Trasformatore di tensione. Come aumentare la tensione CC e CA

Un trasformatore, un dispositivo che trasferisce energia elettrica da una parte di un circuito all'altra attraverso l'induzione magnetica e, di regola, con una variazione di tensione. I trasformatori funzionano solo con corrente elettrica alternata (AC).

I trasformatori sono essenziali nella distribuzione dell'energia. Aumentano la tensione generata nelle centrali elettriche a valori elevati per trasferire in modo efficiente l'elettricità. Altri trasformatori riducono questa tensione nel punto di consumo.

Molti elettrodomestici sono dotati di trasformatori per aumentare o diminuire la tensione fornita dalla rete elettrica domestica secondo necessità. Ad esempio, la TV e l'amplificatore audio necessitano di un aumento di tensione e il campanello o il termostato necessitano di una bassa tensione per funzionare.

Come funziona un trasformatore

Tipicamente, un semplice trasformatore è costituito da due bobine avvolte con filo isolato. Nella maggior parte dei trasformatori, i fili sono avvolti attorno a un'asta di ferro chiamata nucleo.

Uno degli avvolgimenti, chiamato anche avvolgimento primario, è collegato a una sorgente di corrente alternata, che a sua volta provoca un campo magnetico permanentemente alternato attorno all'avvolgimento. Questo campo magnetico alternato, a sua volta, crea una corrente alternata nell'altro avvolgimento (avvolgimento secondario).

Il valore, definito come il rapporto tra il numero di spire del primario e il numero di spire del secondario, determina l'entità della diminuzione o dell'aumento di tensione nel secondario. Questo valore è anche chiamato rapporto di trasformazione.

Ad esempio, se il trasformatore ha 3 spire nell'avvolgimento primario e 6 spire nell'avvolgimento secondario, la tensione nell'avvolgimento secondario sarà 2 volte superiore rispetto al primario. Tale trasformatore è chiamato trasformatore elevatore.

E al contrario, se ci sono 6 spire nell'avvolgimento primario e 3 spire nel secondario, la tensione rimossa dall'avvolgimento secondario sarà 2 volte inferiore rispetto all'avvolgimento primario. Questo tipo di trasformatore è chiamato trasformatore step-down.

Va inoltre tenuto presente che il rapporto tra la corrente in entrambe le bobine è inversamente proporzionale al rapporto tra le loro tensioni. Pertanto, la potenza elettrica (tensione per amperaggio) è la stessa in entrambe le bobine.

L'impedenza (resistenza alla corrente alternata) della bobina primaria dipende dall'impedenza secondaria e dal rapporto di trasformazione. Con il corretto rapporto delle spire del trasformatore, è possibile ottenere quasi la stessa resistenza di entrambi i circuiti.

Le impedenze di adattamento sono essenziali nei sistemi stereo e in altri sistemi elettronici per consentire il massimo trasferimento di energia da un blocco circuitale all'altro.

La caduta di tensione nella rete primaria a 220 volt è a volte un problema molto serio nelle zone rurali, e non solo. Il frigorifero non si avvia, la piastrella non si scalda, non puoi accarezzarla con un ferro da stiro, non puoi saldare con un saldatore, ma non si sa mai…. Se la caduta di tensione per i dispositivi di riscaldamento che hanno una resistenza attiva per la rete non è un fenomeno letale, allora per le apparecchiature in cui sono installati i motori, in particolare i frigoriferi, può diventare l'ultimo della loro vita.

Cominciamo con uno semplice, con apparecchiature di riscaldamento. Poiché la forma d'onda della tensione per i riscaldatori non ha alcuna importanza, non è un problema aumentare il valore effettivo (rms o effettivo) della tensione di alimentazione per loro. Osserviamo lo schema.

Questo prefisso tensione di rete (Fig. 1) prima rettifica (Fig. 2) e poi, a causa dell'energia immagazzinata nei condensatori, aumenta la tensione effettiva, vedi Fig. 3.

