Transformator napona. Kako povećati istosmjerni i izmjenični napon

Transformator, uređaj koji magnetskom indukcijom i u pravilu mijenjanjem veličine napona prenosi električnu energiju s jednog dijela kruga na drugi. Transformatori rade samo s izmjeničnom električnom strujom (AC).

Transformatori su važni u distribuciji električne energije. Oni povećavaju napon koji se stvara u elektranama na visoke vrijednosti u svrhu učinkovitog prijenosa električne energije. Drugi transformatori smanjuju ovaj napon na mjestima potrošnje.

Mnogi kućanski uređaji opremljeni su transformatorima kako bi po potrebi povećali ili smanjili napon koji dolazi iz kućne električne mreže. Na primjer, TV i audio pojačalo zahtijevaju visok napon za rad, ali zvono na vratima ili termostat zahtijeva niski napon za rad.

Kako radi transformator?

Obično se jednostavni transformator sastoji od dvije zavojnice omotane izoliranom žicom. U većini transformatora, žice su omotane oko željezne šipke koja se naziva jezgra.

Jedan od namota, koji se naziva i primarni namot, spojen je na izvor izmjenične struje, što zauzvrat dovodi do pojave konstantno izmjeničnog magnetskog polja oko namota. Ovo izmjenično magnetsko polje, pak, stvara izmjeničnu struju u drugom namotu (sekundarni namot).

Vrijednost, definirana kao omjer broja zavoja u primarnom namotu i broja zavoja u sekundarnom namotu, određuje ljestvicu smanjenja ili povećanja napona u sekundarnom namotu. Ova se vrijednost naziva i koeficijent transformacije.

Na primjer, ako transformator ima 3 zavoja u primarnom namotu i 6 zavoja u sekundarnom namotu, tada će napon u sekundarnom namotu biti 2 puta veći nego u primarnom. Takav transformator naziva se transformator za povećanje.

I naprotiv, ako ima 6 zavoja u primarnom namotu i 3 zavoja u sekundaru, tada će napon uklonjen iz sekundarnog namota biti 2 puta manji nego u primarnom namotu. Ovaj tip transformatora naziva se silazni transformator.

Također treba imati na umu da je omjer struja u obje zavojnice obrnuto proporcionalan omjeru njihovih napona. Dakle, električna snaga (napon puta struja) je ista u obje zavojnice.

Impedancija (otpor proticanju izmjenične struje) primarne zavojnice ovisi o impedanciji sekundarnog kruga i omjeru transformacije. Uz ispravan omjer zavoja transformatora, možete postići gotovo isti otpor oba kruga.

Usklađeni otpori važni su u stereo sustavima i drugim elektroničkim sustavima jer omogućuju prijenos maksimalne energije iz jednog bloka kruga u drugi.

Pad napona u primarnoj 220 voltnoj mreži ponekad je vrlo ozbiljan problem u ruralnim područjima, ali i ne samo. Hladnjak neće upaliti, peć neće grijati, ne možete ga peglom ispeglati, ne možete ga lemiti lemilicom, ali nikad se ne zna…. Ako pad napona za uređaje za grijanje koji imaju aktivni otpor za mrežu nije smrtonosan fenomen, onda za opremu u koju su ugrađeni motori, posebno hladnjaci, može biti posljednji u njihovom životu.

Počnimo s nečim jednostavnim, s opremom za grijanje. Budući da oblik napona za grijače uopće nije bitan, njima podizanje efektivne (rms ili efektivne) vrijednosti napona napajanja ne predstavlja problem. Pogledajmo dijagram.

Ovaj dodatak prvo ispravlja mrežni napon (slika 2) (slika 2), a zatim, koristeći energiju pohranjenu u kondenzatorima, povećava efektivni napon, vidi sliku 3.

Ispravljački most može se koristiti ili gotov ili zalemljen od zasebnih dioda. U ruralnim područjima nadzemni električni vodovi i visoki naponski udari nije neuobičajeno, pa pri odabiru ispravljačkih elemenata obratite pozornost na maksimalni radni napon dioda. Što više to bolje, u razumnim granicama naravno. Radna struja dioda trebala bi premašiti struju opterećenja za 2 do 3 puta.Kapacitivnost kondenzatora morat ćete odabrati sami. Ovisi o veličini pada mrežnog napona i o snazi ​​vašeg grijača. Budite oprezni s ovim set-top boxom; ako se mrežni napon vrati na normalu, tada će napon na njegovom izlazu biti viši od radnog napona opterećenja. Veličina prekomjernog napona ovisi o kapacitetu trenutno spojenih kondenzatora. Otuda i potrebna rezerva struje diode. Imam takav nastavak za veliki lemilicu od 100W u obliku sjekire, za brzo zagrijavanje.

