Принцип работы повышающего трансформатора напряжения – Машина

Это означает, что, регулируя количество витков, можно получить желаемое выходное напряжение.

Принцип работы повышающего трансформатора напряжения

В быту и промышленности электрические и электронные устройства широко используются для различных целей. Для работы они должны быть подключены к электросети или другому источнику электроэнергии.

Для упрощения конструкции и последующей эксплуатации сети или источника желательно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение.

Например, 220 В переменного тока для бытового использования и 12 В постоянного тока для автомобильного использования.

На практике используются источники постоянного и переменного тока. Например, домашняя сеть 220 В работает на переменном токе, а автомобильная сеть в транспортном средстве использует постоянный ток. В зависимости от типа сети, они имеют различные решения для повышения напряжения до нужного значения.

Используя современные микроэлектронные компоненты, устройства, выполняющие эти функции, имеют очень хорошее соотношение массы к размеру при высокой выходной мощности. На рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока, чтобы проиллюстрировать этот момент.

Работа повышающего трансформатора

Рисунок 1: Повышающий преобразователь постоянного тока без трансформатора

В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это сделать правильно.

Устройство приводится в действие магнитом. Это характерно для катушек. Первый контур отвечает за понижение, а второй – за повышение сетевого напряжения. Управление трансформатором осуществляется с помощью специальной техники.

Принцип работы устройства

Рассматривая принцип работы повышающего трансформатора, важно понять основные принципы этой конструкции. В основе работы трансформатора лежит механизм электромагнитной индукции. Металлический сердечник заключен в изоляционную среду. В цепи есть две катушки. Количество катушек не одинаково. Катушка с большим количеством витков в первом контуре, чем во втором, может увеличить индекс.

В первую цепь подается напряжение переменного тока. Например, это сетевой ток 110 (100) вольт. Появляется магнитное поле. Его прочность возрастает, если витки в сердечнике правильно соотнесены. При протекании тока через вторую обмотку повышающего трансформатора возникает ток определенной величины. Например, предусмотрена характеристика сети 220 В.

Однако частота остается неизменной. В цепи установлен преобразователь для подачи постоянного тока в линию питания. Это устройство можно найти в бустерных устройствах. Устройство способно работать не только на изменение напряжения, но и частоты. Некоторые устройства питаются постоянным током.

Трансформаторный метод повышения напряжения не может быть использован в сетях постоянного тока. Поэтому, если необходимо решить эту проблему, используются более сложные устройства, работа которых основана на следующей схеме: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимается переменный сигнал. Переменное напряжение усиливается каким-либо способом, затем выпрямляется и сглаживается для получения более высокого постоянного напряжения.

Усиление переменного напряжения

Разнообразные трансформаторы

Самый простой способ повысить напряжение переменного тока – установить повышающий трансформатор между выходом сети и питаемой нагрузкой. Устройства, используемые на практике, делятся на две основные разновидности. Первые – это классические трансформаторы, а вторые – автотрансформаторы. Принципиальные схемы этих устройств показаны на рисунке 2.

Схемы трансформаторов и автотрансформаторов

Рисунок 2: Принципиальная схема трансформатора и автотрансформатора

Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную обмотку с числом витков W1 и вторичную или выходную обмотку с числом витков W2. Правило для трансформатора: U-out = K×U-in, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе число витков вторичной обмотки больше, чем число витков первичной обмотки.

Повышающий автотрансформатор содержит одну обмотку с витками W2. Эта линия соединена с частью витков W1. Увеличение U связано с тем, что магнитное поле, создаваемое током, протекающим через входную часть общей обмотки, индуцирует ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула для автотрансформатора аналогична обычной: U-выход = K×U-вход, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.

Характеристики трансформатора

Эффективность трансформаторов повышается за счет использования сердечника из электротехнической стали. Этот компонент

  • повышает эффективность устройства за счет снижения рассеивания магнитного поля в окружающей среде;
  • Он действует как опорная силовая база для обмоток.

