Что такое понижающий трансформатор и где он используется

Что такое понижающий трансформатор и принцип его работы

Понижающие трансформаторы относятся к категории преобразователей значения электрического тока. Причем их входящее напряжение будет выше, чем исходящее. Представленные установки применяются в линиях электропередач и быту. Принцип работы понижающих приборов, особенности и применение будут рассмотрены далее.

Конструкция

В принципе работы трансформаторов используется физический закон электромагнитной индукции. Стандартные устройства имеют сердечник и две обмотки. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключается к электрической сети. Вокруг сердечника магнитопривода генерируется магнитное поле. Во вторичной обмотке появляется электричество с определенным показателем напряжения.

Мощность на выходе определяется соотношением количества витков в обеих катушках. Соотношением витков, составляющих обмотку первичной и вторичной катушек, можно выбирать характеристики выходного напряжения. Устройство трансформаторов позволяет получить требуемое значение тока для питания промышленных и бытовых электроприборов.

Трансформаторы напряжения не меняют частоту тока. Для этого понижающему агрегату потребуется иметь в конструкции выпрямитель. Он будет менять частоту тока с переменного до постоянного значения, и наоборот.

В понижающих трансформаторах сегодня применяются полупроводники. Их работу дополняет схема интегрального типа. В цепь включаются конденсаторы, микросхемы, пьезоэлементы, резисторы и т. д. Такой понижающий бытовой трансформатор имеет небольшие габариты, высокий уровень КПД, малый вес. Он не шумит, не нагревается. В трансформаторах представленных типов допускается выбрать мощность исходящего тока. Устройство включает в схему защиту против короткого замыкания. Традиционные конструкции также пользуются спросом. Подобные схемы просты, надежны.

Интересное видео: Понижающий трансформатор

Назначение

Трансформаторы понижающие применяются в различных сферах человеческой деятельности. Силовые конструкции устанавливаются на подстанциях на пути следования линий электропередач. Представленные типы аппаратов понижают при работе показатель тока в сети от 380 до 220 В. При такой мощности работают бытовые электроприборы. Представленная установка называется промышленным трансформатором понижения тока.

К бытовым понижающим разновидностям относят приборы, которые работают на более низких мощностях. Они принимают 220 В на первичный контур, а выдают 42, 36, 12 В, учитывая требования потребителя.

Расчет характеристик оборудования

Трансформатор понижающий может относиться к различным категориям, что зависит от ряда параметров. Помимо конструкционных отличий (наличие пьезоэлементов, конденсаторов и т. д.) оборудование отличается мощностью, назначением, строением. Общим для них является коэффициент трансформации. Он всегда будет меньше 1. Не существует понижающий трансформатор с коэффициентом больше 1. Такие приборы относятся к категории повышающих агрегатов.

Чтобы подобрать правильное количество витков в контурах, производится расчет. Известно, что коэффициент трансформации, равен 0,2. Прибор понижает напряжение в сети. В первичной обмотке 120 витков. Определим количество витков во вторичной катушке:

ВО = 120*0,2 = 24 витка.

Используя коэффициент трансформации, определяем выходное напряжение. Если на первичную обмотку поступает ток 220 В, расчет будет таким:

НВ = 220*0,2 = 44 В.

Зная коэффициент трансформации, как определить мощность оборудования, не составит труда. Когда мы выбираем прибор для изменения параметров тока в цепи, требуется определение потребностей стандартных потребителей. При пониженной нагрузке в сети бытовая техника не будет работать правильно. Чтобы в трансформаторе не вырабатывалось слишком низкое значение тока, обязательно учитывают коэффициент трансформации.

Разновидности

Когда потребность промышленного или бытового оборудования в вопросе уровня напряжения определена, нужно обратить внимание на выбор разновидности аппарата. Различают следующие виды:

Многообразие представленных конструкций позволяет применять их в различных сферах деятельности человека. Стоимость оборудования зависит от мощности аппаратуры, сложности конструкции, области применения. Про понижающие трансформаторы 380/220 мы уже писали на этой странице.

Видео: Силовой понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками.

Распространенные модели

Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:

Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.

Интересное видео: Сетевой понижающий трансформатор

Как выбрать?

Выбрать трансформаторное устройство представленного типа может профессионал. Существует несколько правил в проведении этого процесса. В первую очередь следует обратить внимание на показатель входного напряжения. Оборудование должно быть рассчитано на прием определенного напряжения.

Затем нужно установить, какой уровень тока требуется потребителю. В соответствии с этой характеристикой выбирают параметры выходного напряжения. Мощность приборов, подведенных к трансформатору, должна быть немного ниже, чем его выходное напряжение.

