Что такое понижающий трансформатор и принцип его работы

Схема подключения понижающего трансформатора

Наиболее замечательный и популярный пример, для наглядной схемы подключения — это подключение экономной системы освещения. Она необходима для реализации схемы освещения с меньшими показателями напряжения, чем классические 220 В. Чаще всего используются 12-вольтные галогенные лампы, которые применяют как в открытых, так и во встроенных светильниках.

Общая схема подключения со светильниками достаточно легка в исполнении и изображена на рисунке.

Понижающий трансформатор подключается через выключатель. Далее к нему параллельно подключаются светильники, при этом его роль заключается в снижении напряжения со стандартных 220 Вольт до 12 Вольт, требуемых для питания точечных галогеновых светильников.

Изготовление понижающего трансформатора с 220 на 12 Вольт своими руками

В настоящее время в продаже можно найти любой понижающий трансформатор, отвечающий всем требованиям, предъявляемым к данному виду технических устройств. Тем не менее, людям, имеющим творческую жилку и желающим изготавливать всё своими руками, вполне доступно собрать понижающий трансформатор своими руками. Все работы по самостоятельному изготовлению подобного изделия можно разбить на несколько этапов: подготовительный, выполнение работ и проверка работоспособности.

Выбор конструкции и собираемой схемы зависит от умения и возможностей исполнителя

Подготовительный этап

На этом этапе следует:

• определиться с типом собираемого аппарата – электромагнитный или электронный;
• определить технические параметры, необходимые для дальнейшего использования, – мощность и место установки, допустимые габаритные размеры и вес;
• рассчитать параметры первичной и вторичной обмотки, в случае изготовления электромагнитной модели;
• приобрести необходимые материалы и комплектующие.

При изготовлении электронного устройства необходимы навыки работы с паяльником и начальные знания в области электроники. В этом случае изначально выбирается схема устройства, и, соответственно, под неё готовятся электронные компоненты (транзисторы, конденсаторы и прочие). В случае изготовления электромагнитной модели сначала потребуется рассчитать обмотки собираемого прибора, после чего выполнять все остальные операции.

Конструкция простейшего электромагнитного трансформатора

Для определения числа витков N₁ в первичной обмотке необходимо воспользоваться формулой:

N₁ = (40 – 60) / S, где

• S – сечение магнитопровода (сердечника) трансформатора, измеряется в см2;
• 40–60 – это показатель (константа), определяющий тип и качество сердечника.

Сечение сердечника определяется исходя из геометрических размеров используемых заготовок: окно, ширина и толщина щёк сердечника. Сечение провода в первичной обмотке должно соответствовать току, который будет протекать в ней при эксплуатации, что определяется величиной подключаемой нагрузки, в числовом выражении это определяется как:

I₁ = P / U, где

• I₁ – ток, протекающий в первичной обмотке;
• P – мощность подключаемой нагрузки;
• U – напряжение на первичной обмотке.

Соответственно, зная величину протекающего по проводам тока, можно выбрать их допустимое сечение, в соответствии с требованиями, регламентированными Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Аналогичным образом определяется и сечение провода для вторичной обмотки.

При самостоятельном изготовлении сердечник может быть выбран различной формы и конструкции

Количество витков в каждой из обмоток определяется по формуле:

W = U × (V / 10), где

• W – количество витков в обмотке;
• U – напряжение в обмотке трансформатора;
• V – частота электрического тока – 50 Гц.

Определившись с количеством витков, а значит, и с размерами сердечника, а также необходимой длиной и сечением провода в обеих обмотках, можно готовить необходимые материалы для выполнения работ:

• провод для обеих обмоток;
• сердечник – можно приобрести новый или использовать от бывшей в употреблении техники (телевизор, радиоприёмник и т.д.);
• изоляционные материалы (лента, бумага и прочие).

Кроме этого, можно изготовить намоточный станок, облегчающий изготовление обмоток, в случае варианта, когда обмотки выполняются в виде катушек, размещаемых на сердечнике.

