таким же образом: Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.

Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы под названием изолирующие трансформаторы с коэффициентами трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.

Рисунок 8.6 Разделительный трансформатор изолирует питание от линии питания.

Поскольку трансформаторы в основном являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить кривые для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

При переходе от первичной обмотки, В (2) к вторичной, В (3,5), напряжение снижалось в десять раз, а ток увеличивался в десять раз. Формы сигналов как тока, так и напряжения являются синфазно при переходе от первичного к вторичному.

Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны. Вторичный ток увеличивается в десять раз.

Условные обозначения трансформатора

Похоже, что напряжение и ток двух обмоток трансформатора синфазны, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать , каким образом нам следует подключить трансформатор, чтобы обеспечить правильное соотношение фаз. В конце концов, трансформатор - это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы возможности узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:

Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.

Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Он называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждым соответствующим плечом обмотки трансформатора:

Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.

Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмотки. Провода «1» (H 1 и X 1 ) обозначают места, где обычно размещаются точки маркировки полярности.

Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, фазовый сдвиг от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают , а не , фазовый сдвиг будет 180 ° между первичной и вторичной обмотками, например:

Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный - точка, дополнительный черный - точка.

Конечно, условное обозначение точек только говорит вам, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ов). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

Рисунок 8.12 В фазе: основной красный - точка, дополнительный красный - точка.

Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {первичный}} [/ latex]

[латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]

Где,

[латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]

  • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором .Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {вторичный}} {L_ {первичный}}} [/ латекс]

  • Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки .
  • Трансформаторы, предназначенные для обеспечения гальванической развязки без скачков напряжения и тока вверх или вниз, называются изолирующими трансформаторами .
  • Фазовое соотношение напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
  • Условное обозначение точек - это тип маркировки полярности для обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки находится относительно других обмоток.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы - очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:

Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая - повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в цепях питания вакуумных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Рис. 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель - это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмоток с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

Рисунок 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.

Переменный трансформатор

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

Одним из потребительских применений переменного трансформатора является регулирование скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузок в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения представляют собой удобные средства.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Учитывая, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от гальванической развязки и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

. Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями, экономя медь и жертвуя изоляцией.

Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями для экономии меди. Автотрансформаторы

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору может быть либо правильное соотношение первичной / вторичной обмотки, предназначенное для работы, либо использование понижающей конфигурации с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздергивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Пневматический автотрансформатор

Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения передаточного числа.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Рис. 8.22. Вариак - это автотрансформатор со скользящим ответвлением.

Маленькие вариаторы для настольного использования - это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники. Они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в быту с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

  • Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
  • Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
  • Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
  • Автотрансформатор - это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением случаев, когда электрическая изоляция не обеспечивается.
  • A Variac - регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.23 ​​Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единое целое. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Первичная - Вторичная

  • Y - Y
  • Y - Δ
  • Δ - Y
  • Δ - Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора такие же, как и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного блока трансформаторов является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).

Правильная настройка фазировки, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.

Фазовая разводка трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

Рисунок 8.25 Фазовая разводка для трансформатора «Y-Y».

Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

Фазовая разводка трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».

Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.

Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне: Рисунок 8.29 «V» или «разомкнутый Δ» обеспечивает питание 2-φ только с двумя трансформаторами.

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть увеличен по размеру, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по Y-образной схеме, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена - нижняя поверхность плотины:

Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд-Кули, 30

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, для достижения этих проектных целей идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым. Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмотки можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

ВА или кВА.

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку трансформаторы требуют таких длинных проводов, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода - один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи - как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности - стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, охватывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «заданном уровне».

Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.

Снижение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, - это изготовление сердечника из железного порошка вместо тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» - это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая больше мощности, теряемой из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям нескольких синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Подобно их более простым аналогам - индукторам - трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота мощности трансформатор находится далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) - еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Индуктивность рассеяния тесно связана с проблемой удержания потока. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов выполнить этот критерий проектирования - спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как трансформаторы максимального напряжения , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Рис. 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения - это производная формы волны потока, «производная» - это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: из-за смены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц - а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, - поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора - наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке смещает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя броски тока трансформатора вызваны другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Рисунок 8.37. Непрерывный установившийся режим: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В - это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны - Φ и i должны начинаться с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с нуля .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на возрастающее напряжение, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не из ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, который какое-то время находится под напряжением. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза больше обычного пикового значения, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, при условии, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего , в два раза превышающего нормальный пик:

Рис. 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к категории «медленно действующих», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум - это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев является потенциально серьезной проблемой, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).

