Многие бытовые электроприборы и оборудование функционируют от сети со стандартными 220 В. Однако для низковольтных устройств требуется понизить напряжение. В качестве примера таких потребителей можно назвать различные конструкции светодиодных лент, разновидности галогенных светильников и другие приборы с аналогичными свойствами. Данную проблему успешно разрешает понижающий трансформатор, приобретенный на рынке электротоваров или изготовленный самостоятельно. Существует множество моделей с разнообразными характеристиками, существенно облегчающими выбор устройства для конкретных условий эксплуатации.
Конструкция и принцип работы
Какой трансформатор называется понижающим? Основа трансформаторного устройства понижения состоит из ферромагнитного сердечника с расположенными на нем двумя обмотками. Они наматываются медным проводом и разделяются между собой, как первичная и вторичная. Первичная обмотка подключается к сетевому напряжению, а к выходам вторичной подключаются потребители, рассчитанные на низкий ток.
Связь между обмотками осуществляется посредством переменного магнитного потока, наведенного в сердечнике, поскольку прямая электрическая связь отсутствует. В первичной обмотке количество витков гораздо больше, чем во вторичной, что и обеспечивает необходимое снижение напряжения. У большинства моделей все компоненты размещаются в общем корпусе, но существуют и конструкции открытого типа с ограниченной областью применения.
В классическом варианте понижающий трансформатор использует электромагнитную индукцию. Напряжение, подаваемое к первичной обмотке, дает толчок образованию магнитного поля, пересекающего витки во вторичной обмотке. Это приводит к образованию ЭДС, под влиянием которой и возникает пониженное напряжение. Разница между входным и выходным напряжением определяется количеством витков в каждой из обмоток. Во время работы теряется некоторое количество электроэнергии, в пределах 3% от общей мощности. Таков в целом принцип работы подобной аппаратуры.
Точные параметры устройства определяются расчетными данными его конструктивных элементов. Возникновение электродвижущей силы возможно лишь под влиянием переменного тока, поэтому и многие бытовые устройства рассчитаны именно на такой ток. Понижающий трансформатор очень часто функционирует совместно с блоками питания, стабилизаторами и другими аналогичными устройствами.
Современные модели оборудуются несколькими выводами от вторичной обмотки, предназначенными для различных видов соединений. В результате, каждый такой прибор приобретает многофункциональность, универсальность и называется понижающим. При изменении схемы подключения, он становится повышающим.
Классификация трансформаторов
Все известные типы трансформаторных устройств бывают различного исполнения и выпускаются в соответствии с их конструкцией и принципами работы.
Среди трансформаторов наиболее известными являются:
- Тороидальная конструкция (рис. а). Отличается сердечником, изготовленным в форме тора, используется для устройств с небольшими мощностями. В отличие от других моделей, данный трансформатор напряжения имеет малые габариты и массу. Хорошо зарекомендовали себя в радио-электронных схемах. Качественное охлаждение обмотки на протяжении всего сердечника дает возможность получить высокую плотность тока, а показатели токов намагничивания наиболее низкие.
- Стержневая конструкция, которая эффективно понижает напряжение (рис. б). Здесь сердечники магнитопровода полностью охвачены обмотками. Эти устройства рассчитаны на среднюю и большую мощность подключаемых приборов. Простота устройства облегчает изоляцию и ремонт обмоток, а при изменении подключения позволяет повысить напряжение. Существенным плюсом считается качественное охлаждение, что позволяет снизить количество проводников в обмотках.
- Броневая конструкция (рис. в). В ней броней является сам магнитопровод, охватывающий обмотки. Все остальные показатели аналогичны предыдущему стержневому варианту, за исключением их малой мощности. Они проще и дешевле, отличаются меньшим количеством катушек.
Кроме основных конструкций, существуют и другие устройства, например, разные типы многообмоточных трансформаторов. Эти устройства могут выдавать разное выходное напряжение за счет нескольких вторичных обмоток, установленных на сердечнике. Они отличаются количеством витков, которые и регулируют величину напряжения в конкретной обмотке. Наибольшей популярностью пользуются 1-фазные приборы с двумя обмотками понижающего типа.
Каждый понижающий трансформатор отличается количеством фаз, с которыми им приходится работать. Для трехфазных сетей, чаще всего, используются три однофазных устройства, помещенные на общий сердечник. Сумма магнитных потоков всех трех фаз равняется нулю. Соединение приборов осуществляется по схеме звезды или треугольника. Таким образом, получается силовой трансформатор. Для одной фазы предусмотрен простейший однофазный прибор, где фаза и ноль от сети замыкаются на первичной обмотке.
