Название слова «трансформатор» происходит от латинского «transformare», что в переводе означает «превращать». Научное определение для него следующее: трансформатор — это устройство, способное преобразовывать, используя свойства электромагнитной индукции, значения напряжения одной величины в значения другой без изменения частоты.
Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможных электронных приборов.
Общее устройство и принцип работы
Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют значение переменного напряжения неизменным, они носят название гальванические.
Любой трансформатор состоит из таких основных частей:
магнитопровода (сердечника);- обмоток;
- каркаса для расположения обмоток;
- изолятора;
- различных конструктивных элементов (скоб для крепления, планок для вывода контактов и т. п. ).
Трансформатор имеет в своей конструкции две или более обмоток, связанных между собой индуктивностью. Они могут быть как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются изоляционным слоем. Обмотки наматываются на магнитопровод, изготовленный из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подключается к источнику напряжения, а вторичная — к нагрузке.
Общий принцип работы устройства, вне зависимости от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменное напряжение, это приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, приводит к созданию в сердечнике переменного магнитного поля, под действием которого происходит появление переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. Во время подключения вторичной обмотки к нагрузке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подводится электроэнергия, называется первичной. Вторая, подсоединённая к нагрузке и потребляющая ток, называется вторичной.
В зависимости от конструкции устройства бывают:
- автотрансформаторные;
- импульсные;
- разделительные;
- пик-трансформаторы.
По способу охлаждения трансформаторы бывают с воздушным охлаждением и жидкостным. Кроме того, производятся приборы с комбинированным охлаждением, жидкостно-воздушным.
К главным техническим характеристикам устройств можно отнести:
величину напряжения: высоковольтный, низковольтный;- тип преобразования: повышающий, понижающий;
- число фаз: однофазный или трехфазный;
- число обмоток: двухобмоточный или многообмоточный;
- форму сердечника: стержневой, тороидальный, броневой.
Основным показателем устройства является номинальная мощность, единица измерения которой — вольт-ампер (ВА). Маломощными принято считать устройства, передающие десятки вольт-ампер, средней мощности — сотни, а большой — до нескольких тысяч вольт-ампер.
Отдельно хочется остановиться на немаловажном параметре, таком, как коэффициент трансформации. Это значение показывает величину соотношения между входным и выходным напряжением и прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.
Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт
Трансформаторы такого вида нашли большое применение в быту и на производстве. Основное их назначение — это запитывание низковольтных устройств, таких, как приборы освещения, рассчитанные на питание 12 вольт, или применение в блоках питания.
Вместе с тем изготовители при производстве всё чаще добавляют защиту от короткого замыкания и превышения напряжения, что оказывает положительное воздействие на срок службы как всего устройства, так и подключаемой к нему нагрузки. Правда, при этом следует понимать, что в таком случае под трансформатором понимается уже не один электронный элемент, а некоторая совокупность.
Необходимость применения источников с напряжением 12 вольт
Существуют такие места, в которых низковольтное напряжение предпочтительнее. Это объекты с повышенной влажностью, повышенным требованием к безопасности. А в сырых и пожароопасных помещениях применение сети 220 вольт вообще запрещено нормами правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Электросеть с применением понижающего трансформатора не требует дорогостоящих защитных материалов и считается условно безопасной для жизни и здоровья человека. Использовать лампочки 12 вольт в осветительной сети не только дешевле их аналогов, но и выгоднее в том плане, что срок их службы в несколько раз выше, так как они дополнительно защищены понижающим трансформатором от бросков напряжения и шумов.
Применение для источников света
Всё чаще в качестве источников света в квартирах и офисах, а также при создании интерьерных подсветок применяются галогенные и светодиодные лампы. Благодаря своей конструкции они обладают большой яркостью свечения и сроком службы.
Маленькие размеры таких источников освещения позволяют использовать их в разноплановых местах, а малый вес светильников не утяжеляет всю конструкцию, что даёт свободу действия при их монтировании как одиночных, так и в люстре. Изготавливаются галогенные светильники с разной величиной рабочего напряжения, оно составляет 6, 12, 24 вольт. Для питания галогенных ламп применяют понижающие трансформаторы двух видов — тороидальные и импульсные.
В тороидальном преобразователе в качестве основы используется магнитопровод кольцевого типа, представляющий собой геометрическую фигуру тор. Такой вид магнитопровода является практичным и обладает наибольшим КПД. Но есть и недостатки. В первую очередь — это их габариты и вес, во вторую — повышенный нагрев при работе.