Качественные изделия выдерживают аварийные ситуации. В них предусмотрена особая защита от короткого замыкания, перенапряжения, резких скачков электричества, перегрузок. В этом случае система работает стабильно даже в неблагоприятных условиях.

Установка и эксплуатация

Внутреннюю часть представленного агрегата нужно тщательно защищать от неблагоприятных внешних воздействий. В корпус не должны попадать пыль, влага, грязь и прочие посторонние вещества. Поэтому оборудование устанавливается в защитный корпус, кожух или ящик. В него должен быть обеспечен легкий доступ. Обслуживающий персонал при необходимости быстро произведет осмотр системы в случае необходимости.

Монтаж нужно проводить таким образом, чтобы исключить вероятность случайного соприкосновения человека к неизолированным проводникам тока. Агрегат подключается к заземлению при помощи медного провода. Сечение должно составлять от 2,5 мм и более.

Периодически производится осмотр, обслуживание и ремонт трансформаторов. Неисправности должны вовремя устраняться.

Интересное видео: Как намотать своими руками сетевой понижающий трансформатор 220 на 12 вольт?

При выборе места установки, условий эксплуатации обязательно учитывают требования производителя. ГОСТ устанавливает климатическое исполнение, которое должно учитываться при установке.

Рассмотрев особенности, применение и условия эксплуатации понижающих трансформаторов, можно выбрать оптимальную разновидность приборов.

Источник

Что такое понижающий трансформатор?

Трансформаторы — это статические электрические устройства без движущихся частей, преобразующие электрическую энергию из одного значения напряжения и тока в другое. Частота электрического тока при этом остается постоянной.

Трансформаторы классифицируются по функциям: повышающие или понижающие. Повышающие трансформаторы увеличивают входящее напряжение, а понижающие трансформаторы уменьшают значение выходящего напряжение. Входящее напряжение называется первичным напряжением, а выходящее- вторичным. Также трансформатор может использоваться для гальванической развязки.

Как правило, повышающие трансформаторы располагаются на электростанциях, повышая напряжение, поступающее от электростанции в распределительные сети на большие расстояния. Понижающие трансформаторы, с другой стороны, уменьшают напряжение распределительных сетей, получаемых на уровне местного распределения. Поток на большие расстояния сначала понижается до уровня, приемлемого для местного распределения, а затем снова понижается в каждом потребительском узле (жилых домах и офисах).

Необходимость трансформаторов

При передаче электрической энергии, как на большие, так и на малые расстояния в системе энергоснабжения возникают собственные потери. Чем выше ток в линии, тем больше потери (при более низком напряжении, так как мощность передается одинакова). По этой причине для передачи электроэнергии на большие расстояния необходимо, чтобы у электричества было максимально высокое напряжение и максимально малый ток. Однако высокое напряжение небезопасно для потребителей и не подходит для большинства электроприборов. Бытовые электроприборы обычно рассчитаны на 220 В (110 В в США).

Трансформаторы преобразуют электроэнергию между высоким напряжением, малым током, необходимым для передачи на большие расстояния, и низким напряжением, большим током, необходимым для использования потребителями.

Кроме того, линии электропередачи обычно изготавливаются из меди, чтобы минимизировать потери, связанные с передачей. Медь имеет самое низкое электрическое сопротивление из всех проводящих материалов.

Применение понижающего трансформатора

Электростанции вырабатывают электроэнергию с напряжением 20 кВ, которое затем повышается до 330 кВ (а иногда и выше) для распределения на большие расстояния. При получении на местной распределительной станции напряжение снижается до 6, 10 кВ с помощью понижающего трансформатора. После чего, для распределения отдельным потребителям, используют другой понижающий трансформатор, который снижает напряжение до стандартных 380 В (220 В), пригодных для использования потребителями.

Бытовое напряжение в большинстве районов составляет 220 В. Однако не во всем мире используется напряжение 220 В в бытовых розетках. Например, в США напряжение в бытовой сети составляет от 110 В. Подключение устройства 220 В к розетке 110 В может привести к повреждению устройства. К счастью, есть недорогие трансформаторы-адаптеры (рисунок ниже), которые полностью решают эту проблему.

Работа трансформатора

Трансформаторы работают по принципу взаимной индукции. Изменяющееся магнитное поле в одном витке провода индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в соседнем витке провода, индуктивно связанном с первым. Проще говоря, трансформатор состоит из двух катушек из медной проволоки с высокой взаимной индуктивностью. Эти катушки электрически разделены, в то же время они имеют общую магнитную цепь (рисунок ниже).

