Узнаем все про повышающие трансформаторы напряжения. Бытовые трансформаторы

Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

Особенности конструкции

Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.

Обозначение на схеме

Принцип действия

Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

Разновидности

Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия.

• Тороидальные . Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
• Стержневые . На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
• Броневые . В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
• Многообмоточные . Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

• Трехфазные . Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

• Однофазные . Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

Основные свойства

Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

• Мощность.
• Напряжение выхода.
• Частота.
• Габаритные размеры.
• Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии. К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:

• Круглая.
• Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

• Концентрические, на стержне.
• Дисковые, намотанные чередованием.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
• Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
• Компактные размеры.
• Малая масса.
• Удобство транспортировки и монтажа.
• Отсутствие помех.
• Плавная регулировка напряжения.
• Незначительный нагрев.

Недостатки

• Недолгий срок службы.
• Незначительная мощность.
• Высокая цена.

Как выбрать понижающие трансформаторы

Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

• Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
• Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
• Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

• Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
• Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
• Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор - это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.

Понятие трансформатора

Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.

Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).

Применение в сетях

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля - Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Магнитная система

Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2-4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

Охладительный резервуар

Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.

Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.

Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.

Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.

Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.

Особенности эксплуатации

Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.

Использование в параллельном режиме

Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:

Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.

Частота и регулирование мощности

В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.

Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.

Изоляция и перенапряжение

Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.

Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:

• кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2-4 часов;
• переходное перенапряжение длится от 2-5 наносекунд до 3-5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.

Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.

При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.

Трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию от одной части схемы к другой за счет магнитной индукции и, как правило, с изменением величины напряжения. Трансформаторы работают только с переменным электрическим током (AC).

Трансформаторы имеют важное значение в распределении электроэнергии. Они повышают напряжение, вырабатываемое на электростанциях до высоких значений с целью эффективной передачи электроэнергии. Другие трансформаторы понижают это напряжение в местах потребления.

Многие бытовые приборы оборудованы трансформаторами, для того чтобы по мере необходимости повысить или понизить напряжение поступающее из домашней электросети. Например, для работы телевизора и аудиоусилителя необходимо повышение напряжения, а для работы дверного звонка или термостата низкое напряжение.

Как работает трансформатор

Как правило, простой трансформатора состоит из двух катушек намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов, провода намотаны на стержень из железа, называемый сердечником.

Одна из обмоток, ее еще называют первичной обмоткой, подключается к источнику переменного тока, что в свою очередь приводит к появлению постоянно переменного магнитного поля вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной обмотке).

Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет масштаб понижения или повышения напряжения во вторичной обмотки. Данную величину еще называют коэффициентом трансформации.

Например, если у трансформатора имеется 3 витка первичной обмотке и 6 витков во вторичной обмотки, то напряжение во вторичной обмотке будет в 2 раз больше, чем в первичной. Такой трансформатор называется повышающий трансформатор.

И на оборот, если есть 6 витков в первичной обмотке и 3 виток во вторичной, то напряжение снимаемое с вторичной обмотки будет в 2 раз ниже чем в первичной обмотке. Этот вид трансформатора носит название понижающий трансформатор.

Так же следует иметь ввиду, что соотношение тока в обеих катушках находится в обратной зависимости к соотношению их напряжений. Таким образом, электрическая мощность (напряжение умноженное на силу тока) является одинаковой в обеих катушек.

Импеданс (сопротивление потоку переменного тока) первичной катушки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации. При правильном соотношении витков трансформатора можно добиться практически одинакового сопротивления обоих контуров.

Согласованные сопротивления имеют важное значение в стерео системах и других электронных систем, потому это позволяет передавать максимальное значение энергии от одного блока схемы другому.

Что и зачем повышает трансформатор? И за чей счёт?

Мы уже рассматривали, что такое трансформатор, теперь давайте немного подробнее рассмотрим, что такое повышающий трансформатор и для чего он используется. Начнём с простого примера, который поможет понять, зачем нужны повышающие трансформаторы.

Возьмите фонарик и убедитесь, что батарейки не сели, и лампочка ярко горит. А теперь выкрутите голову фонарика, и запитайте лампочку через кабель длиной метров 50-т. Сделайте это сами, если не поверите нам, что лампочка не загорится. Происходит это по причине слишком больших потерь в линии для этого напряжения. Отметим слово «напряжение».

