Повышающие трансформаторы с 12 на 220 своими руками пошаговая сборка с помощью подручных средств

Функционирование и принцип устройства

Чтобы понять, что такое повышающие трансформаторы, нужно понять принцип работы. Оборудование изготавливается для электростанций, конструктивные схемы которых относятся к разряду пройденных.

Повышающий трансформатор на электростанциях используется для снабжения населенных пунктов и других объектов электроэнергией с определенными техническими показателями. Без преобразователя высокое напряжение постепенно снижается на своем пути.

Конечный потребитель получит недостаточную мощность. Благодаря этой установке электроэнергия аналогичной стоимости получается на конечной электростанции в цепи. Потребитель получает в сети напряжение до 220 В. Промышленные сети питаются до 380 В.

Схема, показывающая работу трансформатора в линии, включает в себя несколько элементов. Генератор на электростанции вырабатывает электроэнергию 12 кВ. Он идет по проводам к повышающим станциям. Здесь установлен трансформаторный блок, предназначенный для увеличения скорости линии до 400 кВ

Электроэнергия подается от сетевой станции на высоковольтную линию. Кроме того, энергия поступает в понижающую станцию. Здесь оно снижено до 12кВ. Трансформаторы с обратным принципом действия направляют ток в низковольтную линию электропередачи. В конце устанавливается еще один блок опускания. От него в дома и квартиры подается электричество с показателем 220 В.

Принцип работы трансформаторной сети.

Рассматривая, как работает повышающий трансформатор, нужно понимать основные принципы его устройства. В основе трансформатора лежит механизм электромагнитной индукции.

Металлический сердечник находится в изолирующей среде. Схема включает две катушки. Количество витков не то. Увеличивать показатель способны катушки, в первой цепи которых витков больше, чем во второй.

В первичную цепь подается переменное напряжение. Например, это ток в сети 110 (100) В. Возникает магнитное поле. Прочность увеличивается при правильном соотношении витков в сердечнике. При прохождении электричества по второй обмотке в повышающем трансформаторе появляется ток с определенным показателем. Например, предусмотрен индикатор характеристики сети 220 В.

В этом случае частота остается прежней. Для подачи постоянного тока в линию электроснабжения в схеме установлен преобразователь. Этот блок может быть в повышающем оборудовании. Устройство способно работать не только на изменение напряжения, но и частоты. Некоторое оборудование питается от постоянного тока.

Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница

Короче говоря, повышающим считается устройство, дающее более высокий потенциал, по сравнению с входным. Если происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство пошаговое.

В первом случае вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная, а во втором, наоборот, в работе используется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

Да, ты можешь. Так как для изменения функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Следовательно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.

На практике для повышения КПД устройства индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти индикаторы обязательно должны оставаться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформаторы меняют свои функции на противоположные.

Как определить принадлежность той или иной обмотки

Конструктивно трансформаторы выполнены по принципу невозможности сразу определить их отличия, то есть какие провода называются и являются собственно первичными, а какие из них вторичной обмоткой.

Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Обмотке высокого напряжения присваивается символ «Н», в понижающих устройствах она работает как первичная, а в повышающих — как вторичная обмотка. Обмотка низкого напряжения отмечена знаком «Х».

Чтобы разобраться в функциях, различии и принципе работы каждого из этих устройств, следует рассмотреть их более подробно.

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

Трансформаторы преобразуют более высокое входное напряжение в низковольтную характеристику выходного напряжения, то есть позволяют уменьшить большие токи до требуемых значений. При необходимости такое устройство можно использовать как повышающее.

Принцип работы этих устройств определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка подключается к источнику тока, после чего вокруг сердечника создается магнитное поле. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.

Выходная мощность определяется количеством витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель, можно контролировать характеристики выходного напряжения и получать необходимый ток для бытового и промышленного оборудования.

С помощью одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего устройства дополнена выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне необходимых значений.

Современные устройства дополнены полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате получается устройство с малыми габаритами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.

