5. 1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

§ 5.1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

Для плавного регулирования напряжения возможно применение скользящих по поверхности витков обмотки контактов, аналогично тому, как это сделано в регулировочном автотрансформаторе (см. рис. 3.5). При этом плавность регулировки ограничивается значением напряжения между двумя смежными витками (0,5—1,0 В). По такому принципу выполняют однофазные и трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы мощностью до 250 кВ-А. Однако наличие скользящих контактов снижает надежность и ограничивает применение этих трансформаторов.

Более надежны бесконтактные конструкции ре­гулировочных трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них.

Трансформатор с подвижным сердечником. Первичная обмотка этого трансформатора. выполнена из двух катушек, уложенных в кольцевых выемках магнитопровода (рис. 5.1, а). Катушкиw’₁ иw’₂ включены так, что создают магнитные потоки, направленные встречно друг другу. Внутри неподвиж­ной части магнитопровода расположен подвижный сердечник ПС со вторичной обмоткой w₂. При среднем положении ПС в обмотке w₂ не наводится ЭДС, так как действие первичных катушек взаимно компенсируется.

Рис. 5.1. Трансформатор с подвижным сердечником

При смещении ПС влево или вправо от среднего положения вторичной обмотки в последней наводится ЭДС . При этом фаза (направление) зависит от того в зоне какой из первичных катушек находится вторичная обмотка: при перемещении этой обмотки из зоны одной первичной катушки в зону другой катушки фаза ЭДС изменится на 180°. Если такой трансформатор включить в сеть аналогично вольтдобавочному трансформатору (см. § 1.15), как это показано на рис. 5.1,6, то, изменяя положение сердечника вторичной обмотки (ПС), можно плавно регулировать вторичное напряжение (продольное регулирование)

Трансформатор, регулируемый подмагничиваннем шунтов. В последнее время получили применение трансформаторы и автотрансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунтов и обозначаемые соответственно ТРПШ и АРПШ.

Рассмотрим принцип действия однофазного трансформатора ТРПШ. Магнитопровод трансформатора состоит из четырех стержней (рис. 5.2, а): двух крайних, называемых главными стержнями, и двух средних, называемыхшунтами. Первичная обмотка состоит из трех катушек: две катушки (w’_1гиw’’_1г) расположены на главных (крайних) стержнях и одна катушка (w_2ш) —на шунтах. При этом все три катушки соединены последовательно и согласно. Вторичная обмотка также состоит из трех последовательно соединенных катушек (w’_2Г, w’’_2T иw_2ш), расположенных аналогично первичным, но катушкаw_2швключена встречно относительно катушекw’_2rиw’’_2r.

Кроме катушек переменного тока ТРПШ имеет две катушки постоянного тока — катушки подмагничиванияw_п, расположенные на шунтах и соединенные последовательно.

При включении первичной обмотки в сеть переменного тока катушкиw’_1гиw«_1r создают переменный магнитный поток Ф_г, который замыкается по главным стержням и ярмам, сцепляется с катушкамиw’_2rиw’’_2rи наводит в них ЭДС и. Катушкаw_1ш также создает переменный магнитный поток Ф_ш, разделенный на две части, каждая из которых замыкается по одному из шунтов и одному из главных стержней. При этом в одном изстержней (правом) потоки и складываются, а в другом (левом) — вычитаются. Магнитный поток , сцепляясь с катушкойw_2ш, наводит в ней ЭДСE_2ш, но так какw_2швключенавстречно вторичным катушкам главных стержней, то напряжение на выходе трансформатора

(5.1)

Рис. 5.2. Трансформатор, регулируемый подмагничиванием

При прохождении постоянного тока по катушкам подмагничивания w_п возрастает магнитное насыщение шунтов, при этом их магнитное сопротивление увеличивается и магнитный поток Ф_ш шунтов уменьшается. В итоге уменьшается ЭДС , что ведет к росту вторичного напряжения (5.1). Следовательно, плавному изменению постоянного тока в цепи подмагничивания соответствует плавное изменение напряжения на выходе ТРПШ (рис. 5.2, б).

Электрическое управление вторичным напряжением трансформатора упрощает дистанционное управление трансформатором или же его автоматизацию. Наряду с однофазными существуют трехфазные ТРПШ и АРПШ.