В понижающем трансформаторе вторичная обмотка имеет меньшее количество витков, чем первичная, что позволяет снизить напряжение на выходе устройства.

Первичная обмотка, которая представляет собой первый набор катушек, подключается к источнику переменного напряжения. Вторичная обмотка подключается к нагрузке, распределяя электроэнергию от трансформатора.

Переменный ток, протекающий при первичном напряжении, создает переменный магнитный поток. Он индуцирует аналогичный ток во вторичной катушке, создавая вторичное напряжение. Здесь уменьшенное количество обмоток вторичной катушки эффективно снижает результирующее напряжение, следовательно, «понижая» напряжение до более низкого значения при сохранении постоянной частоты.

Обратите внимание, что при уменьшении напряжения ток увеличивается для поддержки одинаковой частоты между первичной и вторичной обмотками. По этой причине вторичная обмотка в понижающих трансформаторах обычно имеет провод большего сечения, чем первичная. Поскольку ток в первичной обмотке низкий, для подключения первичной обмотки не требуется провод большого сечения. И наоборот, повышенный ток, протекающий через вторичную обмотку, требует увеличения сечения проводника. Если провод во вторичной катушке слишком тонкий, он плавится из-за перегрева, вызывая выход из строя трансформатора.

Изменение направления потока

Возможно использование как повышающих, так и понижающих трансформаторов в обратном подключении. При переключении первичной и вторичной обмоток направление электрического потока меняется на противоположное. Таким образом, повышающий трансформатор может выполнять функцию понижающего трансформатора и наоборот.

Производственные соображения

Трансформаторы — дорогой, но важный элемент системы электроснабжения. На приобретение трансформаторов требуются большие капитальные затраты, и ожидается, что они будут работать в течение всего прогнозируемого срока службы. В действительности, однако, трансформаторы обычно выходят из строя примерно на половине ожидаемого срока службы. Неправильно отремонтированные обмотки, устройства РПН и вводы часто являются первопричиной.

Однако виноваты не только неадекватные планы обслуживания. Трансформаторы часто не соответствуют предполагаемым условиям использования, что создает ненужную нагрузку на устройство. Несмотря на то, что трансформаторы полностью статичны и не имеют движущихся частей, сила тока, протекающего через обмотки, вызывает износ самих обмоток. То же самое и с переключателями ответвлений и втулками. Со временем целостность этих материалов нарушается, что приводит к легкому или критическому отказу.

Чтобы предотвратить преждевременный выход из строя, трансформаторы следует выбирать внимательно. После установки следует также осторожно производить ввод в эксплуатацию. Условия эксплуатации должны тщательно контролироваться, а планы технического обслуживания должны выполняться регулярно и тщательно. При наличии этих положений трансформаторы, вероятно, будут обеспечивать оптимальную производительность в течение всего прогнозируемого срока службы.

Сердечник

Кроме того, будьте благоразумны при выборе марки материала сердечника трансформатора. Хотя материалы более высокого качества, как правило, дороже, они обычно обеспечивают более длительный срок службы. Подберите материал в соответствии с нормальными условиями эксплуатации и желаемым сроком службы трансформатора.

Обмотки

Тщательно подбирайте тип металла, из которого изготовлены обмотки трансформатора. Здесь цель состоит в том, чтобы минимизировать сопротивление в проводах, одновременно увеличивая электрическую проводимость. В этом случае лучше всего подходит медь, хотя обычно она дороже алюминия, который является альтернативой.

В долгосрочной перспективе медь, как правило, является наиболее экономичным вариантом, поскольку она обеспечивает меньшее сопротивление электрическому току, чем альтернативные материалы. Это уменьшенное сопротивление приводит к меньшим потерям электроэнергии, увеличивая долгосрочную эффективность оборудования. Дополнительным преимуществом является снижение тепловыделения в системе, поскольку электрическое сопротивление приводит к выделению тепла при использовании альтернативных материалов.

Важно понимать физическое расположение обмоток. Такое расположение должно соответствовать ожидаемым условиям эксплуатации.

Изоляция

Изоляция имеет решающее значение для правильного функционирования трансформатора, а также для безопасности персонала на объекте. Совместите это с ожидаемыми условиями эксплуатации, обеспечив оптимальный выбор изоляционного материала и конфигурации.