Такие трансформаторы работают очень тихо и не подвергаются сильному нагреву. Выходной ток может быть установлен регулировками и варьируется в каждом случае. Все агрегаты нового типа оснащены защитой от короткого замыкания.

Понижающий трансформатор имеет простую и надежную схему, широко применяется на подстанциях между участками линий электропередач. Они выполняют снижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Такие устройства являются промышленными. Используемые в быту, они отличаются меньшими мощностями.

Прикасаясь к первичной обмотке ввода 220 В, затем обеспечивают пониженное напряжение с 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих агрегатов всегда ниже единицы. Для его определения нужно знать соотношение числа витков в первичной и вторичной обмотках.

Особенности повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторные блоки, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их предназначение — работа по профилю на проходных электростанциях. Они должны увеличивать силу тока в соответствии с нормативными показателями, так как в процессе перевозки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП.

В конце трассы электростанция с помощью повышающего трансформатора повышает напряжение до нормативных 220 В и подает в бытовую сеть, а 380 В — в промышленную сеть.

Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей несколько ступеней:

• Первоначально электростанция вырабатывала электроэнергию напряжением 12 киловольт (кВ).
• Далее по линии электропередач она поступает на повышающий трансформатор и поступает на повышающий трансформатор, который преобразует это напряжение в 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже проходит по ней до понижающей станции, где напряжение снова становится 12 кВ.
• На завершающем этапе ток проходит по низковольтной линии, в конце которой установлен еще один понижающий трансформатор. Здесь напряжение окончательно приобретает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.

Принцип действия повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Базовая конструкция состоит из двух катушек с разным числом витков и изолированного сердечника.

Низкое переменное напряжение поступает на первичную обмотку и вызывает магнитное поле, возрастающее при оптимально выбранном соотношении между обмотками. Под его воздействием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными скоростями — 220 В и более.

При необходимости изменения частоты в цепи дополнительно устанавливается преобразователь, способный подавать постоянный ток для определенных видов оборудования.

В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому они должны использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла являются горючими веществами, поэтому такие системы оснащены дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в использовании, но стоят намного дороже.

Повышающие трансформаторы представляют собой силовые конструкции, предназначенные для установки в электрических бытовых и промышленных цепях. Установка изменяет напряжение в сторону увеличения. Как работают трансформаторы повышающего типа, где применяются такие установки, необходимо оценить более подробно.

Достоинства и недостатки сердечников

• Типовая установка чаще применяется для устройства магнитопроводов произвольного сечения, ограниченного только шириной пластин. Лучшими параметрами обладают блоки преобразования напряжения квадратного сечения. Недостатком данного типа сердечника является необходимость плотного стягивания пластин, низкий коэффициент заполнения пространства катушки, а также повышенный разброс магнитного поля устройства.
• Скрученные сердечники гораздо легче установить, чем сложенные сердечники. Весь сердечник Е-типа состоит из четырех частей, тогда как U-типа имеет в своей конструкции только две детали. Технические характеристики такого трансформатора намного лучше, чем у типовой установки. К недостаткам можно отнести необходимость минимального расстояния между деталями. При физическом воздействии пластины деталей могут отслоиться, и в дальнейшем добиться плотного прилегания очень сложно.
• Тороидальные сердечники имеют форму кольца, скрученного из ленты трансформаторного железа. Такие сердечники обладают лучшими техническими характеристиками и практически полным исключением рассеяния магнитного поля. Недостатком является сложность намотки, особенно проводов большого сечения.

В трансформаторах Ш-типа все обмотки обычно выполняются на центральном стержне. В П-образном агрегате вторичная обмотка может быть намотана на один полюс, а первичная на другой. Особенно часто встречаются конструктивные решения, когда разделенные надвое обмотки наматывают на оба стержня, а затем последовательно соединяют друг с другом.

При этом значительно снижается расход провода на трансформатор, улучшаются технические характеристики агрегата.

Технические характеристики

Основными характеристиками при работе трансформатора являются:

• Входное напряжение.
• Выходное напряжение.
• Мощность устройства.
• Нет нагрузки по току и напряжению.