Меньшими размерами, возможностью плавного запуска, наличием стабилизации обладают электронные трансформаторы, которые применяются в цифровых блоках питания. Принцип работы этих устройств отличается от тороидальных моделей, так как, кроме трансформатора, здесь применяются дополнительные электронные детали. Участвуя в преобразовании электроэнергии, он практически не нагревается. Часто такое устройство производится со встроенными защитами, что вносит дополнительные удобства при использовании и продлевает срок службы. Единственный недостаток импульсного трансформатора — его цена.
Блок питания для галогенных ламп 12 вольт
Для того чтобы использовать электронный трансформатор в качестве источника питания, к нему необходимо подключить ряд электронных деталей. В общих чертах схема такого блок питания будет работать следующим образом.
Напряжение сети 220 В попадает через фильтры на специальную часть схемы, называемую драйвер. Ток, проходя через ключевой транзистор и первичную обмотку, насыщает сердечник, образовывая ЭДС на сигнальных витках.
Появившийся ток заряжает конденсатор автоколебательного контура, напряжение на обкладках конденсатора повышается до тех пор, пока транзистор не закроется. Разность потенциалов на сигнальной обмотке исчезает, и конденсатор разряжается через неё, при этом транзисторный ключ вновь открывается. Весь процесс происходит заново, его частота составляет порядка десятков тысяч Герц. Для получения постоянного напряжения 12 В к выходу устройства подключается диодный мост со сглаживающим электролитическим конденсатором.
Расчёт и выбор трансформаторов
В различных точках продажи можно приобрести устройства с различной мощностью и параметрами. Перед тем как приступить к монтажу, необходимо рассчитать мощность подключаемой нагрузки.
Рассмотрим пример для галогенных ламп. Предположим, что у нас дома установлено десять точечных галогенных лампочек с мощностью 30 W и напряжением 12 вольт. Мощность всех осветительных приборов составит 300 W, для комфортной работы необходимо к этой мощности добавить 15 процентов. Получается, что необходимо рассматривать покупку устройства с параметром не меньше 345 ватт напряжением 12 вольт. Таким способом ведётся расчёт для любого устройства, будь то галогеновый прожектор или светодиодная лента. Из производителей следует обратить внимание на Philips, Feron, OSRAM.
При подключении важно учесть одно из свойств понижающих преобразователей. Оно заключается в том, что чем ниже напряжение, тем больше потребляется ток при неизменной мощности, а значит, и большее падение напряжения на проводах. Поэтому при монтировании низковольтных линий освещения необходимо следить за тем, чтобы длина линий от трансформатора до каждой лампочки примерно была равной. В таком случае свечение всех источников будет одинаково.
Для того чтобы использовать понижающий 12-вольтовый преобразователь для более чем одной галогенной лампы, возможно применить два способа:
- Параллельное соединение.
- Создание отдельных групп.
При первом способе все лампы подключаются параллельно друг другу. Для этого к выходу трансформатора подключается распределительная колодка, на которой и монтируется соединение. Для второго случая вся проводка разделяется на группы, содержащие равное количество источников освещения. При таком виде подключения придётся использовать на каждую линию свой трансформатор. Удобство в том, что при неполадках на одной линии вторая группа продолжает работать, а также в использовании устройств с меньшей мощностью.
Для нашего вышеприведённого примера мы можем разделить подключение на две группы. В каждую группу войдёт по пять источников света. Так как мощность линий уменьшится, то нам хватит приобрести два понижающих преобразователя по 170 ватт каждый.
Сама коммутация проводов с прибором не должна вызвать затруднения. Обычно на устройствах клеммы отмечаются надписями Input и Output, соответственно вход и выход. Если на выходе устройства присутствует постоянное напряжение, то на положительном выводе ставится знак + или эта клемма выполняется красным цветом.
Важно также отметить, что если вы захотите заменить галогенные лампочки в люстре на светодиодные, то, просто выкрутив одни и установив другие, на выходе, скорее всего, получите всевозможные мерцания. Дело в том, что трансформаторы для светодиодных ламп 12 вольт должны быть стабилизированные, в то время как для галогенных такого требования нет. И второй случай, с которым можно столкнуться: люстра совсем не включится. Это из-за того, что импульсные трансформаторы имеют защиту и автоматически отключаются при подключении к ним нагрузки с малой мощностью. Выход в таком случае только один — замена блока питания на подходящий.