Неизбежные потери на вихревые токи уменьшаются, поскольку сердечник представляет собой набор тонких профилированных изолированных пластин.

В других случаях рекомендуется использовать трансформатор. Это связано с тем, что он не проводит постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую изоляцию электросети от нагрузки, повышая тем самым электробезопасность.

Особенностью трансформатора является его обратимость, т.е. В зависимости от ситуации он может одинаково хорошо работать как повышающее, так и понижающее устройство. Единственным серьезным ограничением является необходимость поддерживать нормальную работу первичной и вторичной обмоток.

В отличие от компьютерных розеток, называемых розетками RJ45, в разных странах в национальных электросетях установлены разные типы розеток. Например, известны немецкие, французские, английские и другие стандарты или стили розеток. Поэтому целесообразно возложить функцию адаптера на небольшой силовой трансформатор, который с помощью различных типов вилок и розеток обеспечивает механическую координацию между сетью и нагрузкой. Пример такого устройства показан на рисунке 3.

Пример маломощного обратимого трансформатора с согласованием по типу розетки

Рисунок 3: Пример реверсивного трансформатора малой мощности с адаптером для розетки

Лабораторные автотрансформаторы LATP

Сильной стороной автотрансформатора является простота регулировки выходного напряжения простым перемещением токового контакта в обмотке. Устройства, допускающие такую возможность, называются лабораторными автотрансформаторами LATP. Они отличаются характерным внешним видом, обусловленным наличием регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.

Неизбежные потери на вихревые токи уменьшаются благодаря тому, что сердечник представляет собой набор тонких профилированных изоляционных пластин.

Приложение

Вот некоторые области применения устройств повышения напряжения.

Для переменного тока наиболее распространенным применением являются повышающие трансформаторы для подключения различных европейских электронных и электрических устройств к американской национальной сети 110 В.

Примеры из области постоянного напряжения:

  • Обычные зарядные устройства USB достаточно мощные для питания CD-кассет, но для работы последних требуется 12 В; в этой ситуации полезно использовать повышающий преобразователь;
  • Литиевые батареи 3,3 В можно использовать для создания банка питания для мобильных телефонов;
  • Регулируемые устройства представляют большой интерес при проведении проверок автомобильных генераторов переменного тока.

Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать от 220 В такие приборы, как телевизор, магнитофон, дрель в сельской местности.

Повышающие преобразователи постоянного и переменного тока имеют широкий спектр применения, значительно различаясь по схемотехнике.

Выбор конкретной реализации зависит от многих факторов, основными из которых являются:

  • Отношение входного напряжения к выходному напряжению;
  • Мощность для питания нагрузок
  • Уровень требований к электробезопасности.

На практике можно использовать как покупные, так и самодельные устройства. Большинство самодельных схем можно воспроизвести даже со средним уровнем подготовки в области электротехники и схемотехники.

Иногда возникает ситуация, когда необходимо для изменения напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора только на 10-15%, но вы действительно не хотите разбирать трансформатор.

Если на каркасе есть место, можно намотать дополнительную катушку, не снимая магнитопровода, а затем включить ее синфазно или противофазно, в зависимости от того, нужно ли увеличить или уменьшить выходное напряжение. На рисунке слева напряжение катушки “II” прибавляется к напряжению катушки “III” и вычитается из напряжения основной катушки справа.

Видео: Как удвоить напряжение трансформатора без перемотки

Видео для радиолюбителей и всех, кто интересуется электроникой. Не перематывая трансформатор, мы легко увеличиваем выходное напряжение в два и более раз с помощью конденсатора.

В этой статье мы расскажем о том, как увеличить ток в цепи зарядного устройства, в блоке питания, в трансформаторе, в генераторе, в USB-портах компьютера без изменения напряжения.

СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):

Автоматика устройства РПН управляется специальными электронными блоками:

Как отрегулировать напряжение

Как можно изменить вторичное напряжение понижающего трансформатора? Можно изменять напряжение, подаваемое на первичную обмотку – тогда вторичное напряжение будет изменяться прямо пропорционально первичному напряжению.

