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

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

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

Характеристики трансформатора

Конструкция ящика с трансформатором может быть самой разнообразной. Главным элементом механизма является ферромагнитный сердечник, обмотки которого обрамлены специальным проводником из меди. Первичная часть обмотки контролирует напряжение в сети, вторичная же занимается снятием сниженного напряжения.

Сердечник излучает переменный ток, который создает связь между двумя существующими обмотками. Обмотки не связаны друг с другом электрическим током. К слову, способность снижать напряжение возникает благодаря различию в количестве завитков между этими составляющими.

Чаще всего эти элементы защищены специальным корпусом, однако особенности строения и разновидностей допускают различные вариации.

Типы

В рабочем состоянии сердечник трансформатора постоянно испытывает воздействие переменного магнитного поля, которое вызывает образование вихревых токов вокруг него. Это приводит к нагреванию магнитопровода, а, значит, затрачивается полезная энергия. Процент потерь зависит от:

• материала сердечника;
• частотной характеристики перемагничивания;
• максимального показателя магнитной индукции.

Чем легче намагнитить металл, тем он проще перемагничивается со взаимным уменьшением потерь. Поэтому сердечники производят из стали с выраженными магнитными свойствами. Явление вихревых токов в монолитных проводниках набирает максимальные обороты, так как материал наделен небольшим сопротивлением. Для уменьшения потерь, связанных этим, данное сопротивление увеличивают путем сборки магнитопровода из стальных листов, не превышающих по толщине 0,5 мм, с изоляцией в виде лака и окалины. Изоляционная прослойка не позволяет вихревым токам оказывать влияние на магнитный поток в сердечнике, что положительно сказывается на потерях. Сборку осуществляют по одной из двух технологий:

• встык – собирают собственно сердечник, затем на него насаживают обмотки, на завершающем этапе все скрепляют ярмом воедино (более простой способ, но потери выше);
• впереплет (шихтование) – пластины каждого следующего ряда перекрывают стыки предыдущего (больший спрос в связи с меньшими потерями).

Геометрия и тип магнитопровода определяют типовые различия трансформаторов. По типу магнитопровод может быть ленточным или пластинчатым. В свою очередь, его форма дает наименование и обозначение: броневые магнитопроводы выполняют Ш-образными и обозначают буквой Ш, стержневые – П-образными и П, кольцевые – О-образными и О, трехфазные магнитопроводы создают Е-образной формы, а ортогональные обозначают тремя буквами ОПЛ. К ленточным магнитопроводам в обозначение добавляется буква Л, к примеру, ШЛ, ПЛ, ОЛ, ЕЛ.

Таким образом броневой трансформатор может быть типа Ш или ШЛ.

Ш

Самый распространенный тип БТ. Средний стержень с проходящим по нему общим потоком замыкается двумя крайними стержнями. Сечение крайних стержней равно половине сечения среднего.

ШЛ

Ленточные (витые) броневые магнитопроводы ШЛ имеют также следующие подтипы:

• ШЛМ – с пониженным соотношением I1/I;
• ШЛО – с расширенным окном;
• ШЛП – с повышенным соотношением B/l;

Виды понижающих трансформаторов

• Однофазные модели являются самыми популярными, подключаются к одноименной сети.
• К трехфазным относятся понижающие трансформаторы 380 В, которые снижают уровень напряжения до нужного уровня.
• Многообмотчатый тип содержит более двух обмоток.
• Броневой типаж не отличается большой мощностью. Обрамлен магнитоприводом.
• Тороидальный типаж является излюбленным для мастеров радиоэлектроники. Является достаточно миниатюрным, но мощным.
• Стержневые трансформаторы не отличаются витиеватостью конструкций и отлично справляются со средним и высоким напряжением.

Режимы работы

Т, как и любой вторичный источник питания, имеет определенные режимы работы. Режимы отличаются потреблением I. Существует 2 режима: холостого хода и нагрузки. При холостом ходе Т потребляет минимальное количество I, которое используется только на намагничивание и потери в обмотках на нагревание. Кроме того, происходит рассеивание магнитного поля. Ф создается I магнитодвижущей силы, которую генерирует первичная обмотка. В этом случае I холостого хода составляет 3−10% от номинального показателя (Iн).

При нагрузке во II обмотке появляется I, а значит — и магнитодвижущая сила (МДС). По закону Ленца: МДС II обмотки действует против МДС первичной обмотки. При этом ЭДС в первичной обмотке во время нагрузки Т равна U и прямо пропорциональна Ф. В этом случае получение k можно записать в виде: I1 / I2 = w2/w1 = 1/k.