Sada o, na primjer, hladnjaku. Ovaj drug treba varijabilni sinus. Naravno, možete kupiti i autotransformator i stabilizator. No, možete se snaći s jednostavnim transformatorom, tzv transformator za povećanje napona. Pogledajmo dijagram.

Dijagram pokazuje da je dodatni namot transformatora spojen u seriju s gornjom žicom mreže od 220 volti. Ako je uključen u fazi s mrežom, onda će se naponi zbrajati (kada napon treba povisiti).Ako je uključen u fazi, tada će napon mreže i napon na sekundarnom namotu transformatora će se oduzeti, to je slučaj kada napon treba smanjiti.

Kako povećati napon mreže, izračuni.

Ajmo sada malo izračunati, barem okvirno. Recimo da imate pad napona od trideset volti. Potrebna struja opterećenja je pet ampera. Iz toga slijedi da nam je potrebna snaga od 150W. Transformator iz starog cijevnog TV-a zajamčeno će se nositi s ovom snagom. Na primjer, TS-180.
Preuzimanje parametara transformatora TS-180, TS-180-2, TS180-2V

Dakle, preuzeli smo podatke, pronašli TS-180, zbrojite sve zavoje primarnih namota, 375+58+375+58=866 zavoja. Nalazimo broj zavoja po voltu 866/220 = približno 4 zavoja po voltu. Da bismo dobili potrebnih 30 V, pomnožimo 30 sa 4 = 120 zavoja. 60 zavoja po svitku (TC-180 ima dva). Promjer žice za pet ampera je 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7∙2,236 ≈ 1,56 mm. Nekoliko pojašnjenja. Nakon rastavljanja tvorničkih transformatora, uvijek povećavam broj zavoja primarnog namota, prije svega, to je zbog činjenice da neće biti moguće ponovno sastaviti jezgru, kao što se radi u proizvodnim uvjetima. Stoga je zajamčeno povećanje struje praznog hoda (moguće nekoliko puta zbog odsutnosti ferofilera u razmaku, budući da je jezgra podijeljena). A jezgra oklopa ne može se u potpunosti sastaviti; ploče 1,2,3 će i dalje ostati.

Vjerojatno ste već primijetili da takav transformator može pokretati motor od jednog kilovata. U krugu nema prekidača za spajanje našeg transformatora. Može se prebacivati ​​kao primarni namot transformatora, ali će biti gubitaka zbog stalnog uključenja sekundarnog namota u mrežu, pa prebacite sam sekundarni namot, ali će biti gubitaka zbog stalno uključenog primarnog namota. Dok sam pisao ovaj tekst, pala mi je na pamet jedna ideja. Sada ću to završiti i nacrtati dijagram. Dakle, za prebacivanje transformatora trebat će vam dva prekidača ili jedan s više smjerova. Sada je sve u ideji, nacrtao sam dijagram. Pogledajmo dijagram.

I tako, prekidač je u donjem položaju, transformator dodaje napon. Prekidač je u gornjem položaju, primarni namot je u kratkom spoju, što znači da postoji kratki spoj u sekundarnom namotu, a to nije ništa drugo nego da je transformator nestao, ostaje samo aktivni otpor sekundarnog namota.

Soooo...k, rođena je još jedna shema. Sada ću to nacrtati. Zašto se ovoga nisam prije sjetio, iako je to možda netko davno nacrtao na internetu. Da vidimo.

Ako su prekidači oba na dnu ili oba na vrhu, tada nema transformatora u krugu, primarni namot je u kratkom spoju, preostali aktivni otpor je manji od Ohma. Sada lijevo gore, desno dolje - transformator, na primjer, dodaje napon, a desno gore lijevo dolje - smanjuje. Pa, to je sve, možda nekome bude korisno. Sretno. K.V.Yu. Da, još malo, još malo. A ako umjesto prekidača koristimo H-most od tranzistora s efektom polja, pa čak i mikrokontroler koji prati razinu mrežnog napona, onda vjerojatno možete napraviti relejni stabilizator izmjeničnog napona s malim (relativno) transformatorom za veliku (relativno) snagu. Tko bi sve to napravio? Barem ima o čemu razmišljati.
Preuzmite članak

Što i zašto povećava transformator? I na čiji račun?