Выполнение работ

Когда все подготовительные мероприятия выполнены, можно приступать к изготовлению и сборке трансформатора, в этом случае работы выполняются следующим образом:

Иллюстрация	Описание действия
	Из электротехнического картона или иного материала изготавливаются каркасы катушек.
	При помощи намоточного станка или вручную на катушки наматывается провод, количество витков на каждой катушке должно соответствовать значениям, определённым расчётным путём для каждой из обмоток.
	Катушки помещаются на подготовленный сердечник, их концы фиксируются и обозначаются соответствующим образом.

Проверка работоспособности

Когда трансформатор собран, а все его узлы надёжно закреплены и заизолированы, необходимо проверить его работоспособность. Для этого на первичную обмотку подаётся напряжение 220 Вольт, а к вторичной подключается нагрузка, рассчитанная на работу на напряжении 12 Вольт.

В случае успешного испытания, собранное изделие помещается в подготовленный корпус или устанавливается в предназначенном для размещения место.

Как подключить понижающий трансформатор 220/12В

Существует определённый порядок подключения понижающего трансформатора. Сначала к вторичной обмотке подключаются потребители, и только затем на первичную подаётся напряжение. Монтаж производится по схеме, которая содержится в технической документации. Заземление может подключаться различными способами. Если корпус устройства металлический, то он также может быть заземлён. Ниже представлены фото различных типов трансформаторов.

Очень важно! Все работы, связанные с электромонтажом, производятся исключительно при снятом напряжении. Помните, что поражение электрическим током опасно для жизни и здоровья.. Если планируется подключение светодиодных ламп, то необходимо приобретать трансформатор со встроенным выпрямителем либо отдельно включать в схему диодный мост, который обеспечит постоянное напряжение, необходимое для стабильной работы световых диодов

Если планируется подключение светодиодных ламп, то необходимо приобретать трансформатор со встроенным выпрямителем либо отдельно включать в схему диодный мост, который обеспечит постоянное напряжение, необходимое для стабильной работы световых диодов.

Устройство и принцип работы

Электронные и электромагнитные модели трансформаторов различаются как по своей конструкции, так и по принципу работы, поэтому следует их рассматривать раздельно:

Как уже было написано выше, основой данной конструкции является тороидальный сердечник, изготовленный из электротехнической стали, на который намотаны первичная и вторичная обмотка. Между обмотками отсутствует электрический контакт, связь между ними осуществляется посредством электромагнитного поля, действие которого обусловлено явлением электромагнитной индукции. Схема понижающего электромагнитного трансформатора приведена на рисунке ниже, где:

• первичная обмотка подключается к сети напряжением 220 Вольт (U₁ на схеме) и в ней протекает электрический ток «i_1»;
• при подаче напряжения на первичную обмотку в сердечнике образуется электродвижущая сила (ЭДС);
• ЭДС создаёт на вторичной обмотке разность потенциалов (U₂ на схеме) и как следствие − наличие электрического тока «i₂» при подключённой нагрузке (Z_н на схеме).

Электронная и принципиальная схема тороидального трансформатора

Заданное значение напряжения на вторичной обмотке создаётся путём намотки определённого количества витков провода на сердечник устройства.

В конструкции подобных моделей предусмотрено наличие электронных компонентов, посредством которых осуществляется преобразование напряжения. На приведённой ниже схеме напряжение электрической сети подаётся на вход устройства (INPUT), после чего посредством диодного моста оно преобразуется в постоянное, на котором работают электронные компоненты прибора.

Управляющий трансформатор намотан на ферритовом кольце (обмотки I, II и III), и именно его обмотки управляют работой транзисторов, а также обеспечивают связь с выводным трансформатором, выдающим преобразованное напряжение на выход устройства (OUTPUT). Кроме этого, в схеме присутствуют конденсаторы, обеспечивающие требующуюся форму выходного сигнала напряжения.