Il ponte raddrizzatore può essere utilizzato già pronto o saldato da singoli diodi. Nelle zone rurali, linee elettriche aeree e picchi di tensione impulsivi ad alta tensione non raro, quindi quando si scelgono gli elementi raddrizzatori, prestare attenzione alla massima tensione operativa dei diodi. Più alto è, meglio è, ovviamente entro limiti ragionevoli. La corrente operativa dei diodi deve superare la corrente di carico di 2 volte 3. Dovrai scegliere tu stesso la capacità dei condensatori. Dipende sia dall'entità della caduta di tensione di rete che dalla potenza del tuo riscaldatore. Fare attenzione con questo accessorio, se la tensione di rete ritorna normale, la sua tensione di uscita sarà superiore alla tensione operativa del carico. L'entità della sovratensione dipende dal valore della capacità dei condensatori attualmente collegati. Da qui il margine di corrente richiesto per i diodi. Ho un tale attacco per un grande saldatore da 100 W a forma di ascia, per il suo rapido riscaldamento.

Ora su, per esempio, un frigorifero. Questo compagno ha bisogno di un seno variabile. Certo, puoi acquistare sia un autotrasformatore che uno stabilizzatore. Ma puoi cavartela con un semplice trasformatore, il cosiddetto trasformatore di tensione... Osserviamo lo schema.

Dal diagramma si può vedere che un avvolgimento del trasformatore aggiuntivo è collegato in serie con il filo superiore della rete a 220 volt. Se è acceso in fase con la rete, le tensioni si sommano (quando è necessario aumentare la tensione), Se è acceso in antifase, quindi la tensione di rete e la tensione sull'avvolgimento secondario del trasformatore verrà sottratta, questo è il caso in cui la tensione deve essere ridotta.

Come aumentare la tensione di rete, calcoli.

Adesso contiamo un po', almeno approssimativamente. Diciamo che hai una caduta di tensione di trenta volt. La corrente di carico richiesta è di cinque ampere. Ne consegue che abbiamo bisogno di una potenza di 150W. Con tale potenza, un trasformatore di un vecchio televisore a valvole è garantito per farcela. Per esempio, TS-180.
Download dei parametri del trasformatore TS-180, TS-180-2, TS180-2V

Quindi, abbiamo scaricato i dati, trovato il TS-180, Aggiungi tutti i giri degli avvolgimenti primari, 375 + 58 + 375 + 58 = 866 giri. Trova il numero di giri per volt 866/220 = circa 4 giri per volt. Per ottenere i 30V di cui abbiamo bisogno, moltiplichiamo 30 per 4 = 120 giri. 60 giri per bobina (TC-180 ne ha due). Il diametro del filo per cinque ampere è 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7 ∙ 2,236 ≈ 1,56 mm. Piccole spiegazioni. Dopo aver smontato i trasformatori di fabbrica, aumento sempre il numero di spire dell'avvolgimento primario, prima di tutto ciò è dovuto al fatto che non sarà possibile rimontare il nucleo, come avviene in condizioni di produzione. Pertanto, è garantito un aumento della corrente a vuoto (possibilmente più volte a causa dell'assenza di un riempitivo di ferro nel traferro, poiché il nucleo è diviso). Sì, e il nucleo dell'armatura non può essere completamente assemblato, la piastra 1,2,3 rimarrà comunque.

Probabilmente hai già notato che attraverso un tale trasformatore è possibile alimentare un motore con una capacità di un kilowatt. Il circuito non ha un interruttore a levetta per collegare il nostro trasformatore. Può commutare come l'avvolgimento primario di un trasformatore, ma ci saranno perdite dovute all'avvolgimento secondario costantemente connesso alla rete, quindi commutare l'avvolgimento secondario stesso, ma qui ci saranno perdite dovute all'avvolgimento primario permanentemente connesso. Mentre scrivo questo testo mi è venuta un'idea. Ora aggiungerò e disegnerò un diagramma. Quindi, per commutare un trasformatore, sono necessari due interruttori o uno con più direzioni. Ora tutto riguarda l'idea, ho disegnato un diagramma. Osserviamo lo schema.