Преимущества и особенности электронных трансформаторов
Традиционные электромагнитные устройства постепенно заменяются электронными понижающими трансформаторами. В их конструкции отсутствуют привычные сердечники и катушки, замененные точными микросхемами, резисторами, конденсаторами и другими компонентами. Эти приборы практически сразу же завоевали широкую популярность среди пользователей электрооборудования, бытовой техники и радиоэлектроники.
Одна из причин такой популярности заключается в компактных размерах электронных трансформаторов, которым уже не требуется слишком много свободного места. Новое оборудование отличается повышенной мобильностью и незначительным весом, что существенно облегчает его установку и дальнейшую эксплуатацию.
Другое преимущество состоит в высоком КПД устройства, не снижающегося из-за его малых размеров. Электронный понижающий трансформатор работает бесшумно, без привычного гула. Он отличается высокой работоспособностью, отсутствием сбоев и проблем во время наладки, обслуживания и ремонта. При работе с повышенной интенсивностью устройство почти не нагревается, температура корпуса находится в пределах нормы и не опасна для окружающих. Среди электротехников очень популярны понижающие устройства на 36В, позволяющие эффективно регулировать выходное напряжение.
Каждый понижающий трансформатор, функционирующий на электронной схеме, участвует в обеспечении безопасной эксплуатации электрических сетей. Как правило, это сложные магистрали, с большим количеством сигналов, подаваемых на все участки. Чтобы не допустить сбоев в работе, схема устройства дополняется встроенной системой, защищающей от коротких замыканий.
Подключение и проверка мультиметром
Подключение понижающего трансформатора совсем не сложно (рис. 1). На корпус устройства нанесена маркировка, указывающая клеммы, куда подключается ток сетевых проводов и нагрузки. Провод фазы подключается к выходу, обозначенному L или 220, провод нуля подключается к клемме N или 0, после чего задача, как подключить понижающий трансформатор 220, считается решенной. У разных производителей эта маркировка может отличаться.
Проверить понижающие трансформаторы на исправность и работоспособность возможно с помощью мультиметра, предназначенного для замеров электрических параметров (рис. 2). При отсутствии маркировки, необходимо установить расположение концов каждой из обмоток. С этой целью мультиметр переводится в режим замера сопротивления, а щупы поочередно прикладываются к выходам устройства. После того как обмотки определены, необходимо установить среди них первичную и вторичную. В первичной обмотке сопротивление будет выше, а во вторичной ниже.
Самостоятельное изготовление понижающего трансформатора
Несмотря на большое количество моделей, представленных на рынке электротоваров, некоторые домашние мастера предпочитают изготовить понижающий трансформатор своими руками, чтобы он обладал всеми параметрами и характеристиками, отвечающими конкретным условиям эксплуатации.
Как сделать прибор самому? В период подготовки необходимо выполнить следующее:
- Определить тип будущей конструкции электронная или электромагнитная.
- Установить эксплуатационные параметры и характеристики: вес, размеры, значение пониженного напряжения, мощность, тип подключения и место монтажа.
- При изготовлении электромагнитного устройства рассчитываются первичная и вторичная обмотки на основании исходных данных и специальных формул. По итогам расчетов количество витков нужно увеличить или уменьшить.
- Выбирать наиболее подходящую схему понижающего трансформатора и рассчитать количество электронных комплектующих.
- После расчетов приобретаются все детали и компоненты.
После подготовки и расчетов можно собирать трансформаторное устройство. Классический вариант сборки осуществляется в следующем порядке:
- Изготовление каркаса катушек. Для этого используется электротехнический или другой плотный картон.
- Намотка провода на катушки вручную или специальным приспособлением, с точным соблюдением расчетного количества витков.
- Размещение катушек на заранее подготовленном сердечнике. Их выводы нужно зафиксировать и промаркировать.
- Все узлы и детали подключаются и надежно закрепляются на своих местах, после чего изолируются.
После сборки трансформатора 220 на 12 остается проверить, как работает готовое устройство. Первичная обмотка подключается к сети 220В, а вторичная соединяется с нагрузкой, рассчитанной на 12В. После успешных испытаний прибор устанавливается в корпус или размещается в открытом виде в подготовленном месте. При изменении подключения трансформатор меняет свою функцию и повышает ток.