Transformator de tensiune. Cum să creșteți tensiunea DC și AC

Un transformator, un dispozitiv care transferă energie electrică de la o parte a unui circuit la alta prin inducție magnetică și, de regulă, cu o schimbare a tensiunii. Transformatoarele funcționează numai cu curent electric alternativ (AC).

Transformatoarele sunt esențiale în distribuția de energie. Acestea cresc tensiunea generată în centralele electrice la valori ridicate pentru a transfera eficient energia electrică. Alte transformatoare reduc această tensiune la punctul de consum.

Multe aparate de uz casnic sunt echipate cu transformatoare pentru a crește sau scădea tensiunea furnizată de la rețeaua electrică de uz casnic după cum este necesar. De exemplu, televizorul și amplificatorul audio au nevoie de o creștere a tensiunii, iar soneria sau termostatul au nevoie de o tensiune scăzută pentru a funcționa.

Cum funcționează un transformator

De obicei, un transformator simplu constă din două bobine înfăşurate cu sârmă izolată. În majoritatea transformatoarelor, firele sunt înfășurate în jurul unei tije de fier numită miez.

Una dintre înfășurări, numită și înfășurare primară, este conectată la o sursă de curent alternativ, care, la rândul său, are ca rezultat un câmp magnetic alternativ permanent în jurul înfășurării. Acest câmp magnetic alternativ, la rândul său, creează un curent alternativ în cealaltă înfășurare (înfășurare secundară).

Valoarea, definită ca raportul dintre numărul de spire din înfășurarea primară și numărul de spire din înfășurarea secundară, determină scara scăderii sau creșterii tensiunii în înfășurarea secundară. Această valoare se mai numește și raportul de transformare.

De exemplu, dacă transformatorul are 3 spire în înfășurarea primară și 6 spire în înfășurarea secundară, atunci tensiunea în înfășurarea secundară va fi de 2 ori mai mare decât în ​​primar. Un astfel de transformator se numește transformator step-up.

Și, dimpotrivă, dacă există 6 spire în înfășurarea primară și 3 spire în secundar, atunci tensiunea îndepărtată din înfășurarea secundară va fi de 2 ori mai mică decât în ​​înfășurarea primară. Acest tip de transformator se numește transformator coborâtor.

De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că raportul dintre curentul din ambele bobine este invers legat de raportul tensiunilor lor. Astfel, puterea electrică (tensiune ori amperaj) este aceeași în ambele bobine.

Impedanța (rezistența la curent alternativ) a bobinei primare depinde de impedanța secundară și de raportul de transformare. Cu raportul corect al spirelor transformatorului, se poate obține aproape aceeași rezistență a ambelor circuite.

Impedanțele de potrivire sunt esențiale în sistemele stereo și alte sisteme electronice pentru a permite transferul maxim de energie de la un bloc de circuit la altul.

Căderea de tensiune în rețeaua primară de 220 de volți este uneori o problemă foarte serioasă în mediul rural, și nu numai. Frigiderul nu pornește, țigla nu se încălzește, nu o poți mângâi cu un fier de călcat, nu poți lipi cu un fier de lipit, dar nu se știe niciodată... Dacă căderea de tensiune pentru dispozitivele de încălzire care au o rezistență activă pentru rețea nu este un fenomen letal, atunci pentru echipamentele în care sunt instalate motoarele, în special frigiderele, poate deveni ultima din viața lor.

Să începem cu unul simplu, cu echipamente de încălzire. Deoarece forma de undă a tensiunii pentru încălzitoare nu contează deloc, nu este o problemă să ridici valoarea efectivă (rms sau efectivă) a tensiunii de alimentare pentru acestea. Ne uităm la schema.

Această tensiune de rețea prefixă (Fig. 1) se redresează mai întâi (Fig. 2), iar apoi, datorită energiei stocate în condensatoare, crește tensiunea efectivă, vezi Fig. 3.