Принципиальная схема электронного трансформатора 220 на 12 Вольт

Приведённая схема электронного трансформатора может быть использована для подключения галогеновых ламп и прочих источников света, работающих на напряжении 12 Вольт.

Классификация и виды

Понижающие трансформаторы классифицируются по нескольким параметрам:

• по конструкции – электромагнитные и импульсные;
• по техническим характеристикам − электрическая мощность, максимально допустимая для подключения нагрузки;
• по виду исполнения – открытые или помещённые в защитный корпус;
• по типу использования – бытовые и промышленные.

Наиболее заметным отличием, определяющим возможности использования и применения понижающих трансформаторов напряжением 220/12 Вольт, является их конструкция.

Модель понижающего трансформатора для бытового и промышленного использования, помещённая в защитный корпус

Тороидальные (электромагнитные) модели

Трансформатор тороидальный (электромагнитный) 220 на 12 Вольт – это классический вариант подобных устройств. Конструкция электромагнитных моделей представляет собой сердечник, выполненный из специальных видов стали, на который намотаны первичная и вторичная обмотка. Преобразование электрической энергии происходит за счёт электромагнитной силы, образующейся в теле сердечника.

Достоинствами конструкции являются:

• надёжность;
• разнообразие моделей с различными техническими характеристиками и типами исполнения;
• относительно низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

• большой вес;
• чувствительность к скачкам напряжения в электроснабжающей сети.

Модель электромагнитного трансформатора, предназначенная для бытового использования

Электронные (импульсные) модели

Импульсные модели собираются из электронных компонентов, что значительно расширяет возможности понижающих трансформаторов данного типа.

Достоинствами электронных устройств являются:

• небольшие габаритные размеры и малый вес;
• устойчивость к перепадам напряжения в питающей сети;
• стабильность значений напряжения на выходе устройства;
• плавный старт при включении и высокие показатели коэффициента мощности.

Основой конструкции данного типа служит ферритовый сердечник с выполненной на нём электрической обмоткой, а также транзисторы, диоды и прочие электронные компоненты.

Конструкция электронного понижающего трансформатора 220/12 Вольт

Обзор готовых моделей

Среди готовых моделей устройств, представленных в магазинах электротехники для преобразования тока бытовой сети 220 в 12 вольт, можно отметить следующие:

• ЯТП-0,25. Трансформатор в корпусе, мощность 250 Вт. Цена 1700 руб.
• ОСМ-1-04. Понижает напряжение со 127-100 или 220 до 12 вольт. Без корпуса. Цена 2600 руб.
• ОСЗ-1 У2 220/12. Понижающий трансформатор, мощностью 1 кВт. Цена 5300 руб.
• ТСЗИ-4,0. Мощность 4 кВт, КПД более 90%, в корпусе. Преобразует 380 или 220 В, в 110 и 12 вольт. Цена 10500 руб.
• ТСЗИ-2,5 кВт. Устройство понижает напряжение с 380/220 до 12 В. Изготовлен в металлическом переносном корпусе. Цена 13900 руб.
• Т600W. Мощность 600 Вт, выходное напряжение 12-18 В. Цена 39 тыс. руб.

Разновидности трансформаторов

Однофазные — подключаются от однофазной сети, довольно простые и часто используемые в бытовых целях. Фаза и ноль устанавливается на первичную обмотку трансформатора. Считаются самыми популярными трансформаторами.

Трехфазные — более сложное устройство, ведь его задача понизить напряжение от трехфазной сети. Чаще всего используют в промышленных целях, но встречаются трансформаторы в бытовых отраслях.

Тороидальные — довольно популярная разновидность трансформатора, особенно актуальна при работе с небольшими мощностями.

Изделие имеет круглую форму, небольшие размеры и малый вес. Чаще встречается в различных радиоэлектронных приборах. Преимущество модели в лучшей плотности тока, которая обеспечивается хорошим охлаждением обмотки на сердечнике.