Величина отношения между напряжениями на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от числа витков в обмотках и остается неизменным при любом режиме работы устройства.

Мощность трансформатора напрямую зависит от диаметра проводов и типа сердечника, который на стороне первичной обмотки равен сумме мощностей вторичных обмоток без учета потерь.

Напряжение, полученное на выходной обмотке устройства, без подключения к нагрузке, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь из-за разного сопротивления проводов обмотки.

Значение тока холостого хода полностью зависит от качественных показателей сердечника трансформатора. В идеальном случае ток первичной обмотки создает в сердечнике устройства магнитное поле переменной величины, величина ЭДС равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но в действительности величина ЭДС всегда меньше входного напряжения из-за возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для снижения значения тока холостого хода требуется качественный материал при изготовлении сердечника и минимальный зазор между пластинами. Для таких условий больше подходят тороидальные сердечники.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их использования различают такие виды трансформаторов:

• Автотрансформатор конструктивно выполнен в виде обмотки с двумя концевыми выводами, а также в промежуточных точках блока имеется несколько выводов, где расположены первичная и вторичная обмотки.
• Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорить методы регулирования напряжения.
• Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток посредством индукции электромагнитного поля между двумя цепями. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
• Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трехфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от силовых трансформаторов. Конструктивно это агрегат литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой конструкцией. Трансформаторы антирезонансного типа используются для передачи сигналов на большие расстояния и при большой нагрузке. Идеально подходит для работы в любых климатических условиях.
• Заземленные трансформаторы (дополнительная нагрузка). Особенностью этого типа является расположение обмоток в виде звезды или зигзага. Заземленные устройства часто используются для подключения счетчика электроэнергии.
• Пик — трансформаторы применяются в устройствах радиосвязи и технологиях изготовления компьютеров, по принципу разделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора упрощена: вокруг сердечника из ферромагнитного материала размещена обмотка с определенным числом витков.
• Разделительный домашний трансформатор используется при передаче переменного тока на другой прибор или оборудование, блокируя при этом возможности источника питания. В бытовых условиях такие устройства обеспечивают регулировку напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего используются для подавления электрических помех в чувствительных устройствах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Читайте также: Выбор трансформаторов тока: критерии, расчет, описание, виды, схемы

Собираем своими руками

Решением некоторых проблем может стать преобразователь своими руками. Например, если для гаражных работ вам необходимо подключить технику с питанием 220 В, а в сети напряжение всего 36 В, эту проблему решит собранный своими руками повышающий трансформатор

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

Инверторы — это устройства, которые позволяют преобразовывать величины постоянного тока, в том числе 12 В, в переменный ток с изменением уровня напряжения или без него. Выпускаемые в настоящее время преобразователи постоянного напряжения могут быть представлены:

• регуляторы напряжения;
• преобразователи уровня напряжения;
• линейные стабилизаторы.

Как правило, такие устройства представляют собой генераторы периодического напряжения, близкого по форме к синусоиде.

Как сделать своими руками

Для преобразования напряжения из низкого в высокое и наоборот используются повышающие или понижающие трансформаторы. Они представляют собой электрические машины с высоким КПД и используются во многих областях техники.

Можно сделать трансформер своими руками в домашних условиях. Чтобы правильно смонтировать повышающий трансформатор, необходимо выполнить весь технологический процесс и рекомендации по монтажу данного типа электрических машин, которые будут приведены ниже.

Что потребуется для самостоятельной сборки

В первую очередь определяем мощность первичной обмотки будущего преобразователя. Для этого необходимо узнать мощность устройства, которое мы собираемся подключить. Обычно эти данные указываются в паспорте устройства.

Например, возьмем среднее значение 100 Вт. При этом следует учитывать, что требуется определенный запас, ведь КПД будет примерно 0,8 -0,9. Нам нужна мощность 150 Вт. Чтобы намотать трансформатор самостоятельно, нужны ответы на следующие вопросы:

1. Зачем нужен трансформатор: для повышения или понижения напряжения?
2. Какие напряжения должны быть на входе и выходе устройства?
3. Устройство работает от сети переменного тока 50 Гц или оно должно быть рассчитано на другую частоту?
4. Какой будет мощность самодельного трансформатора?