Puntea redresoare poate fi folosită fie gata făcută, fie lipită din diode individuale. În zonele rurale, liniile electrice aeriene și supratensiuni de impuls de înaltă tensiune nu este neobișnuit, așa că atunci când alegeți elemente redresoare, acordați atenție tensiunii maxime de funcționare a diodelor. Cu cât mai mare, cu atât mai bine, în limite rezonabile desigur. Curentul de funcționare al diodelor trebuie să depășească curentul de sarcină de 2 ori 3. Va trebui să alegeți singur capacitatea condensatoarelor. Depinde atât de mărimea căderii de tensiune a rețelei, cât și de puterea încălzitorului dumneavoastră. Aveți grijă cu acest atașament, dacă tensiunea rețelei revine la normal, atunci tensiunea sa de ieșire va fi mai mare decât tensiunea de funcționare a sarcinii. Cantitatea de supratensiune depinde de valoarea capacității condensatoarelor conectate curent. Prin urmare, marja de curent necesară pentru diode. Am un astfel de atașament pentru un fier de lipit mare de 100W sub formă de topor, pentru încălzirea lui rapidă.

Acum despre, de exemplu, un frigider. Acest companion are nevoie de un sinus variabil. Desigur, puteți cumpăra atât un autotransformator, cât și un stabilizator. Dar te poți descurca cu un simplu transformator, așa-zisul transformator de tensiune... Ne uităm la schema.

Din diagramă se poate observa că o înfășurare suplimentară a transformatorului este conectată în serie cu firul superior al rețelei de 220 de volți. Dacă este pornit în fază cu rețeaua, atunci tensiunile se vor adăuga (când este necesară creșterea tensiunii), Dacă este pornit în antifază, atunci tensiunea rețelei și tensiunea pe înfășurarea secundară a transformatorului va fi scăzut, acesta este cazul când tensiunea trebuie redusă.

Cum să creșteți tensiunea rețelei, calcule.

Acum să numărăm puțin, cel puțin aproximativ. Să presupunem că aveți o cădere de tensiune de treizeci de volți. Curentul de sarcină necesar este de cinci amperi. Rezultă că avem nevoie de o putere de 150W. Cu o astfel de putere, un transformator de la un televizor cu tub vechi este garantat să facă față. De exemplu, TS-180.
Descărcare parametrii transformatorului TS-180, TS-180-2, TS180-2V

Deci, am descărcat datele, am găsit TS-180, Adăugați toate spirele înfășurărilor primare, 375 + 58 + 375 + 58 = 866 spire. Aflați numărul de spire pe volt 866/220 = aproximativ 4 spire pe volt. Pentru a obține 30V de care avem nevoie, înmulțim 30 cu 4 = 120 de spire. 60 de spire pe bobină (TC-180 are două dintre ele). Diametrul firului pentru cinci amperi este 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7 ∙ 2,236 ≈ 1,56 mm. Mici explicații. După dezasamblarea transformatoarelor din fabrică, cresc întotdeauna numărul de spire ale înfășurării primare, în primul rând, acest lucru se datorează faptului că nu va fi posibilă reasamblarea miezului, așa cum se face în condițiile de producție. Prin urmare, este garantată o creștere a curentului fără sarcină (posibil de mai multe ori din cauza absenței unui umplutură de fer în gol, deoarece miezul este despicat). Da, iar miezul armurii nu poate fi asamblat complet, placa 1,2,3 va rămâne în continuare.

Probabil ați observat deja că printr-un astfel de transformator este posibil să alimentați un motor cu o capacitate de un kilowatt. Circuitul nu are un comutator basculant pentru conectarea transformatorului nostru. Poate comuta ca înfășurarea primară a unui transformator, dar aici vor exista pierderi din cauza înfășurării secundare conectate constant la rețea, deci comutați înfășurarea secundară în sine, dar aici vor exista pierderi din cauza înfășurării primare conectate permanent. În timp ce scriu acest text, mi-a venit o idee. Acum voi adăuga și voi desena o diagramă. Deci, pentru a comuta un transformator, aveți nevoie de două întrerupătoare sau unul cu mai multe direcții. Acum totul este despre idee, am desenat o diagramă. Ne uităm la diagramă.