Вывод

Трансформаторы необходимы для эффективного функционирования энергосистемы. Эти устройства позволяют преобразовывать электрическую мощность в правильное соотношение напряжения к току как для передачи на большие расстояния, так и для местного распределения. Из-за их стоимости трансформатор следует выбирать внимательно. Правильная эксплуатация и соответствующее техническое обслуживание продлевают срок службы трансформатора.

Источник

Принцип действия понижающего трансформатора

Большинство электрических инструментов, приборов, оборудования работает от сетевого напряжения переменного тока, равного 220 В. Но для низковольтных электропотребителей – галогенных осветительных приборов, низковольтных обогревателей, светодиодных светильников и других – его значение снижают до определенной величины. Для решения этой задачи применяются аппараты без подвижных компонентов – понижающие трансформаторы, которые понижают величину напряжения до нужного значения, оставляя частоту неизменной. Различные модели этих аппаратов могут использоваться в энергетической отрасли, промышленности, а также в быту для получения значения напряжения, безопасного для пользователя.

Устройство и принцип работы понижающего трансформатора

В состав аппарата входит ферромагнитный сердечник с двумя обмотками – первичной и вторичной. На обмотки наматываются проводники, каждый слой которых изолируется кабельной бумагой. Поперечное сечение проводника может быть круглым или прямоугольным (шина).

Первичная и вторичная обмотки между собой электрически не контактируют. Отсутствие электроконтакта обеспечивают изоляционные прокладки, изготовленные из электрокартона или других изоляторов. Большинство аппаратов со всеми компонентами заключается в защитный корпус.

Понижающие трансформаторы не меняют частоту тока. Для ее изменения, в том числе для получения постоянного тока, в схему включают выпрямители. Чаще всего они представляют собой диодные мосты. Современные приборы могут дополняться другими полупроводниковыми и интегральными схемами, которые улучшают эксплуатационные характеристики аппаратов.

Чтобы определить, какой перед вами трансформатор – понижающий или повышающий, необходимо посмотреть маркировки обмоток. В понижающем аппарате первичной является высоковольтная обмотка, которая маркируется буквой «Н», вторичной – низковольтная обмотка, обозначаемая буквой «Х». В повышающем устройстве первичной является низковольтная обмотка «Х», вторичной – высоковольтная «Н».

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

По роду тока, с которым работают трансформаторы, их разделяют на:

Для чего нужен понижающий трансформатор

Разнообразие конструкций, имеющихся в продаже, позволяет выбрать оптимальную модель для конкретной области применения:

При подборе оптимальных устройств учитывают суммарную мощность потребителей, напряжение на входе и выходе, необходимость (или ее отсутствие) изменения частоты, габариты и массу.

Источник

Понижающий трансформатор: устройство, принцип действия, разновидности

В силу ряда причин электрический ток, транспортируемый по проводам высоковольтных ЛЭП, не может быть использован напрямую. Главная из этих причин – высокое напряжение, достигающее десятков, а то и сотен киловольт. Поэтому перед подачей электроэнергии потребителям используют понижающий трансформатор, преобразующий напряжение 380 вольт в привычные нам 220 вольт.

Во многих случаях даже это напряжение слишком высокое для питания современной электротехники. Данную проблему решают путем повторного понижения напряжения, часто с выпрямлением тока. До недавнего времени каждый бытовой прибор был оборудован собственным понижающим трансформатором. Сегодня уже существуют бестрансформаторные блоки питания, но они не могут в полной мере заменить трансформаторы из-за малой выходной мощности. В электротехнике понижающий трансформатор еще долго будет востребован.

Конструкция и принцип действия

Устройство всех типов (за исключением электронных трансформаторов) мало чем отличается. Главными рабочими элементами понижающих аппаратов являются магнитопроводы и катушки. Различия наблюдаются в конфигурации сердечников и в способах соединения обмоток.

Рис. 1. Схематичное изображение понижающего устройства

Геометрические формы ферромагнетиков производитель выбирает исходя из целесообразности производства. Тип остова существенно не влияет на трансформацию. Критерии преобразования тока больше зависят от состава ферромагнетика и параметров обмоток.

Магнитная система понижающего трансформатора может иметь разные формы, определяемые способом расположения стержней:

Напомним вкратце принцип действия понижающих трансформаторов.

Переменным током, попадающим на первичную катушку, возбуждается электромагнитная индукция. Переменное электромагнитное поле распространяется по всему магнитопроводу. Во вторичной катушке силами переменных магнитных полей возбуждается ЭДС.

Напоследок заметим, что понижающий прибор легко превратить в повышающий трансформатор. Для этого достаточно изменить способ подключения понижающего аппарата: поменять местами первичную и вторичную катушки.Разумеется, нельзя вторичную катушку рассчитанную на 12 В подключать к сети на 220 В.