E così, l'interruttore è in posizione abbassata, il trasformatore aggiunge tensione. L'interruttore è nella posizione superiore, l'avvolgimento primario è cortocircuitato, il che significa che c'è un cortocircuito nell'avvolgimento secondario, e questo non è altro che il trasformatore è scomparso, rimane solo la resistenza attiva dell'avvolgimento secondario.

Taaa ... k, è nato un altro schema. Lo disegnerò ora. Che non ci avevo pensato prima, anche se sul Web, forse, qualcuno l'ha disegnato molto tempo fa. Noi guardiamo.

Se gli interruttori sono entrambi in basso o entrambi in alto, non c'è trasformatore nel circuito, c'è un cortocircuito nell'avvolgimento primario, la resistenza attiva rimanente è inferiore a Ohm. Ora sinistra su, destra giù - un trasformatore, ad esempio, aggiunge tensione e destra su e sinistra giù - riduce. Bene, questo è tutto, forse qualcuno ne avrà bisogno. Buona fortuna. K.V.Yu. Sì, solo un po' di più. E se invece degli interruttori usiamo H-bridge da transistor ad effetto di campo, e persino un microcontrollore che monitora il livello della tensione di rete, quindi probabilmente puoi realizzare uno stabilizzatore di tensione CA di tipo relè con un piccolo trasformatore (relativamente) per una potenza (relativamente) elevata. Chi avrebbe fatto tutto questo. Almeno c'è qualcosa a cui pensare.
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Cosa e perché potenzia il trasformatore? E a spese di chi?

Abbiamo già visto cos'è un trasformatore, ora diamo un'occhiata più da vicino a cosa è un trasformatore step-up ea cosa serve. Iniziamo con un semplice esempio per aiutarti a capire perché sono necessari trasformatori step-up.

Prendi una torcia e assicurati che le batterie non siano scariche e che la luce sia accesa. Ora svita la testa della torcia e alimenta la lampadina attraverso un cavo lungo 50 metri. Fai da te se non ci credi che la lampadina non si accende. Ciò è dovuto a perdite di linea troppo grandi per questa tensione. Prendiamo nota della parola "tensione".

All'incirca la stessa cosa accadrà in una linea normale tra due città, se la linea è a 220V. Se non c'è un trasformatore in un tale cablaggio elettrico che aumenta la tensione, l'elettricità non raggiungerà la seconda città, andrà tutto in perdita. A causa di queste perdite, l'ingegneria energetica utilizza uno schema in cui, dopo aver generato elettricità, la tensione nel punto di generazione aumenta in modo significativo, l'elettricità viene trasmessa al consumatore attraverso linee ad alta tensione, dove viene quindi ridotta al valore desiderato e distribuita a consumatori.

Quindi, con tratti molto approssimativi, lo schema in questo caso assomiglia a questo:

• Generatore che genera elettricità;
• Trasformatore elevatore;
• Linea di trasmissione di potenza;
• Un trasformatore step-down;
• Reti elettriche locali;
• Consumatore di elettricità.

Per chiarezza, puoi dare la seguente immagine:

Perché esattamente energia? Il fatto è che questa è la principale area di applicazione dei trasformatori step-up, se parliamo del contributo specifico dei trasformatori alla trasformazione dell'elettricità. Cioè, è in quest'area che sono più richiesti e senza di loro è impossibile immaginare i moderni sistemi energetici.

Per capire come la tensione da 110V salga a 220V, o come cambino le correnti, occorre ricordare che la legge di conservazione dell'energia non è stata annullata e il trasformatore non genera elettricità "gratuita". A proposito, è sulla manipolazione delle leggi della fisica che è costruito, vale la pena collegarle a una presa.