Și astfel, comutatorul este în poziția jos, transformatorul adaugă tensiune. Comutatorul este în poziția superioară, înfășurarea primară este scurtcircuitată, ceea ce înseamnă că există un scurtcircuit în înfășurarea secundară și nu este nimic altceva că transformatorul a dispărut, rămâne doar rezistența activă a înfășurării secundare.

Taaa ... k, s-a născut o altă schemă. O voi desena acum. Că nu m-am gândit la asta înainte, deși pe web, poate, cineva l-a desenat cu mult timp în urmă. Ne uitam.

Dacă comutatoarele sunt ambele în partea de jos sau ambele în sus, atunci nu există transformator în circuit, există un scurtcircuit în înfășurarea primară, rezistența activă rămasă este mai mică de Ohm. Acum stânga sus, dreapta jos - un transformator, de exemplu, adaugă tensiune, iar dreapta sus și stânga în jos - reduce. Ei bine, asta-i tot, poate cineva va avea nevoie. Noroc. K.V.Yu. Da, doar un pic mai mult. Și dacă în loc de întrerupătoare folosim Punte H de la tranzistoare cu efect de câmp, și chiar și un microcontroler care monitorizează nivelul tensiunii rețelei, atunci probabil că puteți face un stabilizator de tensiune AC de tip releu cu un transformator mic (relativ) pentru putere mare (relativ). Cine ar fi făcut toate astea. Măcar este ceva la care să te gândești.
Descărcați articolul

Ce și de ce amplifică transformatorul? Și pe cheltuiala cui?

Ne-am uitat deja la ce este un transformator, acum haideți să aruncăm o privire mai atentă la ce este un transformator step-up și la ce este folosit. Să începem cu un exemplu simplu care să vă ajute să înțelegeți de ce sunt necesare transformatoare superioare.

Luați o lanternă și asigurați-vă că bateriile nu sunt descărcate și că lumina este aprinsă puternic. Acum deșurubați capul lanternei și alimentați becul printr-un cablu de 50 de metri lungime. Fă-o singur dacă nu ne crezi că becul nu se va aprinde. Acest lucru se datorează pierderilor prea mari de linie pentru această tensiune. Să notăm cuvântul „tensiune”.

Aproximativ același lucru se va întâmpla într-o linie normală între două orașe, dacă linia este de 220V. Dacă nu există un transformator într-un astfel de cablaj electric care crește tensiunea, electricitatea nu va ajunge în al doilea oraș, totul va merge la pierderi. Din cauza acestor pierderi, industria energetică folosește o schemă în care, după generarea energiei electrice, tensiunea în punctul de generare crește semnificativ, energia electrică este transferată către consumator prin linii de înaltă tensiune, unde apoi este redusă la valoarea dorită și distribuită. către consumatori.

Deci, cu linii foarte aspre, schema în acest caz arată astfel:

• Generator care generează energie electrică;
• Transformator step-up;
• Linie de transmisie a energiei electrice;
• Un transformator coborâtor;
• Rețele electrice locale;
• Consumator de energie electrică.

Pentru claritate, puteți oferi următoarea imagine:

De ce exact energie? Faptul este că acesta este principalul domeniu de aplicare a transformatoarelor step-up, dacă vorbim despre contribuția specifică a transformatoarelor la transformarea energiei electrice. Adică, în această zonă sunt cele mai căutate, iar fără ele este imposibil să ne imaginăm sisteme energetice moderne.

Pentru a înțelege cum crește tensiunea de la 110V la 220V sau cum se schimbă curenții, trebuie să rețineți că legea conservării energiei nu a fost anulată și transformatorul nu generează energie electrică „gratuită”. Apropo, este construit pe manipularea legilor fizicii, merită să le conectați la o priză.