Получив ответы, можно приступать к покупке необходимых материалов. Для этого покупают ленточную изоляцию (лакоткань) для будущего трансформатора, сердечник для него (если есть подходящий ток от старого, сгоревшего телевизора, можно использовать), необходимое количество провода в эмали изоляция. Используемые материалы и инструменты:

• железный сердечник трансформатора;
• утеплитель (лакоткань);
• шнур;
• тонкий картон;
• доски и деревянные бруски;
• стальной стержень;
• клей;
• пила;
• ножницы;
• вольтметр.

Вам нужно установить магнитную цепь. Если не прибегать к услугам специализированных магазинов, можно взять сердечник в виде буквы «О» от, например, старого телевизора. Но нужно рассчитать сечение по формуле: А1 = С*С/1,44, где А1 — мощность будущего преобразователя (Вт), а С — сечение (см2). Наша С должна быть равна 10,2 кв.см.

Вырежьте две рамки для магнитопровода. Берем половину первичной обмотки, кладем вплотную к каркасам. После укладки утепляем стеклотканью. Берем половину вторичной обмотки, тоже прокладываем, изолируем.

Собираем магнитопровод, отдельные его части стягиваем хомутом. Детали агрегата рекомендуем проклеивать специальным клеем с содержанием ферропорошка, тогда оборудование не будет издавать лишних шумов при работе.

Для намотки обмоток можно сделать простой намоточный станок. Для этого возьмите доску длиной 40 см и шириной 100 мм. К нему саморезами крепятся два бруска 50 х 50 миллиметров так, чтобы расстояние между ними было 30 см. Их необходимо просверлить на одной высоте сверлом диаметром 8 мм. В эти отверстия вставляется стержень, на который предварительно надевается катушка будущего трансформатора.

С одной стороны на штыре необходимо обрезать провод длиной 3 см и прикрепить к нему с помощью двух гаек ручку, которая вращает стержень с катушкой при намотке трансформатора.

Габариты описанной выше намоточной машины не критичны — все зависит от размера сердечника. Если он изготовлен из ферросплавов и имеет форму кольца, намотку необходимо производить вручную. Наглядно процесс монтажа повышающего трансформатора показан на видео.

Расчет количества витков

Определяем количество витков на 1 В. Рассчитываем по формуле: К = 50/Кл, для нас это 50/10,2, т.е. 4,9 витков на 1 В. После этого мы можем легко рассчитать количество витков первичной — и вторичной обмоток. В первом случае умножаем имеющееся напряжение сети на 4,9, получаем 176 витков. Во втором умножаем требуемое напряжение (220 В) на 4,9, получаем 1078.

Предварительный расчет количества оборотов можно произвести исходя из требуемой мощности устройства. Например, если вам нужен повышающий трансформатор от 12 до 220 В, необходимая мощность такого устройства будет в пределах 90-150 Вт.

Магнитопровод О-образного типа выбираем от старого телевизора или покупаем аналогичный в магазине. Сечение нужно выбирать по формуле из электротехнического справочника. В данном примере это примерно 10-11 см².

 

Следующим шагом является определение количества витков на вольт, что в данном случае составляет 50 Гц, деленное на 10-11, примерно 4,7-5 единиц на вольт. Теперь можно рассчитать количество витков первичной и вторичной обмоток: W1 = 12 Х 5 = 60 и W2 = 220 Х 5 = 1100.

Далее необходимо определить в них токи: I1=150:12=12,5 А и I2=150:220=0,7 А. Сечения и диаметры обмоточных проводов находим по формулам из справочника книга. Повышающий трансформатор предварительно рассчитан, можно приступать к его намотке.

