Проблемы в электрических сетях
Электричество поставляется в домах через линии электропередач и повышающие трансформаторы поставщика, преодолевая несколько сотен километров. Нагрузки будут разделяться между подключенными домами после установки понижающего агрегата. Установка индивидуального трансформатора гораздо выгоднее, но при этом дороже — внутренняя электрическая сеть будет получать ток, пониженный до 220 В.
Проблему регулярной просадки напряжения в электрической сети, при которой приборы не могут нормально функционировать, можно решить посредством установки повышающего трансформатора.
Собираем своими руками
Решением некоторых задач может стать преобразователь, собранный своими руками. Например, если для гаражных работ нужно подключить оборудование с питанием 220 В, а сеть имеет напряжение лишь 36 В, то собранный самостоятельно повышающий трансформатор позволит решить эту проблему.
Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.
Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт
Инверторы — устройства, позволяющие преобразовывать постоянные токовые величины, включая 12 B, в переменный ток c изменением уровня напряжения или без. Выпускаемые в настоящее время преобразователи напряжения постоянных токовых величин могут быть представлены:
- регуляторами напряжения;
- преобразователями уровня напряжения;
- линейными стабилизаторами.
Будет интересно➡ Как проверить варистор с помощью мультиметра?
Как правило, такие приборы являются генераторами периодического напряжения, приближенного к форме синусоиды.
Схема преобразователя 12 на 220 вольт.
Интересный материал в тему: как собрать катушку тесла самостоятельно.
Классификация и виды
Трансформаторы разделяются на несколько типов в зависимости от области применения и технических характеристик. Основными параметрами классификации считаются:
- Количество обмоток.
- Число фаз.
- Способ охлаждения.
- Класс точности или возможные погрешности.
- Тип размещения.
Трансформаторы, предназначенные для регулировки электрического тока, носят наименование трансформаторов тока. Если же прибор регулирует напряжение, то он именуется трансформатором напряжения.
Напряжение меняется в зависимости от количества обмоток трансформатора:
- Первичная принимает напряжение.
- Вторичная передает измененное напряжение.
Повышающим трансформатор для дома зовется в случае, если у него количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, в противном случае он понижающий.
Сечение проводов обмотки влияет на мощность трансформатора, материалы изготовления проводов и тип сердечника — на размер и вес прибора. Все устройства по типу исполнения подразделяются на трехфазные и однофазные.
Простейшим трансформатором с минимальным весом и компактными габаритами считается автотрансформатор с одной обмоткой. Такие модели являются бюджетными вариантами и чаще всего применяются в автоматических устройствах и высоковольтных электрических сетях. Автотрансформаторы не обладают гальванической развязкой, что является их недостатком.
Силовые трансформаторы применяются при подаче и приеме электричества на линии электропередач и обратно. Электроприборы комплектуются сетевыми приборами.
Устройство и принцип работы
Повышающий трансформатор напряжения включает в себя несколько составных частей, обеспечивающих работу устройства. В основе конструкции располагается железное ядро, на которое намотано две катушки. Через первую катушку проходит воздействие напряжения переменного тока, в результате чего образуется магнитное поле, осуществляющее выполнение принципа электромагнитной индукции. Согласно формуле dФ/dt, сила магнитного поля может увеличиваться путем увеличения показателей тока до необходимых значений.
Здесь не стоит забывать о прямой зависимости показателей напряжения магнитного поля от определенного количества обмоток, которые расположены в железном ядре. Соответственно, чем меньше витков — тем меньше напряженность.
Следовательно, когда магнитный поток проходит через линию обмоток второй катушки, то там и будет возникать напряжение. Данные показатели будут рассчитываться по формуле: NФ/dt, где N — это число витков самой катушки. Это, так называемый, Закон Фарадея, согласно которому напряжение будет той же частоты, что и на первой катушке.
Подробнее про устройство на видео
Советы по выбору
Перед приобретением стабилизатора напряжения необходимо определиться с тем, нужен он или нет, однако для профилактики его все же стоит устанавливать, поскольку напряжение в электрических сетях нередко различается.
При выборе мини-трансформатора учитываются следующие характеристики:
- Число фаз.
- Выходная мощность.
- Масса прибора.
- Габариты трансформатора.
- Эксплуатационный срок.