Dimpotrivă, transformatorul step-up ilustrează perfect legea conservării energiei. De ce? Da, pentru că dacă considerăm transformatorul ca un sistem închis, atunci obținem:

• Energia de intrare (U1) pe înfășurarea primară (electricitate), al cărei număr de spire este notat cu N1;
• Câmp magnetic alternant indus în circuitul magnetic (miez);
• Energia de ieșire (U2) pe înfășurarea secundară, număr de spire N2.

(Raportul dintre U2 și U1 dă un parametru k numit raport de transformare.)

Deci, dacă în acest sistem numărul de spire este același, atunci vom obține aceeași tensiune la ieșire, minus pierderile din transformatorul însuși. Aceasta este prima ilustrație. Al doilea este că, dacă numărul de spire diferă, atunci vom obține o tensiune mai mare sau mai mică la ieșire, dar în același timp într-un „transformator” în sistem închis puterea va rămâne aceeași la intrare și la ieșire(minus pierderi în transformatorul propriu-zis).

Pe o notă... Acest lucru merită luat în considerare din nou. Unele efecte din electrotehnică par nespecialiştilor miraculoase, dar toate aceste efecte corespund întotdeauna exact legii conservării energiei. Prin urmare, înainte de a vă gândi cum să alegeți și unde să instalați un dispozitiv „care va economisi cu siguranță o mulțime de bani”, amintiți-vă acest exemplu.

Astfel, transformatorul step-up funcționează în strictă conformitate cu legile de conservare a energiei și inducție electromagnetică în rețelele de curent alternativ, modificând tensiunea și curenții, dar fără schimbarea puterii.

Este posibil să înlocuiți transformatorul?

Tipurile, tipurile și domeniile de aplicare ale transformatorului de tensiune crescător nu sunt ușor de găsit în rețea, dar foarte simple. Să trecem ca să nu căutăm:

• faza (una sau trei);
• Prin înfășurări (două sau trei (soiuri de înfășurare divizată)). Există și cele cu o singură bobinare, acestea sunt autotransformatoare;
• Izolație (ulei, umplutură uscată și incombustibilă);
• După tipul de răcire (ulei - natural, cu suflare de aer și cu circulație forțată, aer și cu ajutorul unei pături de azot).

Marcarea transformatoarelor superioare (mai precis a tuturor transformatoarelor) arată astfel:

Toate aceste dispozitive sunt bine descrise, răspândite și au o mare varietate de aplicații: de la inginerie electrică la scară largă până la aparate electrocasnice foarte mici.

De fapt, majoritatea transformatoarelor care măresc tensiunea, este pur și simplu imposibil de înlocuit cu alte dispozitive, dar, cu toate acestea, așa cum spunea clasicul - „Nu există oameni de neînlocuit” (c).

Este posibil să se schimbe tensiunea sau curenții din rețeaua de energie în alte moduri, iar pierderile vor fi comparabile și în unele cazuri chiar mai mici. Un exemplu este așa-numita schemă de transformare în formă de T:

Poate părea că acesta este, de fapt, circuitul unui transformator, step-up sau step-down. Dar, în realitate, diferența este următoarea:

Acesta este doar un circuit transformator, din care este perfect clar că înfășurările nu sunt conectate între ele în niciun fel, iar curentul din înfășurarea secundară este indus fără participarea firelor, ca să spunem așa. Dar în circuitul echivalent în formă de T al transformatorului, este clar că nu există nicio rupere a firului.

În același timp, noi, la fel ca într-un transformator step-up, vom primi diferite tensiuni U1 și U2. Astfel de metode sunt folosite acolo unde nu este posibilă utilizarea unui transformator convențional care crește tensiunea. Deci, transformatorul poate fi asamblat manual și conectat acolo unde este necesar, dacă există o astfel de nevoie.