Već smo pogledali što je transformator, sada pogledajmo malo pobliže što je step-up transformator i za što se koristi. Započnimo s jednostavnim primjerom koji će vam pomoći razumjeti zašto su potrebni transformatori za pojačavanje.

Uzmite svjetiljku i uvjerite se da baterije nisu prazne i da je svjetlo jako. Sada odvrnite glavu svjetiljke i napajajte žarulju preko kabla dugog 50 metara. Učinite to sami ako nam ne vjerujete da se lampica neće upaliti. To se događa jer su gubici u liniji previsoki za ovaj napon. Zapazimo riječ "napetost".

Otprilike isto će se dogoditi na redovnoj liniji između dva grada ako linija ima 220V. Ako takvo električno ožičenje nema transformator koji povećava napon, struja neće doći do drugog grada, sve će otići u gubitke. Zbog tih gubitaka, elektroenergetičari koriste shemu u kojoj se nakon proizvodnje električne energije napon na mjestu proizvodnje značajno povećava, električna energija se visokonaponskim vodovima prenosi do potrošača, gdje se zatim reducira na potrebnu vrijednost i distribuira na potrošači.

Dakle, vrlo grubo, dijagram u ovom slučaju izgleda ovako:

• Generator koji proizvodi električnu energiju;
• Step-up transformator;
• dalekovod električne energije;
• Step-down transformator;
• Lokalne električne mreže;
• Potrošač električne energije.

Radi jasnoće, evo slike:

Zašto energija? Činjenica je da je ovo glavno područje primjene pojačanih transformatora, ako govorimo o specifičnom doprinosu transformatora transformaciji električne energije. Odnosno, upravo su u tom području najtraženiji, a bez njih je nemoguće zamisliti moderne energetske sustave.

Da biste razumjeli kako se napon sa 110 V povećava na 220 V, ili se struje mijenjaju, morate zapamtiti da zakon očuvanja energije nije otkazan i transformator ne stvara nikakvu "besplatnu" električnu energiju. Inače, upravo su na manipulaciji zakonima fizike i izgrađeni, čim se utaknu u utičnicu.

Naprotiv, pojačani transformator savršeno ilustrira zakon održanja energije. Zašto? Da, jer ako promatramo transformator kao zatvoreni sustav, dobivamo:

• Dolazna energija (U1) na primarnom namotu (električna energija), čiji je broj zavoja označen s N1;
• Izmjenično magnetsko polje inducirano u magnetskom krugu (jezgra);
• Izlazna energija (U2) na sekundarnom namotu, broj zavoja N2.

(Omjer U2 prema U1 daje parametar k, koji se naziva omjer transformacije.)

Dakle, ako je u ovom sustavu broj zavoja isti, tada ćemo dobiti isti napon na izlazu, umanjen za gubitke u samom transformatoru. Ovo je prva ilustracija. Drugi je da ako se broj zavoja razlikuje, tada ćemo dobiti viši ili niži napon na izlazu, ali u isto vrijeme u zatvorenom sustavu "transformatora", snaga će ostati ista na ulazu i izlazu(minus gubici u samom transformatoru).

Na bilješku. Ovo vrijedi ponovno razmisliti. Neki učinci u elektrotehnici nestručnjacima se čine kao čuda, ali svi ti učinci uvijek točno odgovaraju zakonu održanja energije. Stoga, prije nego što razmislite kako odabrati i gdje instalirati uređaj "koji će sigurno uštedjeti puno novca", sjetite se ovog primjera.

Dakle, pojačani transformator radi u strogom skladu sa zakonima očuvanja energije i elektromagnetske indukcije u mrežama izmjenične struje, mijenjajući napon i struje, ali ne mijenjajući snagu.

Je li moguće zamijeniti transformator?

Vrste, vrste i primjene transformatora pojačanog napona nije lako pronaći u mreži, ali vrlo jednostavno. Prođimo kroz to kako ne bismo morali tražiti:

• Po fazama (jedna ili tri);
• Po namotima (dva ili tri (varijante s razdvojenim namotom)). Postoje i oni s jednim namotom, to su autotransformatori;
• Po izolaciji (uljna, suha i s nezapaljivom ispunom);
• Prema vrsti hlađenja (ulje - prirodno, sa mlazom zraka i prisilnom cirkulacijom, zrakom i pomoću dušičnog jastuka).