Броневые — основное отличие внешнее, ведь магнитопровод устройства полностью охватывает обмотку, расположенную внутри. Такие показатели как размер, вес и цена на порядок ниже аналогов, также изделия считаются маломощными.

Стержневые — являются противоположной разновидностью броневым трансформаторам, ведь в стержневых моделях обмотка охватывает магнитопровод. Можно встретить понижающий трансформатор с 380 Вольт в подобном исполнении, ведь стержневые модели создаются средней и высокой мощности.

Особенность конструкции позволяет быстро проводить ремонт, а также быть уверенным в лучшем охлаждении трансформатора.

Особенности установки

Правила техники безопасности регламентируют правильную установку понижающих трансформаторов для их стабильной долгой работы

Важно устанавливать устройство в местах, максимально защищенных от попадания воды, пыли и различных масел. Большинство мастеров монтируют трансформаторы в защитные кожухи или шкафы.

Также важно убедиться, что человек не сможет дотронуться к трансформатору во время его работы. В обязательном порядке специалист должен заземлить трансформатор медным проводом

Старайтесь выбирать провод с минимальным сечением 2,5 мм. Также во избежание серьезных поломок время от времени придется осматривать и чинить устройство.

Конструктивные особенности

Это очень полезное устройство. Трансформатор — это устройство, которое представляет собой сердечник с двумя обмотками. На них должно быть одинаковое количество витков, а сам сердечник набирается из электротехнической стали. На входе устройства подаётся напряжение, в обмотке появляется электродвижущая сила, которая создаёт магнитное поле.

Основной принцип работы устройства.

Через это поле проходят витки одной из катушек, благодаря чему возникает сила самоиндукции. В другой же возникает напряжение, отличающееся от первичного на столько раз, на сколько отличается число витков обеих обмоток.

С его помощью мы легко можем понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) понижения переменного тока.

На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования.

Понижающий трансформатор может быть различных типов и видов: одно- или трехфазный, с открытым корпусом или с защитным кожухом. Одна из важнейших характеристик прибора – это коэффициент трансформации, который не должен превышать 1. Основные факты о понижающих трансформаторах приведены на рисунке ниже.

Основные факты о понижающих трансформаторах.

В зависимости от модификации устройство преобразовывает электрический ток разного начального напряжения, которое может достигать 660В. Трансформатор, понижающий до 220В, получил наибольшее распространение. Существует также понижающий до 380 Вольт трансформатор.

Магнитопровод – это совокупность элементов ферромагнитного материала (обычно электротехническая сталь), которые собраны в определенной геометрической форме. В нем происходит локализация основного магнитного поля трансформатора понижающего.

Вся магнитная система вместе со всеми компонентами называется остовом. При этом часть, где располагаются основные обмотки, называют стержнем. А часть, необходимая для замыкания магнитной цепи, – это ярмо.

В соответствии с расположением стержней в пространстве понижающий трансформатор может иметь плоскую, пространственную, симметричную либо несимметричную магнитную систему.

В соответствии с предъявляемыми требованиями для каждого случая выходное напряжение может быть разным: например, трансформатор, понижающий до 36 Вольт, а также 12, 24, 42В и т.д. В видео подробно рассказано про принцип работы прибора.

Какой сердечник лучше

Понижающие трансформаторы напряжения отличаются конструктивными особенностями. Производители делают выбор в пользу одной из двух концепций – броневая или стержневая.

Принципиальное отличие технических решений сводится к тому, что в первом случае обмотки заключены в сердечнике броневого типа, а во втором – сердечник заключен в обмотках стержневого типа.

При этом в устройствах первого типа ось обмоток может располагаться вертикально или горизонтально, в то время, когда во втором случае – ось размещается вертикально.

Однако способ производства не влияет на эксплуатационные характеристики и надежность устройства. Предприятие выбирает тот вариант, который считает наилучшим с точки зрения организации технологического процесса.