Что такое понижающий трансформатор

Трансформаторы

Чтобы разобраться с темой «понижающий трансформатор», необходимо понять, для чего он используется в быту, и зачем нужно понижать напряжение? Начнем с известных всем фактов, один из которых – это напряжение в розетке, равное 220 вольт. Так вот не всем бытовым приборам это напряжение необходимо. К примеру, вся система телевизора работает от напряжения двенадцать вольт. Поэтому в него обязательно вставляется трансформатор понижающего типа. То есть, он уже закладывается в конструкцию прибора на стадии его проектирования. И таких приборов в быту используется большое количество.

Понижающий трансформатор 220 на 12

То же самое можно сказать и о некоторых видах освещения. К примеру, светодиодные ленты, которые работают от специального блока питания. Последний, по сути, и есть трансформатор понижающий 220 на 12 вольт. То есть, блок понижает напряжение до необходимого.

Конструкция и принцип работы

Трансформаторы понижающие в основе состоят из двух обмоток из медной проволоки: первичной и вторичной, и ферромагнитного стержня. Первичная обмотка подключается к сети 220 или 380 вольт, вторичная к потребителю.

Сам принцип действия прибора достаточно прост.

• Ток подается на первичную обмотку, которая создает вокруг стержня магнитное поле переменного типа, направленное в определенную сторону.
• Магнитное поле создает ток во вторичной обмотке.

При этом величина тока на выходе будет зависеть от количества витков в каждой обмотке. Кстати, таким образом, можно сделать или повышающий трансформатор, или понижающий. Чаще всего в быту используются первые. Вторые же используются реже, к примеру, для освещения, где установлены неоновые лампы. Им необходимо напряжение 12 000 вольт.

А вот в промышленности повышающие трансформаторные агрегаты используются чаще всего, потому что передача электроэнергии на дальние расстояния без больших потерь невозможна. Поэтому 380 вольт преобразуют посредству трансформатора в более высокие величины и передают по высоковольтным линиям, при этом снижая потери до минимума.

Внимание! Любой понижающий напряжение прибор выдает на выходе тот же переменный ток. Если необходим ток постоянный, то к трансформатору понижающему 220 на 12 устанавливается выпрямитель.

Необходимо отметить, что научно-технический прогресс не стоит на месте. Поэтому сегодня производители предлагают электронные трансформаторы понижающего типа. В них нет катушек и сердечника, в основе прибора лежат микросхемы, конденсаторы, резисторы и другие электронные элементы. В чем же его преимущество перед классическим вариантом?

• Небольшая масса прибора.
• Небольшие размеры.
• Высокий коэффициент полезного действия.
• Не нагревается и не гудит.
• Есть возможность проводить регулировку выходного напряжения.
• В схему прибора уже встроена защитная система от короткого замыкания.

Электронный понижающий трансформатор

Как правильно выбрать

Итак, на что необходимо обратить внимание, покупая понижающий трансформатор?

1. Входное напряжение. Понятно, что на корпусе прибора может быть надпись 220 или 380 вольт. Так как нас интересует бытовой вариант, то выбираем тот, у которого написано 220 В.
2. Выходное напряжение. Для этого вам придется ознакомиться с параметрами прибора потребления. Это могут быть лампочки или электронные бытовые приборы. К примеру, если у вас установлены в системе освещения дома светодиодные лампы на 12 вольт, то придется приобретать трансформаторный прибор, понижающий напряжения с 220 В на 12 В.
3. Мощность. Сразу же оговоримся, что этот показатель должен быть у трансформатора на 20% выше, чем у потребителей. При этом учитывается суммарная мощность потребителей. К примеру, если понижающие трансформаторы используются в системе освещения, то его мощность складывается из мощностей каждой лампочки, плюс 20%.

Трансформатор для светодиодной ленты

Напомним, что на всех потребителях мощность указывается в ваттах. Обозначение производится на корпусе или в сопроводительных документах. Если этот показатель вами не найдет, тогда можно его подсчитать самостоятельно, используя закон Ома, который гласит, что мощность электрического прибора – это произведение его напряжения на силу тока. К примеру, лампочка, работающая от сети 12 вольт, на которой написана сила тока в 5 А, будет иметь мощность: 5А*12В=60 Вт.

Как правильно подключить

Подключение понижающего трансформатора 220-110 или любой другой конфигурации – процесс достаточно простой. Во-первых, на заводских приборах клеммы подключения всегда маркируются. Для подключения нулевого провода используется клемма с обозначением «N» или «0», для фазного «L» или «220». На выходе обычно «0» и «110». Последнее число может меняться в зависимости от выдаваемого на выходе напряжения.