Исходя из формул для расчета k, можно получить еще одно соотношение Т: e1 * I1 = e2 * I2 = 1.

Это соотношение показывает, что мощность, потребляемая первичной обмоткой, равна мощности, которую потребляет II обмотка при нагрузке. Мощность Т измеряется в вольт-амперах (ВА).

Функции трансформаторов

Итак, зачем же нужны понижающие трансформаторы? Начнем с того, что очень часто этот механизм регулирует силу напряжения в сети в промышленных зданиях.

Так, понижающий трансформатор 220 В нашел широкое применение в промышленности и домашнем хозяйстве. Кроме бытового значения, данные конструкции снижают напряжение в линиях электропередач и регулируют работу тока.

Принцип действия

Действие электромагнитных потей трансформатора
Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе, согласно которому действующее в витке переменное э/м поле наводит ЭДС в расположенном рядом проводнике. Явление названо законом электромагнитной индукции Фарадея, который первым обнаружил этот интересный эффект. Для его обоснования ученый разработал целую теорию, которая легла в основу работы большинства современных электротехнических устройств и агрегатов.

Основные ее положения:

• при прохождении тока через виток провода вокруг него формируется магнитный поток, захватывающий все такие же витки, расположенные рядом;
• под воздействием этого потока в них наводится ЭДС, по форме изменений совпадающая с исходным полем;
• при наличии в нем ферромагнетика действие этого эффекта усиливается.

Все эти принципы заложены в основу действия современного трансформаторного изделия. При подключении к вторичной обмотке нагрузки рабочая цепь замыкается, а энергия практически без потерь передается потребителю.

Как выбрать понижающий трансформатор?

Существует масса разновидностей и типажей трансформаторов, однако при их выборе следует отдавать внимание ниже указанным характеристикам:

• Параметр входящего напряжения, параметр которого обычно промаркирован на корпусе изделия. Для бытовых целей используется трансформатор 220 В.
• Маркировка на корпусе устройства также должна свидетельствовать о величине выходящей энергии. Для того, чтобы ознакомиться подробнее с особенностями корпуса и маркировки, рекомендуем ознакомиться с фото понижающих трансформаторов на просторах Сети.
• Сделайте следующие расчеты для правильного подбора характеристик мощности. Сложите величину энергии всех устройств, которые будут подключены к устройству и прибавьте еще 20%.

Блок питания для галогенных ламп 12 вольт

Напряжение сети 220 В попадает через фильтры на специальную часть схемы, называемую драйвер. Ток, проходя через ключевой транзистор и первичную обмотку, насыщает сердечник, образовывая ЭДС на сигнальных витках.

Появившийся ток заряжает конденсатор автоколебательного контура, напряжение на обкладках конденсатора повышается до тех пор, пока транзистор не закроется. Разность потенциалов на сигнальной обмотке исчезает, и конденсатор разряжается через неё, при этом транзисторный ключ вновь открывается. Весь процесс происходит заново, его частота составляет порядка десятков тысяч Герц. Для получения постоянного напряжения 12 В к выходу устройства подключается диодный мост со сглаживающим электролитическим конденсатором.

Плюсы и минусы трансформаторов

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

• Безопасность человека дома и в условиях промышленности гарантируется данным механизмом, который снижает уровень интенсивности электрического тока до 12 В, тем самым гарантируя сохранение жизни и здоровья.
• Входящее напряжение имеет не слишком большое значение, поскольку выходящий ток имеет стабильные характеристики.
• Компактность и миниатюрность коробки.
• Простота в перемещении и установке.
• Слабый нагрев корпуса.
• Аккуратная регуляция напряжения.

• Не слишком долгое время служения.
• Высокая стоимость.
• Недостаточная мощность.

Область применения

Сегодня множество приборов, используемых в быту, требует пониженного напряжения. Это современные телевизоры, персональные компьютеры и ноутбуки, различные гаджеты.

Однако эти прибору идут либо в комплекте с трансформатором, называемым блоком питания, либо он встроен в устройство. А вот освещение – отдельный вопрос.

Галогенные или светодиодные лампы (особенно устанавливаемые в помещениях с повышенной влажностью) требуют наличия отдельного устройства понижения напряжения. Это обусловлено требованиями безопасности, хотя и экономичность играет не последнюю роль.

Приобретая трансформатор для светодиодных ламп 12 вольт для ванной комнаты, нужно обратить внимание на класс защиты IP. Устройство должно быть защищено от брызг во избежание короткого замыкания и выхода из строя. Для гостиной или спальни — это требование несущественно.