Сердечник и катушки понижающего трансформатора.

Выбор понижающего трансформатора

Выбор модели электротрансформатора производится по нескольким параметрам.

Входное напряжение

В быту используется напряжение 220 вольт, что должно соответствовать параметрам первичной обмотки. Модели, применяемые на производстве, для уменьшения тока и сечения проводов изготавливаются с первичной обмоткой, рассчитанной на 380В.

Выходное напряжение

Должно быть 12В. При наличии нескольких выводов и отсутствии маркировки производится пробное включение с проверкой параметров катушек вольтметром.

Мощность

Выбирается по суммарной мощности всех светильников, подключенных к трансформатору с запасом в 20%.

Например, для 3 ламп мощностью 60Вт необходимо питающее устройство мощностью не менее, чем Р=60*3*1,2=216Вт.

Степень защиты от окружающей среды

Есть мнение, что все электроприборы, в том числе электротрансформаторы, используемые в бане, должны иметь степень влагозащиты не менее IP67. Однако это относится только к аппаратуре, устанавливаемой во влажных помещениях.

В остальных комнатах используются обычные электроприборы. Поэтому установка понижающего трансформатора с усиленной влагозащитой в баню приведет к удорожанию монтажа электропроводки.

Изготовление трансформатора для бани своими руками

Если есть в наличии электротрансформатор соответствующей мощности, то его можно переделать в трансформатор для бани 220 на 12 вольт.

Для этого необходимо перемотать вторичную обмотку:

• измерить напряжение Uвых на выводах аппарата;
• разобрать магнитопровод;
• снять катушку;
• размотать первичную обмотку, считая витки Nстар;
• вычислить необходимое число витков по формуле Nнов=Ncтар/Uвых*12В;
• рассчитать ток во вторичной обмотке по формуле I=Pтр/12;

• по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора определить необходимое сечение намоточного провода;
• намотать вторичную обмотку;
• закрепить провод и обмотать катушку киперной лентой или стеклолентой;
• собрать магнитопровод;
• проверить электротрансформатор в работе.

В некоторых ламповых приемниках в трансформаторах есть 2 обмотки по 6,3В. Последовательное соединение этих катушек дает 12,6В, но сечение проводов этих обмоток не позволяет использовать этот трансформатор 12 В для бани.

Перевод освещения на пониженное напряжение увеличивает безопасность людей, но при этом возрастает ток потребления ламп. Поэтому необходимо усиливать питающие кабеля и автоматы защиты.

Разделение устройств, понижающих напряжение, по видам

Трансформаторы разделяют по конструктивным особенностям на 2 вида:

• Тороидальные, или электромагнитные – устаревший вариант, имеющий большие габариты и меньший коэффициент полезного действия (КПД). Этот вид для бытовых нужд уже практически не применяется;
• электронные (импульсные) устройства – компактные, лёгкие, с высоким процентом КПД, стремящимся к 100%.

Несмотря на то, что первые постепенно вытесняются вторыми во всех областях, не рассмотреть их будет ошибкой.

Тороидальный трансформатор 220 на 12 вольт: устройство, схема

Довольно простое устройство, состоящее из двух катушек с различным количеством витков, установленных на одном стальном сердечнике. От разницы витков зависит изменение напряжения на выходе. Согласно законам физики, любой проводник, по которому протекает электрический ток, создаёт вокруг себя электромагнитное поле, которое усиливается при сматывании провода в катушку. Таким образом, ток, протекая по первичной катушке (на которую подаётся напряжение), создаёт сильное электромагнитное поле, передающееся через стальной сердечник на вторичную катушку, с которой напряжение снимается.

Китайские преобразователи могут быть довольно качественными
Важно! Без стального сердечника такое устройство работать не будет, даже если намотать вторичную катушку непосредственно на первичную. Более того, подобная попытка приведёт к отгоранию провода первичной катушки.. Ниже представлена схема простейшего тороидального трансформатора

Ниже представлена схема простейшего тороидального трансформатора.