Звуковой шум - это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины, проявляемое ферромагнитным объектом при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, - это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) - один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах - это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

  • Силовые трансформаторы ограничены по количеству мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
  • Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум - обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Как включить повышающий понижающий трансформатор

Обычно силовой трансформатор применяется в качестве источника питания, и вы можете найти его в любых электроприборах и электронных устройствах. В повседневных бытовых товарах вы можете просто получить силовые трансформаторы из следующих предметов;

1. Компьютерные блоки питания и адаптер зарядного устройства для ноутбука
2.Штекер USB-зарядного устройства
3. Bug Zappers / Fly Swatter / Mosquito racket
4. Блок питания кондиционера
5. Блок питания холодильника
6. Блок питания принтеров
7. Блок питания телевизора
8. Блок питания спутникового декодера
9. Блок питания аудиоустройств
10. Микроволновые печи
11. Трансформаторы модема
11. Блок питания монитора
12. Блок питания игровой приставки (Nintendo, Playstation, XBOX и др.)
13. Любые розетки для зарядных устройств.
14. Зарядное устройство для iphone
15. Зарядное устройство для смартфонов android

Какова функция / использование силового трансформатора?


Основная функция трансформаторов в блоке питания - просто понижать или повышать напряжение в зависимости от мощности, потребляемой электрическими и электронными приборами.Например, трансформатор в зарядном устройстве USB на 5 В должен понижать напряжение с 220 В переменного тока в домашнем хозяйстве до 5 В, используемых для зарядки мобильных телефонов. С другой стороны, трансформаторы в кондиционерах, холодильниках, телевизорах и других мощных устройствах для повышения мощности с 220 вольт переменного тока до более высокого напряжения, например, 400 вольт, до нескольких тысяч вольт, потому что им требуется больше энергии.

Иногда трансформаторы также могут использоваться для разделения напряжения на разные цепи на материнской плате - вот почему у нее есть несколько выводов вывода питания, где другой набор выводов обеспечивает разное напряжение.Это очень полезно в электронной схеме, которая требует нескольких наборов источников тока с разным диапазоном напряжения для питания нескольких схем.

Необходимо использование трансформаторов в блоках питания всех электронных и электрических приборов. Он не только безопаснее любой другой схемы, но также способен подавать различные напряжения при повышении или понижении .

Где найти силовой трансформатор?


Если вы ищете небольшие трансформаторы для спасения, просто подключите их к любой части схемы источника питания, которую вы найдете.В некоторых других есть много источников питания от больших до меньших размеров - они используются для разделения напряжений на разные участки цепи, поскольку для некоторых цепей требуется более высокое напряжение, а для других - меньшие напряжения. Например, мини-трансформаторы можно найти в адаптере зарядного устройства для iPhone или Android, и он используется для понижения напряжения домашнего источника питания с 110 или 220 вольт до 5 вольт, которые используются телефоном для зарядки.

На изображении ниже показан мини-трансформатор для понижения напряжения 220 В переменного тока с основного домашнего источника питания до 5 В для зарядки сотовых телефонов и других устройств.

Варианты типов обмоток трансформаторов:


Помимо того, что обмотка трансформатора имеет разные размеры, она также может быть различной в зависимости от области применения. Самая простая и наиболее распространенная форма обмотки трансформатора - это ступенчатая и понижающая обмотка, в которой есть только первичная и вторичная обмотки. Другие варианты обмотки трансформатора следующие.

1. Центральный отвод первичный и центральный вторичный отвод
2. Одиночный первичный и двойной вторичный
3. Двойной первичный и центральный первичный отводы
4.Двойная первичная обмотка с центральным ответвлением и одной вторичной обмоткой
5. Центральная первичная обмотка и двойная вторичная обмотка
6. Центральная первичная обмотка и одиночная вторичная обмотка
7. Центральная первичная обмотка и двойная вторичная обмотка с центральным отводом
8. Обратный трансформатор

Каждый из них Варианты имеют свои собственные функции и применение для обеспечения необходимой мощности намеченной цепи. Самый простой - это повышающий трансформатор, который используется для подачи более высокого напряжения, и поэтому он называется повышающим. С другой стороны, понижающий трансформатор используется для подачи в схему более низкого напряжения, но более высокого тока (ампер).

Расширенные применения трансформаторов могут использоваться в качестве радиочастотных смесителей, шумоподавления в схемах аудиоусилителей и т. Д.

Как включить трансформатор?


Трансформаторы могут получать питание только от переменного тока. Причина в том, что переменный ток генерирует магнитное поле от входной стороны катушки обмотки к выходной стороне. Вы можете открыть a и проверить, что трансформатор не подключен напрямую проводом, а намотан на одну или несколько обмоток со стороны входа и выхода.Таким образом, единственный способ передать мощность от входной обмотки к выходу - использовать магнитную силу, создаваемую переменным током.

Могут ли батареи постоянного тока питать трансформатор? Это вопрос, который задаст большинство новичков в электронике. Ответ - да, но он не может быть запитан напрямую без помощи цепи. Для этого мы можем использовать транзистор для генерации переменного тока, подобного току, для питания трансформатора. Простая схема ниже демонстрирует, как простая схема, использующая резистор и транзистор для включения повышающего трансформатора, преобразует мощность постоянного тока (аккумуляторной батареи) в мощность переменного тока.