Однако этот вариант не подходит, поскольку трансформаторы, подключенные к сети 110 кВ, имеют разную нагрузку – одни могут быть загружены на 100%, другие на 20-50% и т.д.

При таком методе выходное напряжение будет изменяться одновременно на всех трансформаторах, как там, где оно необходимо, так и там, где его нет…

И дело не только в подключении нескольких трансформаторов….. много очень много!

Поэтому они используют другой способ.

Напряжение регулируется путем изменения коэффициента трансформации трансформатора

Изменяя количество витков основной первичной обмотки трансформатора.

Почему праймериз?

В принципе, можно менять и на вторичной стороне – разницы для соотношения нет, оно все равно изменится, потому что изменится соотношение числа витков в первичной и вторичной обмотках.

Но изменяется именно высокая сторона, где напряжение выше. Почему?

Все очень просто. Там, где напряжение выше, электрический ток меньше.

И поскольку регулирование напряжения происходит под нагрузкой – т.е. трансформатор Трансформатор не выключен, поэтому при повороте обмотки – когда вы включаете его – в месте переключения контактов возникает электрическая дуга.

И чем выше это– чем больше чем больше дугаи эта дуга должна быть погашена…

Кстати, значения тока между первичной и вторичной обмотками значительно отличаются. Например, ток в 300 ампер вполне допустим во вторичной нагрузке, но для первичной нагрузки максимальный ток составляет 25-30 ампер.

Мне не нужно объяснять, что переключать контакты при токе 300 ампер гораздо сложнее, чем при токе 30 ампер?).

И где находятся эти контакты? В баке трансформатора имеются отводы от первичной обмотки, используемые для изменения коэффициент трансформации и выведены в отдельный отсек, где они переключаются специальным механизмом.

Снаружи бака трансформатора находится привод этого механизма, он называется “редуктор”.

Если у всех в вашем районе низкое напряжение, вам нужно подумать о том, как повысить напряжение в сети у себя дома. Однако не стоит сразу пугаться высокой стоимости чудес современной электроники. Они необходимы, о них мы поговорим ниже. Но в большинстве случаев проблему можно быстро и без проблем решить подручными средствами. И технически правильно и абсолютно безопасно.

Электрический трансформатор

Электрический трансформатор, Электромагнитное устройство, не имеющее движущихся частей и используемое для передачи электрической энергии из одной цепи переменного тока в другую с помощью магнитного поля без изменения частоты.

Трансформатор может повышать напряжение (повышающий трансформатор), понижать его (например, измерительный трансформатор) или передавать энергию при том же напряжении, при котором он ее получает (разделительный трансформатор). Трансформаторы характеризуются высоким КПД: от 97% для малых мощностей до более 99% для больших мощностей.

Они имеют достаточно надежную конструкцию и относительно низкую стоимость на единицу передаваемой мощности.

Трансформатор состоит из магнитопровода в виде набора пластин, обычно изготовленных из кремниевой стали (рис. 1). Магнитная цепь содержит две обмотки – первичную и вторичную. P и вторичный S. Для простоты обмотки показаны на разных сердечниках магнитопровода.

В действительности, при таком расположении обмоток переменный магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой в магнитопроводе, не используется эффективно для наведения ЭДС во вторичной обмотке. Кроме того, трансформатор будет трудно регулировать.

На практике первичная и вторичная обмотки располагаются близко друг к другу (рис. 2).

На рис. 1 генератор переменного тока A подает ток I0 напряжение E1 к первичной обмотке P. В рассматриваемый момент времени ток в верхнем проводнике имеет положительное направление и увеличивается так, что первичная обмотка создает в катушке магнитный поток Ф по часовой стрелке.

Этот поток, пронизывающий обе обмотки, называется потоком взаимной индукции; его изменения вызывают электродвижущую силу (ЭДС) как в первичной, так и во вторичной обмотках. ЭДС, наведенная в первичной обмотке, противоположна току питания в первичной обмотке и соответствует противоположной ЭДС двигателя.

ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, соответствует ЭДС электрогенератора и может быть приложена к нагрузке.

Величина ЭДС, наведенной в обмотке трансформатора, определяется по формуле E = 4,44 Fm fN 10-8 В, где Fm – максимальное мгновенное значение магнитного потока Ф в Максвеллах, f – частота в герцах и N – количество катушек. Поскольку поток Fm является общей для обеих обмоток, индуцированная ЭДС в каждой обмотке пропорциональна числу витков соответствующей обмотки:

E2 /E1 = N2 /N1.

В типичном трансформаторе напряжения на выводах отличаются от наведенной ЭДС всего на несколько процентов, поэтому для большинства практических целей указанные напряжения фактически пропорциональны соответствующему числу витков, V2 /V1 = N2 /N1.

Текущая страница I0 при отсутствии нагрузки (ток холостого хода) создает магнитный поток Ф и вместе с приложенным напряжением является источником потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитной цепи. В режиме холостого хода потери I02R в меди первичной обмотки пренебрежимо мал. Ток холостого хода Iобычно составляет от 1 до 2% от номинального тока трансформатора, хотя для трансформаторов низкой частоты (25 Гц) он может достигать 5 или 6%.

Если на рисунке 1 переключатель X вторичной цепи замкнута, ток течет. Согласно принципу Ленца, направление тока во вторичной обмотке таково, что он противодействует потоку Ф. Когда этот поток уменьшается, противоположная ЭДС EТок в первичной катушке также уменьшается, а ток во вторичной катушке становится больше, таким образом, передавая мощность, которая затем принимается от вторичной катушки. измеритель ЭМП E1 отличается от приложенного напряжения V1 всего на 1-2%.

Напряжение V1 является постоянным. Если E1 постоянна, поток взаимной индукцииF также постоянен, и поэтому магнитодвижущая сила (число ампер), действующая на магнитную цепь, постоянна. Поэтому увеличение вторичного МП на нагрузке должно быть уравновешено противоположным значением первичного МП. Ток холостого хода мал по сравнению с токами нагрузки и обычно значительно изменяется по фазе.

Пренебрегая этим, мы имеем

N2 I2 = N1 I1 и I2 /I1 = N1 /N2.

Таким образом, в трансформаторе токи почти обратно пропорциональны числу витков в соответствующих обмотках.

Взаимосвязь между напряжением и нагрузкой

Поперечное сечение одного плеча трансформатора со сцепленными первичной и вторичной обмотками показано на рис. 2. P и Sс первичной стороной, включающей вторичную сторону. Почти всегда часть первичного тока F замыкается в самой первичной обмотке. PЭто основной поток блуждающего тока. То же самое относится и к вторичному потоку рассеивания.

Оба этих потока образуют в соответствующих цепях реактивное диссипативное сопротивление, которое в сочетании с активным сопротивлением снижает напряжение на вторичных клеммах при включении нагрузки. На рис. 3 значение V1 – напряжение на первичной клемме, и I1 – ток в первичной обмотке, отложенный относительно V1by q шаги.

Напряжение I1R01 (находится в фазе с I1) и напряжение I1X01 (сдвинута по отношению к I1 на 90° и предшествующий ему) векторно добавляются к V1, давая E1. результат следующий

Опережающий ток берется со знаком минус. Если коэффициент мощности равен 1, то cosq = 1 и грехq = 0. Относительное изменение напряжения первичной обмотки трансформатора при переходе от оптимальной нагрузки к отсутствию нагрузки определяется следующим соотношением

Для вторичной обмотки мы имеем R02 = R01(N2 /N1)2 и X02 = X01(N2 /N1)2. Записываем аналогично предыдущему уравнение для Е2, мы получаем то же соотношение. Активные и реактивные потери сопротивления трансформатора составляют от одного до трех процентов от напряжения на выводе (увеличено на рис. 3).