Ca o concluzie, câteva cuvinte despre soarta transformatoarelor

Să nu credeți că ne-am hotărât să lovim fantezia, suntem oameni practici și realiști. Dar, cu toate acestea, astăzi în ceea ce privește generarea, situația este de așa natură încât este foarte posibil ca transformatoarele peste o duzină de ani să nu aibă o utilizare atât de răspândită. Exemplul este chiar mai sus, aceasta este doar una dintre opțiuni, dar acesta nu este principalul lucru.

Desigur, ele vor servi timp de zeci de ani, dar în domeniul principal de utilizare - energie, un transformator step-up este necesar doar ca dispozitiv secundar, auxiliar. Și este necesar doar pentru transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi. Cu toate acestea, este deja clar astăzi că în ultimii 30 de ani, accentul acestei aplicații se îndreaptă din ce în ce mai mult către întreprinderile mari. Dacă în urmă cu 30 de ani o casă privată care nu era conectată la rețeaua electrică era exotică, astăzi există deja sate întregi care nu folosesc în niciun fel rețelele de uz general. Mai mult, aceste așezări în sine sunt generatoare, alimentând sistemele energetice cu surplus de energie.

Acesta este un progres și procesul pe care l-a lansat cândva va ajunge cu siguranță la o concluzie logică. O lampă incandescentă este poate unul dintre primele dispozitive care s-au răspândit, iar în urmă cu 50 de ani părea multora a fi un atribut etern al sistemului de iluminat. Dar procesul este în derulare și peste o duzină de ani va fi un anacronism. Nu considerați aceasta o digresiune lirică, aceasta se aplică tuturor aparatelor electrice. Din acest motiv, suntem atât de atenți la noile produse, dintre care unele înșală de-a dreptul, iar altele sunt ramuri fără fund ale evoluției, cum ar fi, de exemplu.

Una dintre sarcinile pe care echipa noastră de autori încearcă să le rezolve este să încerce să prezică, să evalueze la nivel de instinct, dacă doriți, care dintre noile produse își vor ocupa locul cuvenit în rețelele noastre electrice de acasă și care vor rămâne costisitoare. jucării și o risipă de bani. Noi, desigur, s-ar putea să greșim, dar vom încerca să ne argumentăm înțelegerea acestor probleme, mai ales pe termen scurt.

Adesea, în sate și vilele se vorbește despre tensiunea slabă în rețeaua electrică. Acest lucru se datorează nu numai stării lor tehnice proaste, ci și achiziției unei varietăți de aparate electrocasnice care necesită energie electrică, care este adesea insuficientă.

În același timp, rețelele electrice locale nu se grăbesc să schimbe echipamentele la moderne, adică la una mai avansată, care poate rezista cu demnitate la sarcini crescute.

Participantul la forumul dacha „House and Dacha” Terristor a întâmpinat cumva o problemă - mașina de spălat nu mai funcționează. Adică, tamburul s-a învârtit cu dificultate, iar pompa nu a putut ridica apa din fântână.

Prima figură arată funcționarea tipică a unui transformator descendente.
Pe 2, transformatorul a fost deja convertit, gata de funcționare pentru a crește tensiunea.

El a măsurat tensiunea, iar dispozitivul a arătat doar 180 de volți, iar această tensiune nu este suficientă pentru funcționarea multor aparate electrocasnice.

Dar nu, o căptușeală de argint. Odată citea revista „Radio” și a dat peste un articol despre cum să faci un transformator step-up folosind un transformator coborâtor convențional.

Și trucul a fost că, dacă luați care dintre 220 de volți face 40, săpați mai adânc în el, atunci după mici modificări puteți obține la ieșire nu o scădere, ci o creștere a tensiunii cu 40 de volți din tensiunea din rețea.

De altfel, Terristor avea un astfel de transformator. Și având puține cunoștințe în inginerie radio, l-a refăcut în 15 minute și a făcut un test.

Înainte de testare, tensiunea era de 192 de volți, iar după aceea, conform planului, tensiunea a crescut cu 40 de volți. Aceasta s-a dovedit a fi o soluție excelentă în această situație și, în ciuda lipsei de tensiune, aparatele electrice au funcționat impecabil.

concluzii

Avantajele acestui sistem:

Usor de asamblat. De exemplu, dacă puterea înfășurării secundare a transformatorului este de 100 de volți, puteți conecta fără teamă o pompă de 500 W.
Ieftinitatea reală a dispozitivului.