Al contrario, il trasformatore elevatore illustra perfettamente la legge di conservazione dell'energia. Come mai? Sì, perché se consideriamo il trasformatore come un sistema chiuso, allora otteniamo:

• L'energia in ingresso (U1) sull'avvolgimento primario (elettricità), il cui numero di spire è indicato con N1;
• Campo magnetico alternato indotto nel circuito magnetico (nucleo);
• Energia in uscita (U2) sull'avvolgimento secondario, numero di spire N2.

(Il rapporto tra U2 e U1 fornisce un parametro k chiamato rapporto di trasformazione.)

Quindi, se in questo sistema il numero di giri è lo stesso, otterremo la stessa tensione in uscita, meno le perdite nel trasformatore stesso. Questa è la prima illustrazione. Il secondo è che se il numero di spire differisce, otterremo una tensione più alta o più bassa all'uscita, ma allo stesso tempo in un sistema chiuso "trasformatore" la potenza rimarrà la stessa in ingresso e in uscita(meno le perdite nel trasformatore stesso).

su una nota... Vale la pena considerare di nuovo questo. Alcuni effetti nell'ingegneria elettrica sembrano miracolosi ai non specialisti, ma tutti questi effetti corrispondono sempre esattamente alla legge di conservazione dell'energia. Pertanto, prima di pensare a come scegliere e dove installare un dispositivo "che farà sicuramente risparmiare molti soldi", ricorda questo esempio.

Pertanto, il trasformatore elevatore funziona in stretta conformità con le leggi di conservazione dell'energia e dell'induzione elettromagnetica nelle reti CA, modificando la tensione e le correnti, ma non modificando la potenza.

È possibile sostituire il trasformatore?

I tipi, i tipi e gli ambiti di applicazione del trasformatore elevatore di tensione non sono facili da trovare in rete, ma molto semplici. Andiamo oltre per non cercare:

• Fase (una o tre);
• Per avvolgimenti (due o tre (varietà ad avvolgimento diviso)). Ci sono anche quelli a avvolgimento singolo, questi sono autotrasformatori;
• Isolamento (olio, riempimento a secco e non combustibile);
• Dal tipo di raffreddamento (olio - naturale, con soffiaggio d'aria e con circolazione forzata, aria e con l'ausilio di una coltre di azoto).

La marcatura dei trasformatori elevatori (più precisamente tutti i trasformatori) si presenta così:

Tutti questi dispositivi sono ben descritti, diffusi e hanno un'ampia varietà di applicazioni: dall'ingegneria energetica su larga scala ai piccolissimi elettrodomestici.

In effetti, la maggior parte dei trasformatori che aumentano la tensione, è semplicemente impossibile da sostituire con altri dispositivi, ma, tuttavia, come diceva il classico - "Non ci sono persone insostituibili" (c).

È possibile modificare la tensione o le correnti nella rete elettrica in altri modi e le perdite saranno comparabili e in alcuni casi anche inferiori. Un esempio è il cosiddetto schema di trasformazione a forma di T:

Può sembrare che questo, in effetti, sia il circuito di un trasformatore, step-up o step-down. Ma in realtà la differenza è questa:

Questo è solo un circuito trasformatore, dal quale è perfettamente chiaro che gli avvolgimenti non sono collegati tra loro in alcun modo e la corrente nell'avvolgimento secondario è indotta senza la partecipazione di fili, per così dire. Ma nel circuito equivalente a forma di T del trasformatore, è chiaramente visibile che non c'è rottura del filo.

Allo stesso tempo, noi, proprio come in un trasformatore elevatore, riceveremo diverse tensioni U1 e U2. Tali metodi vengono utilizzati dove non è possibile utilizzare un trasformatore convenzionale che aumenta la tensione. Quindi, il trasformatore può essere assemblato a mano e collegato dove necessario, se c'è una tale necessità.

In conclusione, qualche parola sul destino dei trasformatori

Non pensate che abbiamo deciso di colpire la fantasia, siamo persone pratiche e realistiche. Tuttavia, oggi in termini di generazione, la situazione è tale che è del tutto possibile che i trasformatori tra una dozzina di anni non avranno un uso così diffuso. L'esempio è appena sopra, questa è solo una delle opzioni, ma non è la cosa principale.