Как упоминалось ранее, основная функция трансформатора в приложении источника питания состоит в повышении или понижении напряжения в зависимости от предполагаемых приложений. Ниже приведена схема обмотки повышающего трансформатора, где вход - с левой катушки, а выход - с правой катушки. Вы можете спросить, можно ли включить его наоборот и заставить работать как понижающий трансформатор? Ответ просто ДА.

Раньше, еще до того, как я узнал что-либо о трансформаторах, было очень трудно найти конкретные повышающие трансформаторы и понижающие трансформаторы.Незнание, что повышающие или понижающие трансформаторы на самом деле почти одно и то же и могут использоваться как взаимозаменяемые. Я знаю это после некоторых экспериментов, как это действительно работает.

Как проверить низкое и высокое напряжение трансформатора?


Теперь мы знаем, что повышающие и понижающие трансформаторы могут использоваться взаимозаменяемо - это означает, что мы можем включить трансформатор с любой стороны обмотки. Однако невозможно сказать, какая из сторон катушки обмотки будет генерировать более низкое или более высокое выходное напряжение, просто глядя на сам физический блок трансформатора.

Если вы просто используете трансформатор, не зная выходного напряжения, это может привести к сгоранию вашей цепи или недостаточному напряжению. Поэтому мы можем использовать мультиметр LCR для измерения индуктивности катушки обмотки. LCR означает (L = индуктивность, C = емкость, R = сопротивление), поэтому мультиметр LCR просто означает мультиметр для измерения индуктивности, емкости и сопротивления.

Ниже приведено видео, демонстрирующее, как измерить низкое и высокое напряжение трансформатора с помощью измерителя индуктивности мультиметра.

Как работает силовой трансформатор | Как сделать повышающий трансформатор | Как сделать понижающий трансформатор | преобразователи тока | как сделать обмотку тороидальных индукторов | как сделать частотный дроссель с помощью катушек индуктивности | индукторы для стабилизаторов и регуляторов напряжения | что такое индукторы | что такое силовой трансформатор

Руководство по покупке лучшего преобразователя напряжения

- Bombay Electronics

Страны Северной Америки, части Центральной и Южной Америки, Карибского бассейна и части Тихого океана работают от сети 110 В / 60 Гц, в то время как остальной мир работает от 220 В / 50 Гц.Как правило, 110 В включает диапазон напряжений 100-125 В, а 220 В включает 220-250 В. Многие страны работают как от 110 В, так и от 220 В.

Как упоминалось выше, в разных странах различается не только напряжение, но и частота (количество циклов в секунду). Страны используют 60 Гц (США) или 50 Гц (Великобритания). На большинство электротехнических изделий изменение цикла не влияет, поскольку они внутренне преобразуют переменное напряжение в постоянное, и многие устройства поддерживают оба цикла. Разница в частоте может привести к тому, что моторизованное устройство на 60 Гц будет работать медленнее на частоте 50 Гц.Вам нужно будет дважды проверить частоту аналоговых продуктов, таких как часы, поскольку это может привести к тому, что они будут показывать неправильное время. Другие продукты, такие как кофеварки эспрессо и проигрыватели, могут не работать должным образом с преобразователем напряжения, если они работают только на одной частоте. В случае сомнений проконсультируйтесь с производителем продукта. Кроме того, трансформаторы не рекомендуется использовать с приборами, производящими тепло, такими как нагреватели, пароварки и нагреватели для кофе.

Третье отличие - переходники для вилок.Не во всех странах есть стандартная для США электрическая розетка с плоскими штырями. Фактически, в большинстве стран адаптер для вилки отличается от адаптера для вилки в США. Во многих странах есть несколько типов торговых точек. В этом случае возьмите с собой все типы переходников для вилок для путешествий. Обратитесь к руководству по адаптерам для вилок World, чтобы найти подходящие адаптеры для вилок.

Преобразователи напряжения и трансформаторы не преобразуют циклы. Их можно использовать только для преобразования напряжения. Понижающий преобразователь / трансформатор напряжения преобразует напряжение с 220 В в 110 В, что позволяет вам использовать продукты из США (110 В) за рубежом в странах с напряжением 220 В.С другой стороны, повышающий преобразователь / трансформатор напряжения преобразует напряжение от 110 В до 220 В, что позволяет использовать изделия на 220 В в США (110 В). Большинство трансформаторов напряжения являются как повышающими, так и понижающими, вы можете переключать их на понижающие или повышающие.