Электронное устройство понижения напряжения бытовой сети

Схема электронного трансформатора 220 на 12 вольт более сложна,однако, принцип работы её тот же. В роли стального сердечника с большим количеством витков здесь выступает небольшое ферритовое кольцо с обмотками. Основная работа выполняется тиристорами (динисторами), различными ограничительными резисторами и транзисторами. С подробной схемой можно ознакомиться ниже.

Импульсные понижающие устройства имеют ряд преимуществ перед электромагнитными:

• малые габариты и вес;
• высокий КПД;
• минимальный нагрев, который совершенно незаметен при правильном вентилировании;
• долгий срок службы.

Важно! Несмотря на все преимущества импульсников, у них есть один недостаток – такой трансформатор нельзя включать в сеть без нагрузки. В случае подобного включения устройство быстро сгорает.

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт купить

На сегодняшний день в продаже имеются устройства различного исполнения и конструкции. Заказать или купить Вы можете как в розничных магазинах, так и в интернет магазинах. В последних, кстати, более выгодные цены.

Ниже Мы предлагаем Вам ознакомиться и сравнить несколько вариантов:

Модель	ОСЗ- 1,0	ОСОВ-0,25	ТП1-0,25	ОСВМ-0,25	ЯТП-0,25
Ориентировочная цена, руб	от 6500	от 2200	от 5300	от 5300	от 1500
Внешний вид
Мощность, кВА	1	0.25	0.25	0.25	0.25
Первичное напряжение, В	220	220	220	220	220
Вторичное напряжение, В	12, 24, 36, 42	12, 24, 36, 42, 110, 127	12, 24, 36, 42, 110	12, 24, 36, 42, 110, 127	12
Степень защиты	IP20	IP65	IP20	IP55	IP31
Климатическое исполнение	У2	У5	У2	ОМ5	УХЛ 4
Габариты, мм	Д — 275 Ш — 155 В — 270	Д — 200 Ш — 200 В — 225	Д — 320 Ш — 160 В — 302	Д — 200 Ш — 200 В — 225	Д — 210 Ш — 145 В — 145
Вес, кг	16	5.9	13	5.9	6.5

ОСЗ – однофазный, сухой, в защищенном исполнении

ОСОВ – однофазные, сухие, для местного освещения, водозащищенного исполнения

ТП – сухой однофазный

ОСВМ – однофазные, сухие, водозащищенного исполнения, морские

ЯТП – ящик с ОСЗ

Как видите, отличительной особенностью всех трансформаторов является конструктивное исполнение. Для наружной установки Мы рекомендуем выбрать типа ОСОВ или ОСВМ, так как они имеют водозащищенное исполнение.

Трансформатор для люстры: критерии выбора

Выбирая подобное оборудование, следует обратить внимание не только на технические характеристики, но и на возможность размещения. Если планируется монтаж натяжного или подвесного потолка, вопросов не возникнет

А вот при отсутствии таковых всё становится немного сложнее. Можно выбрать довольно компактное устройство, помещающееся в распределительной коробке, но стоит учитывать, что малые габариты означают и меньшую мощность, которой может не хватить, если потребителей окажется много. Если в люстре вышел из строя штатный трансформатор, то всё просто – демонтируем его и приобретаем идентичный. А что делать, если решено поменять лампы накаливания на галогеновые или светодиодные, сейчас разберём подробнее.

Рассмотрим вариант. Планируется установить 8 галогеновых ламп мощностью 30 Вт каждая. Производим расчёты: 8 × 30 + 10% = 264 Вт

Обратив внимание на линейку мощностей предлагаемых производителем, можно увидеть, что ближайший показатель в большую сторону – это трансформатор 12 вольт 300 ватт. Именно его и следует приобрести.Ниже можно увидеть схему электронного трансформатора для галогенных ламп 12 В