Во-вторых, если вами приобретен самодельный прибор или не новый, где стерта маркировка на клеммах, то распознать, какая обмотка первичная, а какая вторичная, можно по сечению используемого в ней медного провода. Так вот, в первичной обмотке сечение провода меньше, чем во вторичной. В повышающем трансформаторе все наоборот. То есть, тонкий провод устанавливается на вторичную обмотку.

Разновидности

Видов понижающих трансформаторов не так много. В основе их классификации лежат область применения и вид исполнения. В первом случае они делятся на бытовые и промышленные. Во втором на открытого типа и закрытого, то есть, в корпусе. Сюда же можно внести еще одно разделение, где учитывается способ крепления в плоскостях.

• Стержневой. Обмотки собираются вокруг стержня, поэтому сам прибор может устанавливаться только вертикально.
• Броневой. Здесь используется броневой вид обмотки, который позволяет проводить установку прибора в любом положении.

Но отметим тот факт, что различий в работе у двух видов не наблюдается.

Ящик с понижающим трансформатором

Промышленные образцы делятся на три вида:

1. Силовые в масле.
2. Трехфазные в масле (снижение до 380 вольт).
3. Сухие трехфазные (снижение до 380 вольт).

Условия эксплуатации

Основное условие правильной эксплуатации – это специально отведенное место для установки. Оно должно быть сухим, чистым, герметичным от попадания пыли и грязи. В быту для этого используется специальный ящик с понижающим трансформатором. И последнее условие – трансформатор должен быть обязательно заземлен.

Бестрансформаторные Схемы Питания

Без трансформаторная концепция работает с использованием высоковольтного конденсатора для снижения переменного тока сети до требуемого более низкого уровня, необходимого для подключенной электронной схемы или нагрузки.
Спецификация этого конденсатора выбрана с запасом. Пример конденсатора, который обычно используется в схемах без трансформаторного питания, показан ниже:

Этот конденсатор соединен последовательно с одним из входных сигналов переменного напряжения АС.
Когда сетевой переменный ток входит в этот конденсатор, в зависимости от величины конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора вступает в действие и ограничивает переменный ток сети от превышения заданного уровня, указанным значением конденсатора.

Однако, хотя ток ограничен, напряжение не ограниченно, поэтому, при измерении выпрямленного выхода без трансформаторного источника питания, обнаруживаем, что напряжение равно пиковому значению сети переменного тока , это около 310 В.

Но поскольку ток достаточно понижен конденсатором, это высокое пиковое напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона на выходе мостового выпрямителя.

Мощность стабилитрона должна быть выбрана в соответствии с допустимым уровнем тока конденсатора.

Преимущества использования без трансформаторной схемы питания

Дешевизна и при этом эффективность схемы для маломощных устройств.
Без трансформаторная схема питания, описанная здесь, очень эффективно заменяет обычный трансформатор для устройств, мощностью тока ниже 100 мА.

Здесь высоковольтный металлизированный конденсатор использован на входном сигнале для понижения тока сети
Схема показанная выше может быть использована как источник электропитания DC 12 В для большинства электронных схем.
Однако, обсудив преимущества вышеописанной конструкции, стоит остановиться на нескольких серьезных недостатках, которые может включать в себя данная концепция.

Недостатки без трансформаторной схемы питания

Во-первых, цепь неспособна произвести сильнотоковые выходы, что не критично для большинства конструкций.
Другим недостатком, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, является то, что концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов сети переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций связанных с металлическими шкафами, но не будет иметь значения для блоков, которые имеют все покрыты в непроводящем корпусе.

И последнее, но не менее важное: вышеупомянутая схема позволяет скачкам напряжения проникать через нее, что может привести к серьезному повреждению цепи питания и самой схемы питания.

Однако в предложенной простой без трансформаторной схеме питания этот недостаток был разумно устранен путем введения различных типов стабилизирующих ступеней после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор основывает мгновенные высоковольтные пульсации, таким образом эффективно защищая связанную электронику с ним.