Dezavantajele acestui sistem:

Tensiunea produsă de aparat nu este reglată automat, iar dacă brusc tensiunea din rețea s-a stabilizat și a devenit 220 volți, atunci la ieșire vei avea 260 volți, puțin prea mult, dar nu periculoasă dacă observi la timp.

Teristor însuși a folosit acest transformator toată iarna. În acest timp, nu a verificat niciodată tensiunea și nici un dispozitiv electric nu s-a deteriorat.

În cazul în care tensiunea din zona dumneavoastră se schimbă frecvent, puteți folosi o priză specială care oprește aparatele electrice care sunt conectate la aceasta dacă tensiunea crește peste norma.

Formule de calcul

Avem nevoie de un transformator cu o înfășurare primară de 220 volți. Înfășurare secundară - pentru „tensiunea lipsă” necesară. Pe înfășurarea secundară, curentul maxim este suficient chiar și pentru transformatoarele cu putere redusă.

Calculul se poate face folosind mai multe formule.

De orez. unu puteți calcula curentul înfășurării secundare unde I - curentul nominal de sarcină A; Pн - puterea nominală de sarcină (conform pașaportului transformatorului) W; Uн este tensiunea nominală a sursei de sarcină.

Știind ce tensiune trebuie adăugată, puterea necesară a transformatorului este determinată de orez. 2 unde P este puterea transformatorului în W., I2 este curentul nominal al înfășurării secundare A, U2 este tensiunea înfășurării secundare, V. Apoi trebuie să luați un transformator cu date adecvate - în ceea ce privește puterea și tensiunea de iesire.

În ultima formulă, puteți vedea că tensiunea pe sarcină poate fi fie crescută, fie scăzută. Pentru a faza corect transformatorul, este suficient să schimbați bornele uneia dintre înfășurări.

Este mai bine să instalați transformatorul pe coridor sau la subsol, deoarece instalația este zgomotoasă și de acolo faceți cablajul la aparatele electrice necesare.

Postat de un membru al forumului „House and Dacha” Terristor
Editor: Adamov Roman

Transformatoarele de tensiune crescătoare sunt dispozitive care utilizat în circuitele electrice pentru a schimba indicatorii de tensiune ai energiei electriceîn sus.

Orice transformator de tensiune se bazează pe principiul de funcționare bazat pe inducția electromagnetică. Miezul de fier se găsește în uleiurile izolatoare care nu permit trecerea electricității. Designul conține două bobine cu un număr diferit de înfășurări. Vor fi mai multe spire în prima bobină decât în ​​a doua.

Transformator de tensiune de creștere include mai multe componente care asigură funcționarea dispozitivului. În centrul structurii se află un miez de fier pe care sunt înfășurate două bobine. Prin prima bobină se aplică o tensiune de curent alternativ, în urma căreia se formează un câmp magnetic, care implementează principiul inducției electromagnetice. Conform formulei dФ / dt, intensitatea câmpului magnetic poate fi mărită prin creșterea indicatorilor de curent la valorile necesare.

Aici, nu ar trebui să uităm de dependența directă a indicatorilor de tensiune a câmpului magnetic de un anumit număr de înfășurări, care sunt situate în miezul de fier. În consecință, cu cât se rotește mai puține, cu atât mai puțină tensiune.

Prin urmare, atunci când fluxul magnetic trece prin linia de înfășurare a celei de-a doua bobine, atunci va exista o tensiune. Acești indicatori vor fi calculați folosind formula: NF / dt, unde N este numărul de spire ale bobinei în sine. Acesta este așa-numitul legea lui Faraday, Prin care tensiunea va fi aceeași frecvență ca la prima bobină.

Mai multe despre dispozitiv pe video

Tipuri de transformatoare