- Рабочий диапазон напряжения.
- Скорость реакции на скачки напряжения.
Обязательно уточняется нагрузка конкретных приборов. Однофазовые трансформаторы приобретаются для бытовых приборов небольшой мощности, трехфазовые стабилизаторы — для большого количества приборов с необходимостью в распределении нагрузки.
Одним из самых популярных и востребованных трансформаторов считается «Ресанта АСН» — однофазовый цифровой стабилизатор, обладающий доступной ценой в 2600 рублей. Такой трансформатор крепится на стену.
Более дорогой и надежной моделью является стабилизатор «Штиль». Его примерная стоимость составляет 4000 рублей. Стабилизатор «Штиль» оптимально подходит для защиты электронной техники и бытовых приборов при переменном напряжении.
Трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения — статические электромагнитные приборы, изменяющие переменное напряжение. Подобные стабилизаторы подразделяются на несколько категорий в зависимости от назначения:
- Силовые. Применяются для повышения и понижения напряжения, что позволяет передавать ток на дальние расстояния и к устройствам-потребителям.
- Технологические. Приборы повышенной мощности, используемые с технологическими целями — печными, сварными и прочими.
- Маломощные. Устанавливаются на теле- и радиоаппаратуру, бытовые приборы и различные электронные схемы.
- Измерительные. Применяются для расширения границ измерения устройств.
Трансформаторы напряжения могут использоваться как для контроля, так и для измерения напряжения и мощности. Могут питать сигнализационные системы, электрические цепи автоматики и эффективно защищают линии электропередач.
На примере розетки
Итак, генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию. Её передают по линиям электропередачи в наши дома, где мы её потребляем. Мы привыкли, что потребляемая нами электроэнергия базируется на напряжении 230 вольт и токе, обычно не превышающим 16 ампер на розетку (в зависимости от потребляемой мощности прибора, который мы воткнём в неё). Если мы воткнём в розетку нагреватель, вызывающий в сети ток 16 ампер, то это будет означать, что мы потребляем из сети мощность 230 В * 16 А = 3680 ватт. Запомним — мы потребляем не напряжение и не ток, а мощность. То есть, не вольты и не амперы, а ватты. Собственно, их нам и считает счётчик электроэнергии.
Ток 16 ампер, проходя от ввода в дом до розетки по проводам сечением, скажем, 2,5 мм², нагревает их. Чем больше ток или меньше сечение провода, тем больше нагрев, потому что несущим ток электронам приходится протискиваться через атомы проводника и постоянно соударяться с ними, что вызывает их (атомов) тепловые колебания (тепловые колебания кристаллической решётки, в которую выстроены эти атомы). Большему току (т.е. большему количеству электронов) нужно большее сечение провода, чтобы соударения распределялись в большем объёме и не вызывали перегрев.
Провод (особенно малого сечения) сам по себе является сопротивлением, и работает, как тот же нагреватель. То есть, при нагреве провода мы теряем на нём часть мощности, которую мы хотели бы довести до нагревателя.
Повышающие трансформаторы
Это силовые приборы, устанавливаемые в электрических цепях бытового или производственного назначения и повышающие напряжение. В зависимости от области использования и характеристик трансформаторы для дома подразделяются на несколько видов, подающих напряжение:
- Автотрансформатор. Однофазный однообмоточный прибор.
- Трансформатор тока. Стабилизатор, состоящий из сердечника, нескольких обмоток, оптических датчиков и резисторов.
- Силовые устройства. Передача тока между контурами осуществляется при помощи электромагнитной индукции.
- Антирезонансные стабилизаторы. Закрытые однофазные или трехфазные приборы.
- Заземляемые трансформаторы. Оснащены обмоткой специального типа.
- Пик-трансформаторы. Разделяют переменный и постоянный токи.
- Трансформаторы для дома. Предназначены для передачи электричества от источника к прибору-потребителю и устранения помех в работе бытовых устройств.
В трехфазных сетях производственных зон в основном используются трансформаторы, преобразующие напряжение из 220 в 380 В. Они позволяют создавать дополнительные линии электропередач и симметрично распределяют нагрузки по фазам при отсутствии сети 380 В.
Расчеты параметров
На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:
Будет интересно➡ Как сделать мигающий светодиод?