Выбор правильного преобразователя или трансформатора

  1. Определите, действительно ли вашему прибору требуется трансформатор / преобразователь для использования за границей. Обратите внимание на номинальное напряжение на вашем приборе, если номинальное напряжение примерно равно 100 ~ 240 В, что означает, что ваш продукт имеет двойное напряжение, в этом случае вы можете использовать свой продукт в 220 В без трансформатора / преобразователя.Большинство зарядных устройств для аккумуляторов ноутбуков и видеокамер имеют двойное напряжение. Однако вам может потребоваться переходник для подключения к розеткам за границей. Теперь, если номинальное напряжение составляет 110 В или 120 В, это означает, что ваш продукт рассчитан только на один вольт, и для использования в странах с напряжением 220 В за рубежом потребуется понижающий преобразователь / трансформатор.
  2. Теперь, когда вы знаете, что вам нужен преобразователь / трансформатор напряжения, вам нужно определить, какой из них или какого типа. Найдите номинальную мощность прибора в ваттах или рассчитайте мощность, умножив напряжение на амперы.Например, 110 В x 1,5 А = 165 Вт. Выберите преобразователь / трансформатор в соответствии с номинальной мощностью вашего устройства. Мы рекомендуем использовать преобразователь / трансформатор, номинальная мощность которого как минимум на 25% выше номинальной мощности вашей продукции. Использование преобразователя / трансформатора на максимальную мощность в конечном итоге приведет к сгоранию преобразователя / трансформатора после длительного использования. Некоторые предметы, например лазерные принтеры и электроинструменты, взрываются при включении. Для таких ситуаций вам необходимо купить трансформатор, который как минимум в два раза превышает номинальные характеристики продукции.
  3. После выбора правильного преобразователя / трансформатора убедитесь, что у вас есть подходящая вилка адаптера на преобразователе / ​​трансформаторе, чтобы подключить его к розетке за границей. Все наши двойные повышающие / понижающие трансформаторы напряжения включают в себя адаптер для вилки для США и адаптер для европейской вилки. Чтобы определить, какой адаптер вам нужен, обратитесь к таблице адаптеров для вилок.
  4. По-прежнему нужна помощь в выборе правильного преобразователя / трансформатора, звоните нам по телефону 847-983-4761.

Преобразователь напряжения и трансформатор напряжения:

Преобразователи напряжения

представляют собой преобразователи меньшего размера, доступные как в повышающем, так и понижающем вариантах.Эти преобразователи могут использоваться для электрических элементов с нагревательными устройствами или двигателями, такими как фен, бигуди, утюги, бритвы, радио, электрические калькуляторы и т. Д. Преобразователи используются в течение более короткого периода времени. Трансформаторы напряжения больше и тяжелее. Они также могут быть Step Up, Step Down или Step Up / Down. Хотя трансформаторы предназначены для более длительного или непрерывного использования, всегда лучше отключать трансформатор, когда он не используется, для увеличения срока службы. Всегда проверяйте мощность ваших приборов перед использованием преобразователя / трансформатора напряжения.

Что такое convertingbox ™?

Litefuze convertingbox ™ - это революционный преобразователь напряжения, разработанный с учетом потребностей потребителей. Он на 50% легче стандартных преобразователей напряжения, оснащен интеллектуальными розетками, автоматическими выключателями и более эффективен. Технология convertinbox позволяет практически устранить шум, вызванный вибрацией внутри преобразователей. Все это подкреплено пожизненной гарантией, предлагаемой LiteFuze. Для получения дополнительной информации посмотрите видео ниже.

Часто задаваемые вопросы
Могу ли я подключить несколько продуктов к одному трансформатору?
Да, вы можете подключить несколько продуктов к трансформатору, используя удлинитель, тогда и только тогда, когда общая номинальная мощность всех продуктов меньше, чем мощность трансформатора. Не подключайте несколько продуктов к небольшому дорожному конвертеру.

В чем разница между переходником вилки и преобразователем / трансформатором напряжения?
Штепсельный адаптер не преобразует напряжение или электричество.Если ваш прибор имеет двойное напряжение, вы можете подключить его к розетке, просто используя подходящий переходник. Преобразователи / трансформаторы преобразуют напряжение. Они позволяют использовать ваши приборы с одним напряжением за рубежом или наоборот.

Могу ли я использовать американское изделие на 220 вольт, например сушильную машину с трансформатором, или подключить трансформатор к американской розетке 220 вольт?
Нет, американское электричество 220 В состоит из 2-х фазных 110 В, а европейское электричество однофазное 220 В. Трансформатор / преобразователи не рассчитаны на 2-х фазный американский 220В.

Что такое регуляторы напряжения?
Регуляторы напряжения также преобразуют напряжение, аналогично преобразователю / трансформатору напряжения, и регулируют напряжение, стабилизируя его. Они полезны в странах, где ток нестабилен. Ссылка на регуляторы напряжения.

Примечание. Используйте преобразователи напряжения и трансформаторы на свой страх и риск и храните их в недоступном для детей месте.

Есть еще вопросы? Нужны дополнительные разъяснения? Или оставьте отзыв.