Следующим шагом является расчет тока для каждой обмотки. За первые показатели принимаем мощность равную 150 Вт. Тогда для первичной обмотки требуется ток 4,2 А, а для вторичной — 0,7 А. Рабочий показатель равен мощности, деленной на напряжение.

Для правильной работы устройства важно не только количество витков, но и диаметр витков. Рассчитываем этот параметр по формуле: рабочий ток обмотки, умноженный на коэффициент 0,8.

Рабочий процесс изготовления каркасов катушек

При использовании круглого сердечника его предварительно обматывают ленточной изоляцией и затем непосредственно на него наматывают провод, распределяя необходимое количество витков по всему кольцу.

После завершения намотки первичной обмотки ее покрывают 3-4 слоями лакоткани, а затем поверх наматывают витки ее вторичной части. При использовании обычных магнитопроводов каркас катушки изготавливается следующим образом:

• выкройка рукава выполнена с отворотами по бокам концов;
• щечки вырезаются из картона;
• сверните корпус катушки по отмеченным линиям в небольшую коробочку и запечатайте ее;
• верхние части (щечки) надеваются на рукав, а после отгиба куртки приклеиваются.

После этого провод закрывают ленточной изоляцией, предварительно вынув концы обмоток.

Изготовление обмоток

Катушка размещена на деревянном бруске с размерами стержня магнитопровода. В нем предварительно просверливается отверстие для намотки стержня. Эта деталь вставляется в станок и начинается процесс производства намотки:

• на катушку намотано 2 слоя лакоткани;
• один конец проволоки закрепляют на щеке и начинают медленно вращать ручку станка;
• сгибы нужно укладывать плотно, изолируя каждый намотанный слой от соседнего лакоткани;
• после намотки первичной катушки провод отрезают и другой его конец присоединяют к щеке рядом с первым.

Расчеты параметров

На простом трансформаторе первичка имеет 440 витков на 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула подсчета витков по напряжению:

N = 40-60/S, где S — площадь поперечного сечения жилы в см2. Константа 40-60 зависит от качества металла сердцевины. Сделаем расчет по установке обмоток на магнитопровод. В нашем случае трансформер имеет окно высотой 53 мм и шириной 19 мм. Каркас будет текстолитовый. Две щечки внизу и вверху 53 — 1,5 х 2 = 50 мм, рамка 19 — 1,5 = 17,5 мм, размер окна 50 х 17,5 мм.

• Обмотка простого высоковольтного трансформатора 2,18 х 450 = 981 виток.
• Низкое напряжение на нагрев 2,18 х 5 = 11 витков.
• Провод низкого напряжения 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Трансформаторная атомная электростанция своими руками на 170 ватт. На сетевой обмотке ток 170/220=0,78 ампер. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская намотка из провода 0,5, на этом завод сэкономил.

Составной магнитопровод образует вместе с узлами и соединительными элементами сердечник трансформатора. Часть, на которую намотаны обмотки, называется стержнем. Участок системы, предназначенный для замыкания цепи и ненесения витков цепи, называется ярмом. Расположение баров в помещении служит для разделения системы на следующие виды.

Количество витков первичной обмотки

Берем провод 0,35 мм, 50/0,39 х 0,9=115 витков на слой. Количество слоев 981/115 = 8,5. Не рекомендуется делать вывод из середины команды для обеспечения надежности. Рассчитайте высоту каркаса с обмотками.

Первичка из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляция 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Обмотку высокого напряжения лучше всего экранировать от других обмоток, чтобы предотвратить высокочастотные помехи. Для намотки трансформатора делаем экранную обмотку из одного слоя провода 0,28 мм с двумя слоями изоляции с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка займет: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм. Ступенчатая обмотка 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слой изоляции 0,1 мм. Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. На накальные обмотки осталось 3 мм.

Можно рассчитать внутреннее сопротивление обмоток. Для этого вычисляют длину витка, берут длину провода в обмотке, определяют сопротивление и из таблицы узнают удельное сопротивление для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки разница ок. 6 Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при номинальном токе 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, мы добавляем два витка. Теперь под нагрузкой секции равны по растяжению.