Certo, serviranno per decine di anni, ma nel campo di utilizzo principale - energia, è necessario un trasformatore elevatore solo come dispositivo ausiliario secondario. Ed è necessario solo per la trasmissione di elettricità su lunghe distanze. Tuttavia, è già chiaro oggi che negli ultimi 30 anni il focus di questa applicazione si sta spostando sempre più verso le grandi imprese. Se 30 anni fa una casa privata che non era collegata alla rete elettrica era esotica, oggi ci sono già interi villaggi che non utilizzano in alcun modo le reti polivalenti. Inoltre, questi stessi insediamenti sono generatori, alimentando i sistemi energetici con l'energia in eccesso.

Questo è un progresso e il processo che ha avviato una volta arriverà sicuramente a una conclusione logica. Una lampada a incandescenza è forse uno dei primi dispositivi a diffondersi e 50 anni fa sembrava a molti un attributo eterno del sistema di illuminazione. Ma il processo è in corso e tra una dozzina di anni sarà un anacronismo. Non considerate questa una digressione lirica, questo vale per tutti gli apparecchi elettrici. È per questo motivo che siamo così diffidenti nei confronti dei nuovi prodotti, alcuni dei quali sono veri e propri imbrogli, altri sono rami senza uscita dell'evoluzione, come ad esempio.

Uno dei compiti che il nostro team di autori sta cercando di risolvere è cercare di prevedere, valutare a livello istintivo, se lo desideri, quali dei nuovi prodotti prenderanno il posto che spetta loro nelle nostre reti elettriche domestiche e quali rimarranno costosi giocattoli e uno spreco di denaro. Ovviamente potremmo sbagliarci, ma cercheremo di argomentare la nostra comprensione di questi problemi, soprattutto a breve termine.

Spesso nei villaggi e nelle dacie si parla di scarsa tensione nella rete elettrica. Ciò è dovuto non solo alle loro cattive condizioni tecniche, ma anche all'acquisto di una varietà di elettrodomestici che richiedono elettricità, che spesso scarseggia.

Allo stesso tempo, le reti elettriche locali non hanno fretta di cambiare l'attrezzatura in una moderna, il che significa che in una più avanzata in grado di sopportare dignitosamente carichi maggiori.

Il partecipante al forum della dacia "House and Dacha" Terristor ha incontrato in qualche modo un problema: la lavatrice ha smesso di funzionare. Cioè, il tamburo girava con difficoltà e la pompa non riusciva a sollevare l'acqua dal pozzo.

La prima figura mostra il funzionamento tipico di un trasformatore step-down.
Il 2, il trasformatore è già stato convertito, pronto per il funzionamento per aumentare la tensione.

Ha misurato la tensione e il dispositivo ha mostrato solo 180 volt e questa tensione non è sufficiente per il funzionamento di molti elettrodomestici.

Ma no, un lato positivo. Una volta stava leggendo la rivista "Radio" e si è imbattuto in un articolo su come realizzare un trasformatore step-up usando un trasformatore step-down convenzionale.

E il trucco era che se prendi quale di 220 volt fa 40, scavi più a fondo, quindi dopo piccoli cambiamenti puoi ottenere all'uscita non una diminuzione, ma un aumento della tensione di 40 volt dalla tensione nella rete.

Per inciso, Terristor aveva un tale trasformatore. E avendo una piccola conoscenza dell'ingegneria radiofonica, l'ha rifatto in 15 minuti e ha fatto un giro di prova.

Prima del test, la tensione era di 192 volt e successivamente, come previsto, la tensione è aumentata di 40 volt. Questa si è rivelata un'ottima soluzione in questa situazione e, nonostante la mancanza di tensione, gli apparecchi elettrici hanno funzionato perfettamente.

conclusioni

I vantaggi di questo sistema:

Facile da montare. Ad esempio, se la potenza dell'avvolgimento secondario del trasformatore è di 100 volt, è possibile collegare una pompa da 500 W senza paura.
La vera economicità del dispositivo.