Примерно то же самое произойдёт в обычной линии между двумя городами, если в линии будет 220В. Если в такой электропроводке отсутствует трансформатор, повышающий напряжение, до второго города электричество не доберётся, оно всё уйдёт на потери. По причине этих потерь энергетики и используют схему, при которой после генерации электричества, значительно повышается напряжение в точке генерации, электричество по линиям высоких напряжений передаётся потребителю, где потом понижается до нужного значения и раздаётся потребителям.

Итак, очень грубыми мазками схема в этом случае выглядит так:

• Генератор, вырабатывающий электроэнергию;
• Повышающий трансформатор;
• Линия передачи энергии;
• Понижающий трансформатор;
• Местные электросети;
• Потребитель электроэнергии.

Для наглядности можно привести вот такую картинку:

Почему именно энергетика? Дело в том, что это основная сфера применения повышающих трансформаторов, если говорить об удельном вкладе трансформаторов в трансформацию электроэнергии. То есть именно в этой сфере они наиболее востребованы, и без них невозможно представить современные энергосистемы.

Для того чтобы понять, каким образом напряжение из 110В повышается до 220В, или меняются токи, нужно вспомнить о том, что закон сохранения энергии никто не отменял и никакого «дармового» электричества трансформатор не вырабатывает. Кстати, именно на манипулировании законами физики строится , стоит их воткнуть в розетку.

Как раз наоборот, повышающий трансформатор отлично иллюстрирует закон сохранения энергии. Почему? Да потому, что если рассмотреть трансформатор как замкнутую систему, то мы получим:

• Входящую энергию (U1) на первичной обмотке (электричество), количество витков которой обозначается N1;
• Индуцированное в магнитопроводе (сердечнике) переменное магнитное поле;
• Исходящую энергию (U2) на вторичной обмотке, количество витков N2.

(Отношение U2 к U1 даёт параметр k, называемый коэффициентом трансформации.)

Так вот, если в этой системе количество витков будет одинаковым, то мы получим на выходе то же самое напряжение, минус потери в самом трансформаторе. Это первая иллюстрация. Вторая заключается в том, что если количество витков будет различаться, то мы получим на выходе напряжение выше или ниже, но при этом в замкнутой системе «трансформатор» мощность останется одинаковой на входе и выходе (минус потери в самом трансформаторе).

На заметку . Это стоит ещё раз обдумать. Некоторые эффекты в электротехнике кажутся неспециалистам чудом, но все эти эффекты всегда точно соответствуют закону сохранения энергии. Поэтому прежде чем думать, как выбрать и куда установить прибор, «который точно сэкономит много денег», вспомните про этот пример.

Таким образом, повышающий трансформатор работает в строгом соответствии с законами сохранения энергии и электромагнитной индукции в сетях переменного тока, изменяя напряжение и токи, но не изменяя мощность.

А можно ли заменить трансформатор?

Виды, типы и сферы применения трансформатора повышающего напряжения найти в сети не просто, а очень просто. Пробежимся, чтобы не искать:

• По фазности (одна или три);
• По обмоткам (две или три (разновидности с расщеплённой обмоткой)). Однообмоточные тоже есть, это автотрансформаторы;
• По изоляции (масляные, сухие и с негорючим заполнением);
• По роду охлаждения (масляное – естественное, с воздушным дутьём и с принудительной циркуляцией, воздушное и при помощи азотной подушки).

Маркировка повышающих трансформаторов (точнее всех трансформаторов) выглядит так:

Все эти приборы хорошо описаны, распространены и имеют самые разные сферы применения: от крупной энергетики, до очень небольших бытовых приборов.

На самом деле, большинство трансформаторов, повышающих напряжение, заменить другими приборами просто невозможно, но, тем не менее, как сказал классик – «Незаменимых людей нет» (с).

Изменить в электросети напряжение или токи можно и другими способами, причём потери окажутся сравнимыми, а в ряде случаев даже ниже. Один из примеров это так называемая Т-образная схема трансформации:

Может показаться, что это, собственно говоря, и есть схема трансформатора, повышающего или понижающего. Но на самом деле разница вот в чём:

Это как раз схема трансформатора, из которой прекрасно видно, что обмотки между собой никак не связаны, и ток во вторичной обмотке индуцируется без участия проводов, если можно так выразиться. А вот в Т-образной схеме замещения трансформатора хорошо видно, что разрыва проводов нет.