Как схема работает
1. Когда сетевой вход сети переменного тока включен, конденсатор C1 блокирует вход сетевого тока и ограничивает его до более низкого уровня, определенного значением реактивного сопротивления C1. Здесь можно примерно предположить, что он составляет около 50 мА.
2. Однако напряжение тока не ограничено, и поэтому 220V может находиться на входном сигнале позволяя достигнуть последующий этап выпрямителя тока .
3. Выпрямитель тока моста выпрямляет 220V к более высокому DC 310V, к пиковому преобразованию формы волны AC.
4. DC 310V быстро уменьшен к низкоуровневому DC стабилитроном, который шунтирует его к значение согласно номинала стабилитрона. Если используется 12V стабилитрон, то и на выходе будет 12 вольт.
5. C2 окончательно фильтрует DC 12V с пульсациями, в относительно чистый DC 12V.

Цепь драйвера показанная ниже управляет лентой менее 100 светодиодов (при входном сигнале 220В), каждый светодиод рассчитан на 20мА, 3.3 В 5мм:

Здесь входной конденсатор 0.33 uF / 400V выдает около 17 ма, что примерно правильно для выбранной светодиодной ленты.
Если драйвер использовать для большего числа подобных светодиодных лент 60/70 параллельно, то просто значение конденсатора пропорционально увеличить для поддержания оптимального освещения светодиодов.

Поэтому для 2 лент включенных в параллель требуемое значение будет 0.68 uF/400V, для 3 лент заменить на 1uF / 400V. Аналогично для 4 лент должно быть обновлено до 1.33 uF / 400V, и так далее.

Важно: хотя не показан ограничивающий резистор в схеме, было бы неплохо включить резистор 33 Ом 2 Вт последовательно с каждой светодиодной лентой, для дополнительной безопасности. Можно вставить в любом месте последовательно с отдельными лентами.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВСЕ ЦЕПИ, УПОМЯНУТЫЕ В ЭТОЙ СТАТЬЕ, НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ВСЕ СЕКЦИИ ЦЕПИ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫ ДЛЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1. Резистор 4.7кОм млт-0.5 (пойдет даже 0.25 ватт).
2. Перменный резистор 500кОм-1мОм, с 500ком будет регулировать довольно плавно, но только в диапазоне 220в-120в. С 1 мОм — будет регулировать более жестко, тоесть будет регулировать промежутком в 5-10вольт, но зато диапазон возрастет, возможно регулировать от 220 до 60 вольт! Резистор желательно ставить со встроеным выключателем (хотя можно обойтись и без него, просто поставив перемычку).
3. Динистор DB3. Взять такой можно из ЛСД экономичных ламп. (Можно заменить на отечественный KH102).
4. Диод FR104 или 1N4007, такие диоды встречаются практически в любой импортной радиотехнике.
5. Экономичные по току светодиоды.
6. Симистор BT136-600B или BT138-600.
7. Винтовые клемники. (обйтись можно и без них, просто припаяв провода к плате).
8. Небольшой радиатор (до 0,5кВт он не нужен).
9. Пленочный конденсатор на 400вольт, от 0.1 микрофарадп, до 0.47 микрофарад.

Схема регулятора переменного напряжения:

Приступим к сборке устройства. Для начало вытравим и пролудим плату. Печатная плата — её рисунок в LAY, находится в архиве. Более компактный вариант, представленный товарищем sergei — тут.

Далее припаяем симистор, и переменный резистор.

Затем паяем конденастор. На фото конднесатор со стороны лужения, т.к у моего экземпляра конденсатора были слишком коротки ножки.

Паяем динистор. У динистора полярности нет, так-что вставляем его как вам угодно. Припаиваем диод, резистор, светодиод, перемычку и винтовой клемник. Выглядит оно примерно так:

И в конце концов последний этап — это ставим на симистор радиатор.

А вот фото готового устройства уже в корпусе.

Регулятор какой-нибуть дополнительно настройки не требует. Видео работы данного устройства:

Хочу заметить, что ставить его можно не только в сеть 220В на обычные приборы и электроинструменты, но и на любой другой источник переменного тока с напряжением от 20 до 500В (ограничивается предельными параметрами радиоэлементов схемы). С вами был [PC]Boil-:D

Форум по обсуждению материала РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.

Делаем цифровой TLIA-тестер Li-Ion аккумуляторов (измеритель емкости) на Atmega8 и дисплее WH1602.

Современная беспроводная связь — эволюция приёмо-передающей аппаратуры и внедрение цифровой обработки данных.

Модуль драйвера BLDC двигателя жесткого диска — принципиальные электрические схемы включения и обзор готовых блоков.