Označavanje pojačanih transformatora (točnije svih transformatora) izgleda ovako:

Svi ovi uređaji su dobro opisani, rašireni i imaju široku primjenu: od velikih uređaja za proizvodnju električne energije do vrlo malih kućanskih aparata.

Zapravo, većina transformatora koji povećavaju napon ne mogu se zamijeniti drugim uređajima, ali, svejedno, kako kaže klasik, "nema nezamjenjivih ljudi" (c).

Možete mijenjati napon ili struje u električnoj mreži na druge načine, a gubici će biti usporedivi, au nekim slučajevima čak i manji. Jedan primjer je takozvana shema transformacije u obliku slova T:

Može se činiti da je ovo zapravo krug transformatora za povećanje ili smanjenje. Ali prava razlika je sljedeća:

Upravo je to krug transformatora, iz kojeg je savršeno jasno da namoti ni na koji način nisu međusobno povezani, a struja u sekundarnom namotu inducira se bez sudjelovanja žica, da tako kažemo. Ali u ekvivalentnom krugu transformatora u obliku slova T jasno je vidljivo da nema prekida u žicama.

Istodobno ćemo, kao u transformatoru za povećanje, dobiti različite napone U1 i U2. Takve se metode koriste tamo gdje nije moguće koristiti konvencionalni transformator koji povećava napon. Dakle, možete sastaviti transformator vlastitim rukama i spojiti ga gdje je potrebno, ako je potrebno.

Zaključno, nekoliko riječi o sudbini transformatora

Nemojte misliti da smo se odlučili prepustiti fantaziji, mi smo praktični ljudi i realisti. No, ipak, danas je u proizvodnom smislu situacija takva da je vrlo moguće da transformatori za desetak godina neće imati tako široku primjenu. Primjer je gore, ovo je samo jedna od opcija, ali to nije glavna stvar.

Naravno, oni će služiti desetljećima, ali u glavnom području uporabe - energiji, transformator je potreban samo kao sekundarni, pomoćni uređaj. I to je potrebno samo za prijenos električne energije na velike udaljenosti. Međutim, već danas je jasno da se u posljednjih 30 godina fokus ove aplikacije sve više pomjera prema velikim poduzećima. Ako je prije 30 godina privatna kuća koja nije spojena na električnu mrežu bila egzotika, danas postoje cijela sela koja ni na koji način ne koriste mreže opće namjene. Štoviše, ta su sela sama po sebi generirana, opskrbljuju energetske sustave viškom energije.

To je napredak i proces koji je jednom pokrenuo sigurno će doći svom logičnom kraju. Žarulja sa žarnom niti možda je jedan od prvih uređaja koji je postao široko rasprostranjen, a čak i prije 50 godina mnogima se činilo da je vječni atribut sustava rasvjete. Ali proces je u tijeku i za desetak godina bit će anakronizam. Nemojte ovo smatrati lirskom digresijom; ovo se odnosi na sve električne uređaje. Upravo iz tog razloga toliko smo oprezni prema novim proizvodima, od kojih su neki čiste prijevare, a neki su slijepe grane evolucije, kao što su.

Jedan od zadataka koje naš autorski tim pokušava riješiti jest pokušati predvidjeti, procijeniti na razini instinkta, ako hoćete, koji će od novih proizvoda zauzeti zasluženo mjesto u našim kućnim električnim mrežama, a koji ostaju skupe igračke i bacanje novca. Mi, naravno, možemo biti u krivu, ali pokušat ćemo argumentirati svoje razumijevanje ovih pitanja, posebno kratkoročno.

Često u selima i vikendicama govore o lošem naponu u električnoj mreži. Uzrok tome je ne samo njihovo loše tehničko stanje, već i kupnja raznih kućanskih aparata koji zahtijevaju električnu energiju, koje često nedostaje.

Istodobno, lokalne elektroenergetske mreže ne žure zamijeniti opremu suvremenom, a time i naprednijom opremom koja će dostojanstveno izdržati povećana opterećenja.

Terristor, sudionik dacha foruma "Kuća i dača", jednom je naišao na problem - perilica rublja prestala je raditi. Odnosno, bubanj se jedva mogao okretati, a pumpa nije mogla podići vodu iz bunara.

Prva slika prikazuje normalan rad silaznog transformatora.
2. transformator je već pretvoren i spreman je za rad na povećanju napona.

Izmjerio je napon, a uređaj je pokazao samo 180 volti, a taj napon nije dovoljan za rad mnogih kućanskih električnih uređaja.

Ali ne, postoji dobra strana. Jednom je čitao časopis “Radio” i za oko mu je zapeo članak o tome kako napraviti step-up transformator koristeći obični step-down transformator.