Contro di questo sistema:

La tensione prodotta dal dispositivo non viene regolata automaticamente, e se improvvisamente la tensione in rete si stabilizza e diventa 220 volt, allora in uscita avrai 260 volt, un po' troppi, ma non pericolosi se te ne accorgi in tempo.

Terristor stesso ha usato questo trasformatore per tutto l'inverno. Durante questo tempo, non ha mai controllato la tensione e non un singolo dispositivo elettrico si è deteriorato.

Nel caso in cui la tensione nella tua zona cambi frequentemente, puoi utilizzare una presa speciale che spegne gli apparecchi elettrici ad essa collegati se la tensione supera la norma.

Formule di calcolo

Abbiamo bisogno di un trasformatore con un avvolgimento primario di 220 volt. Avvolgimento secondario - per la "tensione mancante" richiesta. Sul secondario, la corrente massima è sufficiente anche per trasformatori step-down di bassa potenza.

Il calcolo può essere eseguito utilizzando diverse formule.

Di Riso. 1è possibile calcolare la corrente dell'avvolgimento secondario dove Iн - corrente di carico nominale A; Pн - potenza di carico nominale (secondo il passaporto del trasformatore) W; U è la tensione nominale dell'alimentazione del carico.

Sapendo quale tensione deve essere aggiunta, la potenza richiesta del trasformatore è determinata da Riso. 2 dove P è la potenza del trasformatore in W., I2 è la corrente nominale dell'avvolgimento secondario A, U2 è la tensione dell'avvolgimento secondario, V. Quindi è necessario prendere un trasformatore con dati adeguati - in termini di potenza e tensione di uscita.

Nell'ultima formula, puoi vedere che la tensione ai capi del carico può essere aumentata o diminuita. Per mettere in fase correttamente il trasformatore, è sufficiente scambiare i terminali di uno degli avvolgimenti.

È meglio installare il trasformatore nel corridoio o nel seminterrato, perché l'installazione è rumorosa e da lì effettuare il cablaggio agli apparecchi elettrici necessari.

Inserito da un membro del forum "House and Dacha" Terristor
Editore: Adamov Roman

I trasformatori di tensione step-up sono dispositivi che utilizzato nei circuiti elettrici per modificare gli indicatori di tensione dell'elettricità verso l'alto.

Qualsiasi trasformatore di tensione si basa sul principio di funzionamento basato sull'induzione elettromagnetica. Il nucleo di ferro si trova negli oli isolanti che non consentono il passaggio dell'elettricità. Il design contiene due bobine con un diverso numero di avvolgimenti. Ci saranno più giri nella prima bobina che nella seconda.

Trasformatore di tensione elevatore include diversi componenti che garantiscono il funzionamento del dispositivo. Al centro della struttura c'è un nucleo di ferro su cui sono avvolte due bobine. Una tensione in corrente alternata viene applicata attraverso la prima bobina, a seguito della quale si forma un campo magnetico, che implementa il principio dell'induzione elettromagnetica. Secondo la formula dФ / dt, l'intensità del campo magnetico può essere aumentata aumentando gli indicatori di corrente ai valori richiesti.

Qui, non bisogna dimenticare la dipendenza diretta degli indicatori di tensione del campo magnetico da un certo numero di avvolgimenti, che si trovano nel nucleo di ferro. Di conseguenza, meno giri, minore è la tensione.

Pertanto, quando il flusso magnetico passa attraverso la linea di avvolgimento della seconda bobina, allora ci sarà una tensione. Questi indicatori saranno calcolati utilizzando la formula: NF / dt, dove N è il numero di spire della bobina stessa. Questo è il cosiddetto Legge di Faraday, Per cui la tensione sarà la stessa frequenza della prima bobina.

Maggiori informazioni sul dispositivo in video

Tipi di trasformatori