Руководство по проектированию цепей для преобразователей постоянного / постоянного тока (1/10)

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

В этом руководстве содержатся советы по проектированию цепей преобразователей постоянного тока в постоянный.Как спроектировать схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, которые удовлетворяют требуемым спецификациям при различных ограничениях, описано с использованием как можно большего количества конкретных примеров.

Свойства цепей преобразователя постоянного / постоянного тока (такие как КПД, пульсации и переходная характеристика нагрузки) могут быть изменены с помощью их внешних частей. Оптимальные внешние части обычно зависят от условий эксплуатации (входных / выходных характеристик). Цепь источника питания часто используется как часть цепей коммерчески доступных продуктов и должна быть спроектирована таким образом, чтобы удовлетворять ограничениям, таким как размер и стоимость, а также требуемым электрическим характеристикам.Обычно стандартные схемы, перечисленные в каталогах, разрабатываются путем выбора таких деталей, которые могут обеспечить приемлемые свойства в стандартных условиях эксплуатации. Эти детали не обязательно оптимальны для индивидуальных условий эксплуатации. Следовательно, при разработке отдельных продуктов стандартные схемы должны быть изменены в соответствии с их индивидуальными техническими требованиями (такими как эффективность, стоимость, монтажное пространство и т. Д.). Разработка схемы, удовлетворяющей требованиям спецификации, обычно требует большого опыта и знаний.В этом руководстве с использованием конкретных данных описано, какие части следует изменить и как их изменить для выполнения требуемых операций без специальных знаний и опыта. Вы сможете быстро и успешно управлять схемами преобразователя, не выполняя сложных расчетов схем. Вы можете проверить свой проект либо путем тщательного расчета позже самостоятельно, либо с помощью персонала, обладающего знаниями и опытом, если вы чувствуете себя неуверенно.

Типы и характеристики преобразователей постоянного тока в постоянный

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

доступны в двух типах схем:

  1. Неизолированные типы:
    • Базовый (одна катушка) тип
    • Емкостная муфта (двухкатушечная) типа ―― SEPIC, Zeta и др.
    • Нагнетательный насос (без переключаемого конденсатора / катушки) тип
  2. Изолированные типы:
    • Типы трансформаторной муфты ward Передний трансформатор типа
    • Типы трансформаторной муфты Обратный трансформатор типа

Характеристики отдельных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики цепей преобразователя постоянного тока в постоянный
Тип цепи №деталей
(Монтажная площадка)
Стоимость Выходная мощность Пульсация
Неизолированный Базовый Малый Низкая Высокая Малый
SEPIC, Zeta Средний Средний Средний Средний
Нагнетательный насос Малый Средний Малый Средний
Изолированный Трансформатор передний Большой Высокая Высокая Средний
Обратный трансформатор Средний Средний Средний Высокая

В схеме базового типа работа ограничена либо повышением, либо понижением, чтобы минимизировать количество деталей, а входная и выходная стороны не изолированы.На рисунке 1 показана повышающая схема, а на рисунке 2 - понижающая. Эти схемы обеспечивают такие преимущества, как небольшой размер, низкая стоимость и небольшая пульсация, и спрос на них растет в соответствии с потребностями в уменьшении размеров оборудования.

Рисунок 1: Повышающая схема

Рисунок 2: Понижающая схема

С SEPIC и Zeta конденсатор вставляется между V IN и V OUT повышающей цепи и понижающей схемой основного типа, и добавляется одна катушка.Они могут быть сконфигурированы как повышающие или понижающие преобразователи постоянного / постоянного тока с использованием повышающей ИС контроллера постоянного тока и понижающего контроллера постоянного тока, соответственно. Однако, поскольку некоторые ИС контроллера постоянного / постоянного тока не предполагается использовать с этими типами цепей, убедитесь, что ваши ИС контроллера постоянного / постоянного тока могут использоваться с этими типами цепей. Конденсаторная связь типа с двумя катушками имеет преимущество, позволяющее обеспечить изоляцию между V IN и V OUT . Однако увеличенные катушки и конденсаторы снизят эффективность.В частности, во время понижения эффективность существенно снижается, обычно примерно до 70-80%.

Тип нагнетательного насоса не требует змеевика, что позволяет минимизировать площадь и высоту установки. С другой стороны, этот тип не обеспечивает высокую эффективность для приложений, которым требуется широкий спектр выходных мощностей или больших токов, и ограничивается приложениями для управления белыми светодиодами или для питания ЖК-дисплеев.