Назначение

Основное применение понижающего трансформатора – получение низкого напряжения для питания электрического прибора. Очень часто эти устройства являются главным элементом схем блоков питания бытовых электрических приборов. Так как большинство бытовой электроники потребляет постоянный ток, то после понижения напряжения до приемлемого уровня, полученную электрическую синусоиду еще и выпрямляют.

С целью повышения качества электрического питания применяют стабилизирующие и фильтрующие схемы, отсекающие нежелательные искажения. В ряде случаев в бытовой технике используется переменное напряжение, преобразованное понижающим трансформатором, без выпрямления тока.

Для получения пониженного импульсного напряжения существуют модели импульсных трансформаторов. На выходе этих устройств изменяется не только амплитуда колебаний, но и форма кривой.

Разновидности

Производители поставляют на рынок множество различных моделей. Среди них различают конструкции однофазных трансформаторов броневого типа (рис. 2), модели с сердечниками стержневого или тороидального типа (рис. 3).

Рис. 2. Конструкция броневого типа Рис. 3. Тороидальный понижающий трансформатор

В трехфазных конструкциях (рис. 4) один из выводов первичной обмотки подключается к фазе, а другие соединены звездой или треугольником. Аналогичным образом соединяются выводы вторичных обмоток. Такие же схемы применяются для соединения обмоток промышленных силовых трансформаторов.

Рис. 4. Трехфазный понижающий трансформатор

Существуют многообмоточные конструкции, имеющие боле двух вторичных обмоток, с которых можно снимать напряжения различной величины. Это удобно для питания устройств, цепи которых требуют нескольких, различающихся по величине напряжений.

Отдельно упомянем конструкции электронных понижающих моделей, набирающие популярность сегодня (см. рис. 5). К классу трансформаторных устройств их можно отнести весьма условно, так как принцип преобразования переменных напряжений кардинально отличается от классической трансформации. В этих электронных устройствах ток сначала выпрямляется, проходя через диодный мост, потом снова преобразуется в переменное напряжение, но уже с другой частотой.

Рис. 5. Электронный понижающий трансформатор

Зависимость частоты от нагрузки и ограниченная мощность являются недостатком трансформаторов электронного типа. Главное их достоинство – экономичность. Они работают только при подключении нагрузки, все остальное время находятся в режиме ожидания. Данное свойство полезно, например, для питания систем светодиодного освещения.

Разновидности по признакам применения:

Технические характеристики

Понижающие трансформаторы характеризуются следующими важными показателями:

Такие технические характеристики как габариты, тип системы охлаждения, вес устройств учитываются исходя из конкретных условий применения. Основные данные о трансформаторе указываются на корпусе или в паспорте изделия.

Как выбрать?

Критериев выбора может быть несколько, исходя из условий эксплуатации и назначения прибора. Главные же критерии – это параметры выходного тока. Именно от этих параметров зависит стабильность и корректность работы подключаемых электротехнических устройств.

Если мы выбираем понижающий трансформатор для бытовой техники – первичная катушка должна быть рассчитана на сетевое напряжение дома. Для однофазных конструкций это, как правило, 220 В. Трехфазные модели подключаются к сети, напряжением 380 В.

Тип сердечника, его конфигурация не имеет особого значения. Выбор по этому параметру осуществляйте исходя из требований по размеру или предпочтений к форме устройства.

Важно правильно подобрать выходную мощность. Особенное внимание обращайте на то, чтобы мощность нагрузки не превышала возможностей трансформатора. Иначе обмотки будут перегреваться, а если мощности не хватит, то подключаемый электроприбор вообще не будет работать.

Превышать запас мощности также не желательно из-за перерасхода электроэнергии. К тому же, изделие будет иметь большие габариты, соответственно больший вес, а значит и стоимость его будет выше. Однако, если вы планируете подключать к одному трансформатору несколько устройств, тогда запас мощности оправдан.

Если вы планируете использовать трансформатор в качестве переносного источника тока – обратите внимание на модели с защитным кожухом (рис. 7). Среди этих моделей можно встретить изделия с регулируемым выходным напряжением.

Переносные трансформаторы

Для оборудования светодиодного освещения приобретите экономичный электронный трансформатор. Существуют изделия, выдающие на выходе постоянный ток, необходимый для питания светодиодов.

Правильный выбор понижающих устройств обеспечит вам бесперебойную и безопасную эксплуатацию бытовой техники.

Источник