A trik je bio u tome što ako uzmete, što čini 40 od ​​220 volti, i dublje kopate u to, tada nakon malih promjena možete dobiti na izlazu ne smanjenje, već povećanje napona za 40 volti od napona mreže.

Igrom slučaja, Terristor je imao takav transformator. I s malo znanja o radiotehnici, nakon 15 minuta ga je ponovno sagradio i izvršio probno lansiranje.

Prije testa napon je bio 192 volta, a nakon, kako je planirano, napon je porastao za 40 volti. To se pokazalo izvrsnim rješenjem u trenutnoj situaciji i unatoč nedostatku napona, električni uređaji su radili besprijekorno.

zaključke

Prednosti ovog sustava:

Jednostavan za sklapanje. Na primjer, ako je snaga sekundarnog namota transformatora 100 volti, možete sigurno spojiti pumpu snage 500 W.
Uređaj je stvarno jeftin.

Nedostaci ovog sustava:

Napon koji proizvodi uređaj nije automatski reguliran, a ako se iznenada napon u mreži stabilizira i postane 220 volti, tada će izlaz biti 260 volti, malo previše, ali nije opasno ako to primijetite na vrijeme.

Sam Terristor koristio je ovaj transformator cijelu zimu. Za to vrijeme nikada nije provjerio napon i niti jedan električni uređaj nije oštećen.

U slučaju da se napon u vašem području često mijenja, možete koristiti posebnu utičnicu koja isključuje električne uređaje koji su na nju priključeni ako napon poraste iznad normalnog.

Formule za izračune

Trebate transformator s primarnim namotom od 220 volti. Sekundarni namot je za potrebni "napon koji nedostaje". Na sekundarnom namotu dovoljna je maksimalna struja čak i za transformatore niske snage.

Izračun se može napraviti pomoću nekoliko formula.

Po riža. 1 možete izračunati struju sekundarnog namota gdje je In – nazivna struja opterećenja A; Pn – nazivna snaga opterećenja (prema putovnici transformatora) W; Nenazivni napon napajanja opterećenja.

Znajući koji napon treba dodati, potrebna snaga transformatora određena je riža. 2 gdje je P snaga transformatora u W, I2 je nazivna struja sekundarnog namota A, U2 je napon sekundarnog namota, V. Zatim morate uzeti transformator s odgovarajućim podacima - o snazi ​​i izlaznom naponu.

U posljednjoj formuli možete vidjeti da se napon na opterećenju može povećati ili smanjiti. Za ispravnu fazu transformatora dovoljno je zamijeniti stezaljke jednog od namota.

Transformator je bolje ugraditi u hodnik ili podrum, jer je instalacija bučna, a odatle napraviti ožičenje do potrebnih električnih uređaja.

Objavio član Terristor foruma Kuća i dača
Urednik: Adamov Roman

Transformatori pojačanog napona su uređaji koji koristi se u električnim krugovima za promjenu napona električne energije prema njihovom povećanju.

Osnova svakog naponskog transformatora je princip rada koji se temelji na elektromagnetskoj indukciji. Željezna jezgra nalazi se u izolacijskim uljima koja ne propuštaju struju. Dizajn sadrži dvije zavojnice s različitim brojem namota. Prva zavojnica će imati više zavoja podataka od druge.

Povećavajući naponski transformator uključuje nekoliko komponenti koji osiguravaju rad uređaja. Struktura se temelji na željeznoj jezgri na koju su namotane dvije zavojnice. Utjecaj napona izmjenične struje prolazi kroz prvu zavojnicu, što rezultira stvaranjem magnetskog polja koje provodi princip elektromagnetske indukcije. Prema formuli dF/dt, jakost magnetskog polja može se povećati povećanjem trenutnih vrijednosti na potrebne vrijednosti.

Ovdje ne treba zaboraviti na izravnu ovisnost indikatora napona magnetskog polja o određenom broju namota koji se nalaze u željeznoj jezgri. Shodno tome, što je manje zavoja, to je manje napetosti.

Stoga, kada magnetski tok prolazi kroz liniju namota druge zavojnice, tamo će se pojaviti napon. Ovi pokazatelji će se izračunati pomoću formule: NF/dt, gdje je N broj zavoja same zavojnice. Ovo je tzv Faradayev zakon, pri čemu napon će biti iste frekvencije kao na prvom svitku.

Više detalja o uređaju u videu

Vrste transformatora