Цепь изолированного типа также известна как первичный источник питания (основной источник питания).Этот тип широко используется для преобразователей переменного тока в постоянный, которые генерируют мощность постоянного тока в основном из имеющегося в продаже источника переменного тока (от 100 до 240 В), или для приложений, где требуется изоляция между входной и выходной сторонами для устранения шумов. В этом типе входная и выходная стороны разделены с помощью трансформатора, а повышением, понижением или реверсом можно управлять, изменяя коэффициент трансформации трансформатора и полярность диода. Таким образом, вы можете отключить множество источников питания из одной цепи питания.Если используется обратный трансформатор, схема может состоять из относительно небольшого количества частей и может использоваться в качестве цепи вторичного источника питания (местного источника питания). Однако обратный трансформатор требует наличия пустот, чтобы предотвратить магнитное насыщение сердечника, увеличивая его размеры. Если используется прямой трансформатор, можно легко найти большой источник питания. Эта схема, однако, требует схемы сброса на первичной стороне, чтобы предотвратить намагничивание сердечника, увеличивая количество частей.Кроме того, стороны входа и выхода IC контроллера должны быть заземлены отдельно.

Основные принципы работы преобразователей постоянного тока в постоянный

Принципы работы повышения и понижения в схемах преобразователя постоянного / постоянного тока будут описаны с использованием самого основного типа. Цепи других типов или схемы, использующие катушки, могут рассматриваться как состоящие из комбинации повышающей схемы и понижающей схемы или их прикладных схем.

На рисунках 3 и 4 показаны операции повышающей схемы.На рисунке 3 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который снижает эффективность при малой нагрузке. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен. На рисунке 4 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока, а левый край катушки принудительно фиксируется на V IN для подачи питания для увеличения напряжения до V OUT для работы в режиме повышения.Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. Однако, если полевой транзистор включен слишком долго, время подачи питания на выходную сторону становится слишком коротким, и потери в течение этого времени увеличиваются, что снижает эффективность преобразования. Следовательно, значение максимальной нагрузки (отношение времени включения / выключения) обычно определяется таким образом, чтобы поддерживать соответствующее значение.

В повышающем режиме токи, показанные на рисунках 3 и 4, повторяются:

Рисунок 3: Ток при включении полевого транзистора в повышающей цепи

Рисунок 4: Ток при отключении полевого транзистора в повышающей цепи

На рисунках 5 и 6 показаны операции понижающей схемы.На рисунке 5 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который ухудшит эффективность в условиях малой нагрузки. Когда полевой транзистор включен, электрическая энергия накапливается в L и подается на выходную сторону. На рисунке 6 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее текущее значение и включает SBD. В это время напряжение на левом крае катушки принудительно падает ниже 0 В, уменьшая напряжение на V OUT .Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. С понижающей схемой, когда полевой транзистор включен, питание может подаваться на выходную сторону, и нет необходимости определять максимальную нагрузку. Следовательно, если входное напряжение ниже, чем выходное напряжение, полевой транзистор остается включенным. Однако, поскольку операция повышения отключена, выходное напряжение также снижается до уровня входного напряжения или ниже.

В режиме понижения токи, показанные на рисунках 5 и 6, повторяются:

Рисунок 5: Ток при включении полевого транзистора в понижающей цепи

Рисунок 6: Ток при отключении полевого транзистора в понижающей цепи

4 критических момента при проектировании схем преобразователя постоянного тока в постоянный

Среди технических требований для цепей преобразователя постоянного / постоянного тока критическими считаются следующие:

  1. Стабильная работа (не может быть нарушена из-за сбоя в работе, такого как ненормальное переключение, перегорание или перенапряжение)
  2. Высокая эффективность
  3. Малая пульсация на выходе
  4. Хорошая реакция на переходные процессы при нагрузке

Эти свойства можно до некоторой степени улучшить, изменив ИС преобразователя постоянного тока в постоянный и внешние детали.Вес этих четырех свойств зависит от конкретного приложения. Далее рассмотрим, как выбирать отдельные детали для улучшения этих свойств.

Следующая страница

Выбор частоты коммутации DC / DC преобразователя

Источник питания 5 В постоянного тока

Design (простое пошаговое руководство)

Ищете помощь в разработке источника питания 5 В самостоятельно? Что ж, добро пожаловать. В этом посте мы не просто проектируем блок питания, но и узнаем о расчетных расчетах, которые вы можете сделать самостоятельно.

Схема источника питания - это очень простая схема в обучении электронике. Практически каждый в электронике пытается это сделать. И я не могу сказать вам, насколько весело, когда вы закончите свой первый дизайн блока питания, протестируете его, и он будет работать нормально.

Хорошо!

Блок питания, который мы здесь разработаем, очень простой. Это линейный дизайн, основанный на технологии, он будет проходить вас на каждом этапе проектирования, попытается представить все простым языком, выполнит некоторые математические вычисления i.е. Если в схеме используется конденсатор, вы должны знать, зачем он нужен и как рассчитывается его значение.

Надеюсь, вам понравится этот пост и вы чему-нибудь научитесь. На всякий случай, если вам нравится заниматься электроникой, занимаясь своими руками, то этот набор для самостоятельного изготовления регулируемого блока питания (нажмите здесь) подойдет вам. Развлекайтесь 😀

Конструкция блока питания 5В постоянного тока

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы. Это помогает нам спроектировать отдельные участки схемы, а затем, в конце концов, собрать их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта представлена ​​ниже. Все очень просто. Он состоит из следующих четырех основных подблоков.