N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см2. Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника. Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.
- Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
- Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
- Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.
Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.
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.
Виды расположения стержней.
Количество витков первичной обмотки
Берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности. Рассчитаем высоту каркаса с обмотками.
Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.
Процесс намотки катушки трансформатора.
Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм. Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм. Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.
Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.
При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.
Домашние повышающие трансформаторы
Устанавливаются в ситуациях, когда напряжение электрической сети менее требуемых 220 В. Такие модели обладают постоянным коэффициентом трансформации: при стабильном напряжении электросети итоговый показатель будет значительно выше необходимого для питания электроприборов, что может стать причиной их поломки. Контроль выходного напряжения предусмотрен на некоторых моделях в ручном режиме. Промышленные трансформаторы устанавливать дома нельзя, поскольку их работа может быть опасна ввиду использования специализированных масел для охлаждения.
Понижающие трансформаторы
Для подключения приборов, напряжение в 220 В для которых слишком высоко, устанавливают понижающие трансформаторы на 15 или 10 вольт. Преимуществами таких трансформаторов для дома являются следующие характеристики:
- Защита от возгорания и поражения электрическим током, что актуально при использовании подобных устройств в помещениях с высоким уровнем влажности — ванных комнатах, банях и прочих.
- Минимальное потребление электроэнергии — осветительные приборы низковольтного типа потребляют в несколько раз меньше энергии, в отличие от стандартных.
- Увеличение эксплуатационного ресурса приборов.
Зарядные устройства различных гаджетов и бытовых устройств оснащаются интегрированными трансформаторами, в связи с чем они не требуют установки подобных стабилизаторов. Самостоятельная установка трансформаторов для дома необходима при монтаже низковольтного освещения, основанного на галогенных и светодиодных лампах.
Обслуживание и ремонт
Желательно человеку, не знающему принцип действия электротехнических приборов, не заниматься ремонтными работами этого оборудования, из-за возможности поражения электрическим током. При ремонте и обслуживании трансформаторных устройств, единственное, что можно исправить, без недопустимых последствий, это перемотка трансформатора.
Перед началом любых ремонтных работ необходимо произвести проверку трансформатора:
- Первым делом необходимо оценить состояние прибора при помощи визуального осмотра, так как порой, потемневшие и вздувшиеся участки, прямо указывают на неисправность обмотки трансформатора.
- Определение правильности подключения устройства. Электрический контур, генерирующий магнитное поле обязательно должен быть подключён к первичной обмотке прибора. А вот вторая схема, потребляющая энергию трансформатора, должна быть включена в обмотку выходного напряжения.
- Фильтрация выходного сигнала фазы определяется как для диодов и конденсаторов на вторичной обмотке устройства.
- Следующим шагом нужно подготовить прибор к контрольному измерению параметров, т. е. снять защитные панели и крышки, чтобы получить свободный доступ к элементам схемы. С помощью тестера нужно в дальнейшем произвести измерение напряжения трансформатора.
- Для проведения измерений, нужно подать питание на схему устройства. Измерение параметров первичной обмотки проводится тестером в режиме переменного тока. Если полученное значение меньше чем на 80% от ожидаемого, то неисправность может быть как в самом трансформаторе, так и в схеме всего устройства.
- Проверку выходной обмотки осуществляют при помощи тестера. При этом проверяем обмотку как на возможность появления короткозамкнутых витков, так и на обрыв провода намотки катушки, по принципу измерения сопротивления (если сопротивление мало — то есть вероятность короткозамкнутых витков, а в случае когда сопротивление обмотки велико — обрыв).
После перемотки повышающего трансформатора напряжения, в случае неисправности обмотки, нужно собрать его в обратной последовательности, при этом особое внимание необходимо уделить наиболее плотному прилеганию пластин сердечника.
Самостоятельное изготовление или ремонт устройства предоставляется процессом очень сложным и трудоёмким. Для выполнения таких работ потребуется наличие необходимых материалов, а также умение производить некоторые специальные расчёты. В частности, нужно будет точно рассчитать количество витков в обмотке трансформатора, диаметр проводов для обмотки, а также сечение и тип сердечника устройства.
Поэтому лучше обратиться для проведения этих операций к квалифицированному человеку, знакомому с основными понятиями и свойствами электротехники и расчётами по необходимым формулам.