Эффективность преобразования трансформатора настолько близка к единице, что прямые измерения на входе и выходе недостаточно точны. Более точным методом определения эффективности является измерение Pc на магнитной цепи, путем измерения мощности одной из обмоток без нагрузки, когда эта обмотка работает при номинальном напряжении. Эффективность (h) может быть получена из формулы

Автотрансформаторы

Автотрансформатор – это трансформатор, в котором часть обмотки разделяется между первичной и вторичной цепями. При низком коэффициенте трансформации автотрансформатор обеспечивает значительную экономию средств и большую эффективность по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором.

Рис. 4,а Показан автотрансформатор с коэффициентом трансформации 2. Предполагается, что коэффициент мощности равен 1, а потери и ток холостого хода пренебрежимо малы. Непрерывная намотка ac на магнитопроводе трансформатора может быть распределена по нескольким обмоткам на противоположных плечах магнитопровода.

Для того чтобы получить коэффициент трансформации 2, делается ответвление b от центральной точки намотки acа нагрузка вторичной стороны подключена между b и c. При преобразовании электрической энергии обмотка ab первичная обмотка, и bc – является вторичным. Предположим, что ток нагрузки I составляет 20 А при напряжении 50 В. Ток силой 10 А течет от a к b и, следовательно, на заряд dd ў.

Мощность, производимая током 10 А при падении напряжения 50 В на участке avсоставляет 500 Вт; эта мощность индуцирует магнитное поле на магнитопроводе, которое проявляется в виде индукционного тока I2 = 10 А при падении напряжения 50 В между c и b.

Таким образом, из общей мощности 1000 Вт в нагрузку передается 500 Вт. a к b через проводники без преобразования, а в результате преобразования передается 500 Вт. В обычном двухобмоточном трансформаторе требуется не только обмотка acс номинальным напряжением 100 В и током 10 А, но и вторичная обмотка с напряжением 50 В и током 20 А с таким же количеством меди.

Кроме того, при использовании одной обмотки потребуется меньше железа для магнитопровода. Поэтому для автотрансформатора с коэффициентом трансформации 2 или 1/2 требуется вдвое меньше материала, чем для двухобмоточного трансформатора, а потери снижаются примерно вдвое.

На рис. 4,б Это автотрансформатор с первичной обмоткой 100 В и коэффициентом трансформации 4/3. Нагрузка на вторичную обмотку составляет 20 А при напряжении 75 В, что соответствует выходной мощности 1500 Вт. Поэтому первичный ток должен составлять 15 А. Точкой отсечения является b производится в точке, соответствующей трем четвертям числа оборотов от c к a. Ток силой 15 А течет от a к b и, следовательно, на заряд dd ў.

Этот ток при падении напряжения 25 В до ab дает 15ґ25 = 375 Вт магнитного поля, которое индуцирует ток между c и b 5 А при 75 В, поэтому преобразуется только 375 Вт, а остальные 1125 Вт мощности передаются из цепи 100 В в цепь 75 В по проводу.

Таким образом, для преобразования всей заданной мощности для данного трансформатора требуется лишь четверть мощности, которую должен иметь соответствующий двухобмоточный трансформатор.

Автотрансформаторы обычно используются для регулирования вторичного напряжения и трансформации с небольшими коэффициентами, например, 2 или 1/2. Они также используются в пускателях двигателей, балансировочных катушках и многих других приложениях, требующих небольших коэффициентов трансформации.

Измерительные трансформаторы

При высоких напряжениях измерения затруднены, поскольку высоковольтные приборы дороги и обычно неудобны; на их точность влияет статическое электричество, и они небезопасны. Для токов свыше 60 А нелегко обеспечить высокую точность амперметров из-за больших выводов и значительных погрешностей, обусловленных паразитным полем клеммных выводов.

Кроме того, амперметры и токовые катушки в цепях высокого напряжения опасны для оператора. В трансформаторах тока и напряжения используются катушки напряжения 100 В и катушки тока 5 А. Вторичные обмотки должны быть заземлены. Если шкалы прибора не откалиброваны в трансформаторной передаче, показания необходимо умножить на соответствующую трансформаторную передачу.

 

Читайте далее:
Сохранить статью?