  • Трансформатор
  • Схема выпрямителя
  • Фильтр
  • Регулятор

Сначала я объясню каждый блок в целом, а затем мы перейдем к проектированию. Думаю, нужно понимать, какой блок что делает в первую очередь.

Итак, давайте попробуем разобраться в каждом разделе по отдельности.

Входной трансформатор

Трансформатор - это устройство, которое может повышать или понижать уровни напряжения в соответствии с законом передачи энергии.

Вопрос в том, зачем нам это нужно в нашей конструкции снабжения?

Что ж, в зависимости от вашей страны, переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В. Нам нужен входной трансформатор, чтобы понизить входящий переменный ток до требуемого нижнего уровня, то есть близкого к 5 В (AC). Этот более низкий уровень в дальнейшем используется другими блоками для получения необходимых 5 В постоянного тока.

Трансформатор - это устройство, которое используется для повышения или понижения уровня переменного напряжения, сохраняя одинаковую входную и выходную мощность.

Будьте осторожны, играя с этим устройством.

Поскольку вы используете сетевое напряжение, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь к клеммам голыми руками или плохими инструментами. Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какая линия находится под напряжением, идущим к трансформатору.

Выпрямительная схема

Если вы думаете, что трансформатор просто снизил напряжение до 5 В постоянного тока. Извините, вы ошибаетесь, как когда-то был я. Пониженное напряжение по-прежнему остается переменным. Чтобы преобразовать его в постоянный ток, нужна хорошая выпрямительная схема.

Схема выпрямителя - это комбинация диодов, расположенных таким образом, чтобы преобразовывать переменное напряжение в постоянное напряжение.

Без выпрямительной схемы невозможно получить необходимое выходное напряжение 5 В постоянного тока.Эта схема поставляется в красивых интегрированных корпусах, или вы также можете сделать ее с использованием четырех диодов. Вы увидите, как мы его проектируем, в следующих разделах.

В основном, существует два типа выпрямительных схем; полуволновой и двухполупериодный. Однако нас интересует полноценный выпрямитель, так как он более энергоэффективен, чем первый.

Фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящий переменный ток в постоянный, но, к сожалению, не превращает его в чистый постоянный ток.Выход выпрямителя пульсирует и называется пульсирующим постоянным током. Этот пульсирующий постоянный ток не считается подходящим для питания чувствительных устройств.
Итак, выпрямленный постоянный ток не очень чистый и имеет рябь. Задача фильтра - отфильтровывать эти пульсации и обеспечивать совместимость напряжения для регулирования.

Конденсаторный фильтр используется, когда нам нужно преобразовать пульсирующий постоянный ток в чистый или удалить искажения из сигнала

Практическое правило: напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы можно было точно регулировать.

Лучшим фильтром в нашем случае является конденсаторный. Вы, наверное, слышали, конденсатор - это устройство, накапливающее заряд. Но на самом деле его лучше всего использовать как фильтр. Это самый недорогой фильтр для нашей базовой конструкции блока питания 5 В.

Регулятор

Стабилизатор - это линейная интегральная схема, в которой используется стабилизированное постоянное выходное напряжение. Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменять выходное напряжение при изменении нагрузки.

Всегда требуется выходное напряжение, независимое от нагрузки.ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но и от изменений напряжения в сети.

Регулятор - это интегральная схема, используемая для обеспечения постоянного выходного напряжения независимо от изменений входного напряжения.

Надеюсь, вы разработали несколько основных концепций проектирования источников питания. Давайте пойдем дальше с реальной принципиальной схемой для нашей конкретной конструкции блока питания 5 В постоянного тока.

Принципиальная схема источника питания 5В постоянного тока

Ниже представлена ​​принципиальная схема указанного проекта.Вы получаете основной запас; напряжение и частота могут зависеть от вашей страны, предохранителя; для защиты схемы, трансформатора, выпрямителя, конденсаторного фильтра, светодиодного индикатора и регулятора IC.

Блок-схема реализована в программном обеспечении NI Multisim, хорошем программном обеспечении для моделирования для студентов и начинающих электронщиков. Я рекомендую потратить немного времени на то, чтобы поиграть с ним

Теперь перейдем к собственному дизайну.

Пошаговый метод проектирования источника питания постоянного тока 5 В

Вот в чем дело, мы сначала спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш источник питания постоянного тока был готов для наших проектов.

Итак, приступим к делу.

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Шаг 1: Выбор регулятора IC

Выбор микросхемы регулятора зависит от вашего выходного напряжения. В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5В, мы выберем ИС линейного регулятора LM7805.

Следующим шагом в процессе проектирования является определение номинальных значений напряжения, тока и мощности выбранной ИС регулятора.Это делается с помощью таблицы данных регулятора IC.

Ниже приведены номинальные характеристики и схема контактов LM7805 из таблицы данных.