При этом, мы так же, как в повышающем трансформаторе получим различные напряжения U1 и U2. Такие способы применяются там, где использовать обычный трансформатор, повышающий напряжение не представляется возможным. Так что, трансформатор можно собрать своими руками и подключить там, где надо, если есть такая необходимость.

На правах заключения несколько слов о судьбе трансформаторов

Не думайте, что мы решили удариться в фантастику, мы люди практичные и реалисты. Но, тем не менее, сегодня в плане генерации дело обстоит таким образом, что вполне возможно, трансформаторы через десяток лет не будут иметь такого широкого применения. Пример чуть выше, это только один из вариантов, но главное не в этом.

Конечно, они будут служить ещё десятки лет, но в главной сфере использования - энергетике, повышающий трансформатор нужен только как вторичный, вспомогательный прибор. И нужен он только для передачи электроэнергии на большие расстояния. Однако уже сегодня видно, что за последние 30-ть лет фокус этого применения всё больше смещается в сторону крупных предприятий. Если 30-ть лет назад частный дом, не подключенный к электросети, был экзотикой, то сегодня есть уже целые посёлки, которые никак не используют сети общего назначения. Более того, эти посёлки сами являются генерацией, подпитывая энергосистемы излишками энергии.

Это прогресс и процесс, который им однажды запущен, обязательно придёт к логическому завершению. Лампа накаливания, пожалуй, один из первых приборов, получивший широкое распространение, и ещё 50-ть лет назад многим казался вечным атрибутом системы освещения. Но процесс идёт и уже через десяток лет это будет анахронизм. Не считайте это лирическим отступлением, это относится поголовно ко всем электроприборам. Именно по этой причине мы так насторожено относимся к новинкам, часть из которых откровенное надувательство, а часть тупиковые ветви эволюции, как, например .

Одна из задач, которую пытается решать наш коллектив авторов, это как раз попытаться спрогнозировать, оценить на уровне инстинкта, если угодно, какие из новинок займут достойное место в наших домашних электросетях, а какие останутся дорогими игрушками и бесполезной тратой денег. Мы, конечно, можем ошибаться, но будем стараться аргументировать своё понимание этих вопросов, особенно в краткосрочных перспективах.

Повышающие трансформаторные преобразователи напря­жения на транзисторах широко используются в нестационарных и полевых условиях для замены сети 220 В 50 Гц для питания сете­вой аппаратуры и приборов.

Такие преобразователи должны обеспечивать выходную мощность от единиц до сотен ватт при питании от аккумуляторов или генераторов постоянного тока напряжением от 6 до 24 В.

Обычно в качестве преобразователей напряжения повы­шенного напряжения используют автогенераторные преобразо­ватели или трансформаторнью преобразователи с внешним возбуждением.

Пример двухтактного трансформаторного автогенератора , преобразующего постоянное напряжение 12 Б в перемен­ное 220 В, показан на рис. 10.1. Преобразователь работает на по­вышенной частоте преобразования - 500 Гц (под нагрузкой) и 700 Гц на холостом ходу. КПД преобразователя около 75%. Такой преобразователь можно использовать, преимущественно, для пи­тания активной нагрузки, например, паяльника, осветительной лампы. Его выходная мощность - до 40 Вт.

Резистор R1 является ограничителем базового тока. Цепь R2, С1 создает запускающий импульс тока в момент включения питания генератора. Дроссель L1 ДПМ-0,4 снижает вероятность самовозбуждения преобразователя на повышенной частоте (бо­лее 10 кГц).

Для трансформатора Т1 использован магнитопровод транс­форматора кадровой развертки (ТВК). Все его обмотки перемо­таны. Обмотки I и II содержат по 30 витков провода ПЭВ 0,6…0,8. Обмотка III содержит 20 витков провода ПЭВ 0,16…0,2; обмотка IV - 1000 витков такого же провода. Намотка обмоток I и II ве­дется одновременно в два провода виток к витку. Обмотка III

Рис. 10.1. Схема преобразователя напряжения средней мощности

Рис. 10.2. Схема мощного преобразователя напряжения

наматывается также виток к витку. Обмотка IV - внавал равно­мерно по каркасу.

Повышающий трансформаторный преобразователь напря­жения аккумулятора (рис. 10.2) позволяет получить на выходе на­пряжение 220 В 50 Гц, потребляя при напряжении 12 В ток 5A[^ 0.2].

В основе устройства - задающий генератор прямоуголь­ных импульсов, выполненный по схеме мультивибратора, типовая схема которого была приведена ранее на рис. 1.1. Рабочая часто­та этого генератора должна быть 50 Гц. Поскольку выходная мощность задающего генератора невелика, к выходам мульти­вибратора подключены двухкаскаднью усилители мощности, по­зволяющие получить усиление по мощности до 1000 раз.

На выходе усилителя включен повышающий низкочастотный трансформатор Т1. Диоды VD1 и VD2 защищают выходнью транзи­сторы преобразователя при их работе на индуктивную нагрузку.

В качестве трансформатора Т1 можно использовать унифи-цированнью трансформаторы типа ТАН или Г/7/7. Транзисторы VT1 и VT4 допустимо заменить на КТ819ГМ (с радиаторами); VT2 и VT3 - КТ814, КТ816, КТ837; диоды VD1 и VD2 - Д226.

Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в перемен­ное 220 В (рис. 10.3) может обеспечить выходную мощность 100 Бт . Максимальная выходная мощность преобразователя - 100 Вт, КПД -до 50%.

Рис. 10.4. Схема простого преобразователя напряжения

Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах VT2 и VT3 {КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах VT1 и VT4 {КТ825). Эти транзисторы установлены без изолирующих прокладок на общий радиатор.

Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 Л.

В качестве силового использован готовый сетевой транс­форматор на 100 Вт (сечение центральной части железного сер­дечника - около 10 cм^). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8 Б/10 Л каждая.

Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R3 и R4.

Преобразователь напряжения повышенной мощности рабо­тает от аккумуляторной батареи (рис. 10.5) и позволяет получить на выходе переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц . Мощность нагрузки может достигать 200 Вт.

Трансформатор Т1 намотан на ленточном магнитопроводе ШЛ12х20. Первичная обмотка содержит 500 витков ПЭВ-2 0,21, отвод от середины. Обмотки управления имеют по 30 витков того же провода диаметром 0,4 мм.

Трансформатор Т2 - также на ленточном магнитопроводе ШЛ32х38. Первичная обмотка содержит 96 витков провода ПЭВ-2 2,5, отвод от середины. Вторичная обмотка имеет 920 витков про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм.

Выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах площадью по 200 cм^. Сильноточные токовводы должны иметь сечение не менее 4 мм^.

Работа преобразователя проверялась от аккумулятора 6СТ60.

Для питания электробритвы от автомобильной бортовой сети с постоянным напряжением 12 В предназначено следующее устройство (рис. 10.6) . Оно потребляет под нагрузкой ток около 2,5 у4.

В преобразователе задающий генератор на триггере DD1.1 вырабатывает частоту 100 Гц. Потом делитель частоты на триг­гере DDI.2 уменьшает ее в 2 раза, а предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2 раскачивает усилитель мощности на транзисторах VT3, VT4, нагруженный на трансформатор Т1. За­дающий генератор обладает стабильностью частоты не хуже 5% при изменении питающего напряжения от 6 до 15 S. Делитель частоты одновременно играет роль симметрирующей ступени, позволяя улучшить форму выходного напряжения преобразова­теля. Микросхема DDI К561ТМ2 {564ТМ2) и транзисторы предва­рительного усилителя питаются через фильтр R9, СЗ и С4. Вторичная обмотка трансформатора Т1 с конденсатором С5 и нагрузкой образуют колебательный контур с резонансной часто­той около 50 Гц.

Рис. 10.5. Схема преобразователя напряжения повышенной мощности

Рис. 10.6. Схема преобразователя напряжения для питания электробритвы

Трансформатор Т1 можно изготовить на основе любого сетевого трансформатора мощностью 30…50 Вт. Все ранее су­ществовавшие вторичнью обмотки с трансформатора удаляют (сетевая будет служить новой вторичной обмоткой), а вместо них наматывают проводом ПЭЛ или ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм две полуобмотки, каждая с числом витков, соответствующим ко­эффициенту трансформации около 20 по отношению к остав­ленной обмотке на 220 В. Если число витков вьюоковольтной обмотки неизвестно, количество витков низковольтной обмотки определяют экспериментально, подбором числа витков до полу­чения на выходе преобразователя напряжения 220 В.

Емкость конденсатора С5 подбирают из условия получения максимального выходного напряжения при подключенной нагрузке.

Схема преобразователя (рис. 10.6) была упрощена В. Ка-равкиным . Усовершенствования коснулись только задаю­щего генератора, схема которого показана на рис. 10.7. Этот генератор работает на частоте 50 Гц.

Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в перемен­ное 220 В (рис. 10.8) при подключении к автомобильному аккуму­лятору емкостью 44 А-ч может питать 100-ваттную нагрузку в течение 2…3 часов . Задающий генератор на симметричном мультивибраторе (VT1 и VT2) нагружен на мощные парафазные ключи (VT3 - VT8), коммутирующие ток в первичной обмотке

Рис. 10.7. Вариант схемы задающего генератора для преобразо­вателя напряжения

Рис. 10.8. Схема преобразователя напряжения на 100 Вт

повышающего трансформатора Т1. Мощные транзисторы VT5 и VT8 защищены от перенапряжений при работе без нагрузки дио­дами VD3 и VD4.

Трансформатор выполнен на магнитопроводе ШЗбхЗб, низ­ковольтные обмотки Г и I" имеют по 28 витков провода ПЭЛ диа­метром 2,1 мм, а повышающая обмотка II - 600 витков ПЭЛ диаметром 0,6 мм, причем сначала наматывают W2, а поверх нее двойным проводом (с целью достижения симметрии полуобмоток) W1. При налаживании с помощью резистора R5 добиваются ми­нимальных искажений формы выходного напряжения.

Схема преобразователя напряжения на 300 Вт показана на рис. 10.9 . Задающий генератор преобразователя собран на однопереходном транзисторе VT1, резисторах R1 - R3 и кон­денсаторе С2. Частоту генерируемых им импульсов, равную 100 Гц, D-триггер на микросхеме DDI К561ТМ2 делит на 2. При этом на выходах триггера формируются парафазные импульсы, следующие с частотой 50 Гц. Они через буферные элементы - инверторы /СМО/7-микросхемы К561ЛН2 управляют ключевыми транзисторами (блок 1), включенными по схеме двухтактного усилителя мощности. Нагрузкой этого каскада служит трансфор­матор Т1, повышающий импульсное напряжение до 220 В.

Рис. 10.9. Схема преобразователя напряжения на 300 Вт

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ПЛ25х100х20. Обмотки I и II содержат по 11 витков из алюми­ниевой шины сечением 3×2 мм, обмотка III выполнена проводом ПБД диаметром 1,2 мм и имеет 704 витка.

Приступая к налаживанию устройства плюсовой проводник источника питания отключают от точки соединения обмоток I и II трансформатора Т1 и, пользуясь осциллографом, проверяют час­тоту и амплитуду импульсов на базах транзисторов. Амплитуда импульсов должна быть около 2 S, а их частоту следования, рав­ную 50 Гц, устанавливают резистором R1.

Каждый из выходных транзисторов установлен на теплоот­воде с площадью около 200 см^. Резисторы в коллекторных цепях транзисторов изготовлены из нихромового провода диаметром 1,2 мм (10 витков на оправке диаметром 4 мм). Если их включить в эмиттерные цепи транзисторов, то транзисторы каждого плеча можно будет установить на общий теплоотвод.

Нагрузку к преобразователю допускается подключать толь­ко после того, как на схему будет подано питание.

Все рассмотренные ранее повышающие преобразовате­ли имели нерегулируемое и нестабилизированное выходное напряжение.

На рис. 10.10 показан простой повышающий преобразова­тель , к достоинствам которого можно отнести:

Стабилизированное выходное напряжение;

Возможность регулировки величины выходного напряжения в значительных пределах;

Применение широко распространенных элементов;

Использование в качестве Т1 типового трансформатора ТН-46-127/220-50 без каких-либо переделок.

Рис. 10.10. Схема повышающего преобразователя 9…12,6 В/220 В, 18 Вт с регулируемым стабилизированным выходным напряжением переменного тока

Преобразователь выполнен на транзисторах VT4 и VT5 по классической схеме Ройера. Его питание осуществляется от регу­лируемого стабилизатора напряжения на транзисторах VT1 - VT3. Следует иметь в виду, что транзисторы VT3 - VT5 обяз^-тельнб должны быть установлены на теплоотводящих пластинах. Составной стабилитрон VD1 - VD2 {КС147А и КС133А) можно за­менить на КС182. Максимальный ток нагрузки - до 100 мА.