Спецификация 7805 также предписывает использовать конденсатор 0,1 мкФ на выходной стороне, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки. И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсаций, если фильтрация находится далеко от регулятора.

Для дополнительной информации, для вывода положительного напряжения мы используем LM78XX.XX указывает значение выходного напряжения, а 78 указывает положительное выходное напряжение. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

Шаг 2: Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает экономию денег. Мы узнали, что минимальный вход для выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В (см. Значения в таблице выше). Итак, нам нужен трансформатор для понижения основного переменного тока, по крайней мере, до этого значения.

Но между регулятором и вторичной обмоткой трансформатора тоже есть выпрямитель на диодном мосту.Выпрямитель имеет собственное падение напряжения, то есть 1,4 В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Итак, математически:

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или как минимум на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этого, для конструкции блока питания 5 В постоянного тока мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В. Почему ток 1А? Поскольку IC регулятора имеет номинальный ток 1 А, это означает, что мы не можем пропускать ток, превышающий это значение.Выбор трансформатора с номинальным током выше этого потребует дополнительных денег. И нам это не нужно.

Шаг 3: Выбор диодов для моста

Как вы видите на принципиальной схеме, схема выпрямителя состоит из нескольких диодов. Чтобы сделать выпрямитель, нам нужно подобрать для него подходящие диоды. При выборе диода для мостовой схемы. Имейте в виду выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора i-e 9В в нашем случае.

Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который поставляется в корпусе IC. Но я не хочу, чтобы вы использовали его здесь, просто для изучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки (т.е. в данном случае 500 мА). И пиковое обратное напряжение (PIV) больше пикового вторичного напряжения трансформатора

Мы выбрали диод IN4001, потому что он имеет номинальный ток на 1 А больше, чем мы желаем, и пиковое обратное напряжение 50 В.Пиковое обратное напряжение - это напряжение, которое диод может выдерживать при обратном смещении.

Шаг 4: Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего конденсаторного фильтра необходимо помнить о его напряжении, номинальной мощности и емкости. Номинальное напряжение рассчитывается на основе вторичного напряжения трансформатора.

Практическое правило: номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20% больше, чем вторичное напряжение. Итак, если вторичное напряжение составляет 13 В (пиковое значение для 9 В), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте формулу ниже:

Где,

Io = ток нагрузки, т.е. 500 мА в нашей конструкции, Vo = выходное напряжение, т.е. в нашем случае 5 В, f = частота, например, 50 Гц

В нашем случае:

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 @ 50 Гц.У вас может быть сеть переменного тока 120 В при 60 Гц. Если да, то укажите значения соответственно.

Используя формулу конденсатора, практическое стандартное значение, близкое к этому значению, i-e 3.1847E-4, составляет 470 мкФ.

Другая важная формула приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R - это сопротивление нагрузки

. Rf - коэффициент пульсации, который для хорошей конструкции должен быть менее 10%. И на этом мы почти закончили с дизайном блока питания на 5 В.

Шаг 5: Обеспечение безопасности источника питания

Каждая конструкция должна иметь защитные приспособления для защиты от возгорания. Точно так же наш простой источник питания должен иметь один, то есть входной предохранитель. Входной предохранитель защитит наш источник питания в случае перегрузки.

Например, наша желаемая нагрузка может выдержать 500 мА. Если в случае, если наша нагрузка начнет плохо себя вести, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит нашу поставку.

Практическое правило при выборе номинала предохранителя: он должен быть как минимум на 20% больше, чем ток нагрузки.

Разработанный нами простой блок питания способен выдавать ток 1 А, что в некоторых случаях может быть использовано. Если вы решили использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить радиатор к микросхеме регулятора.

Больше удовольствия с электроникой

Электроника - это очень весело. Как только вы окунетесь в мир электроники, у вас всегда есть чем заняться.

Если вам нравится делать электронику своими руками, вам понравился этот пост, вы узнали все концепции дизайна, а теперь хотите создать свой собственный проект источника питания DIY.Вы хотите спаять и поиграть со всеми вышеупомянутыми компонентами, затем проверьте это, комплект источника питания Elenco (Amazon Link), вам будет интересен.

Кроме того, есть забавная книга под названием Make Electronics: Learning through discovery (Amazon link), , которая научит вас многим классным электронным устройствам на практике. Если вы найдете эту книгу интересной, попробуйте, и вы многому научитесь.

Заключение

Для меня, если вы любитель электроники или новичок, изучаете основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный источник питания.

Он поможет вам изучить электронику, а также даст вам лучший лабораторный источник питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу выразить словами, насколько весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это похоже на обучение на практике

Не указывайте только источник питания 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с допустимым током до 500 мА. И это было то, что я знаю, как проектировать источник питания постоянного тока на 5 Вольт.

Надеюсь, это была вам какая-то помощь.

Спасибо и удачной жизни.


Другие полезные сообщения

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *