Понижающий трансформатор: явление электромагнитной индукции, сборка устройства 220 на 12 вольт

Как сделать трансформатор 220 на 12 вольт своими руками

Для того чтобы понизить напряжение промышленной сети, используются трансформаторы 220 на 12 вольт. Такое значение амплитуды необходимо для питания различной техники, в том числе и осветительных приборов. Понижающий трансформатор может располагаться непосредственно в блоке питания или быть выполнен как отдельное устройство. Этот радиоэлектронный элемент можно приобрести в специализированных магазинах, но при желании несложно изготовить и своими руками.

Суть работы устройства

Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.

Появление трансформатора стало возможным после изобретения индукционной катушки в 1852 году механиком из Германии Румкорфом. Его устройство было похоже на катушку для наматывания ниток, но вместо последних использовалась проволока. Внутри катушки располагалась другая такая же конструкция. При подаче тока на нижнюю катушку фиксировалось напряжение и на верхней. Объяснялось это явлением, названным индуктивностью.

Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочков фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.

Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.

Принцип действия

Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:

  1. Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами.
  2. Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
  3. Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
  4. Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
  5. Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.

Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).

Таким образом, трансформатор представляет собой замкнутый контур (сердечник) на котором располагаются катушки (обмотки). Их количество может составлять от двух и более штук (исключение автотрансформатор). Катушка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а которая соединяется с нагрузкой — вторичной.

При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.

Характеристики и виды изделия

Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:

  • U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
  • N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
  • I1, I2 — сила тока в обмотках.

По виду сердечника трансформаторы на 12 В разделяются на кольцевые, Ш-образные и П-образные. По конструктивному же исполнению они бывают: броневыми, стержневыми и тороидальными (кольцевыми). Стержневой тип собирается из П-образных пластин. На броневом виде используются боковые стержни без обмоток. Этот вид самый распространённый, так как обмотки надёжно защищены от механических повреждений, хотя при этом эффективность охлаждения уменьшается.

Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.

К основным параметрам изделия относят:

  1. Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
  2. КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
  3. Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
  4. Количество обмоток.
  5. Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.

Самостоятельное изготовление

Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками можно рассмотреть на конкретном примере. Пускай стоит задача изготовить преобразователь с 220 В до 12 в с выходным током 10 А.

Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».

На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.

В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.

Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).

На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.

Расчёт конструкции

Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.

Исходя из того, что мощность передаётся через сердечник, то величины P1 будет зависеть сечение магнитопровода. Находится сечение сердечника из выражения: S = (P 1) ½ = 150 = 12.2 см 2 . Теперь можно найти и необходимое количество витков в первичной обмотке для получения одного вольта: W =50/ S = 4.1. То есть для напряжения 220 вольт потребуется намотать 917 витков, а для вторичной — 48 витков.

Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I) ½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d 2 . Она соответственно составит — 0,3 мм 2 и 5 мм 2 .

Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.

Техника намотки

Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.

Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.

Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.

Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.

Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.

Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.


Удивительные факты о понижающих трансформаторах

Электромагнитный прибор из сердечника и двух (первичной и вторичной) обмоток называется понижающий трансформатор. У данных устройств широкий спектр применения – от бытовых приборов до сложных электрических машин для заводов.

Когда величина индуктивности разнится, происходит преобразование напряжения и тока. Чтобы это стало возможным, у вторичной обмотки устройства делают меньше витков, чем у первичной.

В статье мы расскажем, как сделать понижающий трансформатор своими руками для монтажа в бытовую электросеть. В качестве бонуса читатель найдет интересный видеоматериал и книгу Е.И. Забудского «Электрические машины (часть 1. Трансформаторы)».

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.

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.

Читайте также:  Датчики влажности и температуры для измерения уровня влажности воздуха: принцип действия разных типов

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.

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.

Принцип действия

Принцип действия понижающего трансформатора основан на использовании явления взаимной индукции, которая действует через магнитное поле, и обеспечивает передачу электроэнергии из одного контура устройства в другой. Действие трансформатора происходит так:

  1. Ток проходит по первичной катушке, которая создаёт магнитное поле.
  2. Все силовые линии замыкаются возле проводников катушки.
  3. Некоторые из этих силовых линий замыкаются возле проводников другой катушки. Получается, что обе связаны между собой при помощи магнитных линий.
  4. Чем дальше расположены обмотки друг от друга, тем с меньшей силой возникает между ними магнитная связь, так как меньшее количество силовых линий первой цепляется за силовые линии второй.
  5. Через первую проходит переменный ток (который меняется во времени и по определённому закону), значит, магнитное поле, которое создаётся, тоже будет переменным, то есть меняться во времени и по закону.

Из-за изменения тока в первой в обе катушки поступает магнитный поток, который меняет величину и направление. Происходит индукция переменной электродвижущей силы. Об этом говорится в законе электромагнитной индукции.

Если концы второй соединить с приёмниками электроэнергии, то в цепочке приёмников появится ток. К первой от генератора будет поступать энергия, которая равная энергии, отдаваемой в цепочку второй. Энергия передаётся посредством переменного магнитного потока.

Понижающий трансформатор (220B 110В) обеспечивает нормальную работу оборудования и электроприборов, которые изготовлены в странах, где нормы сетей электропитания отличаются от российского стандарта.

Понижающие трансформаторы напряжения имеют широкую область применения, однако чаще всего они используются в источниках питания различных приборов и в электросетях. Выбор конкретного устройства необходимо осуществлять с учетом определенных запросов для каждого отдельного случая.

В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока.

Поэтому, при использовании трансформатора по “противоположному” назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение “Н” для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение “X” для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «H1», «H2», «X1» и «X2».

Практическая значимость

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы.

В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее.

Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения.

Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот.

Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии.

То есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

Область применения

Сегодня множество приборов, используемых в быту, требует пониженного напряжения. Это современные телевизоры, персональные компьютеры и ноутбуки, различные гаджеты.

Однако эти прибору идут либо в комплекте с трансформатором, называемым блоком питания, либо он встроен в устройство. А вот освещение – отдельный вопрос.

Галогенные или светодиодные лампы (особенно устанавливаемые в помещениях с повышенной влажностью) требуют наличия отдельного устройства понижения напряжения. Это обусловлено требованиями безопасности, хотя и экономичность играет не последнюю роль.

Как выбрать понижающий трансформатор

В первую очередь необходимо смотреть на его мощность и исполнение. Мощность обязана быть с запасом, то есть больше суммарной потребляемой мощности подключаемых светильников.

Чтобы определить суммарную мощность, достаточно сложить все мощности ламп и/или иных приборов, которые планируется подключить. К полученному результату накиньте еще 20% для запаса.

Расчет индуктивности катушки

Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз).

Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток.

Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100.

Соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1).

Мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

Как сделать устройство с 220 на 12 вольт своими руками

Несмотря на то, что данный прибор кажется на первый взгляд сложным устройством, его можно собрать самостоятельно. Порядок сборки подобного устройства очень простой. Сначала следует сделать некоторые расчёты и можно приступать к работе. Чтобы можно было быстро и просто производить намотку катушек, необходимо сделать простое приспособление из доски, стоек и рукоятки.

Сначала рассчитываются характеристики и количество витков на обмотках устройства. В данном случае, напряжение первичной сети равно 220 В.

Получить при помощи прибора планируется 12 В, при площади сечения в 6 квадратных сантиметров, значит составляется формула с такими расчётами:

постоянная величина среднего трансформаторного железа равна 60, её следует разделить на площадь.

Получится 10 — это показатель витков, которые приходятся на один Вольт. Полученное число умножается на 220 — это число витков первичной обмотки. Количество витков второй нужно рассчитывать по такому же принципу: полученные 10 витков умножаются на 12 В.

Сердечник можно изготовить из жестяных банок, для этого надо нарезать полоски длиной до 30 см, шириной — 2 см. Эти заготовки обжигаются в печи на огне, после этого они остывают и с поверхности нужно счистить окалину. Покрыть лаком и наклеить с одной стороны полоски бумаги.

Также необходимо приготовить провод с бумажной изоляцией, сечение — 0,3 мм. Вторичная обмотка будет выполняться проводом сечением 1 мм. Из толстого картона выполнить основу для катушки. На неё намотать пропарафиненную бумагу и после этого можно приступать к намотке проволоки.

После каждых двух рядов нужно прокладывать слой этой бумаги. Вторичная обмотка наматывается в том же направлении, что и первая.

В готовую катушку необходимо вставить железные полоски, они должны войти на половину своей длины. Этими полосками обтягивается основа, и концы соединяются внизу.

Возле сердечника и каркаса оставляется небольшое расстояние. Основание для понижающего устройства лучше сделать из обычной доски толщиной до 50 мм.

Крепить детали лучше при помощи больших металлических скобок. Делать это нужно так, чтобы скобки огибали нижнюю часть сердечника. Последним шагом концы обмоток выводятся на каркас и закрепляются с контактами.

Чтобы было легче наматывать катушки (на заводах для этого используют специальное оборудование), можно использовать две деревянные стойки, закреплённые на доске, и ось из металла, продетую между отверстиями в стойках. На одном конце следует металлический прутик изогнуть в виде рукоятки.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные функции понижающих трансформаторов и способ собрать устройство с 220 на 12 вольт самостоятельно. Больше информации о трансформаторах можно узнать в и книге Е.И. Забудского «Электрические машины (часть 1. Трансформаторы)».

Как подключить понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт?

Без этого электротехнического устройства потребители электроэнергии не смогли бы заряжать автомобильные аккумуляторы, подключать энергосберегающие источники света. Электротехническое изделие понижает стационарное напряжение до требуемого уровня. Прибор изготовлен на базе электромагнитной индукции. Продается в специализированных стационарных торговых предприятиях, интернет-магазинах.

Общее устройство и принцип работы

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт покупают водители, дачники, владельцы загородных домов, коттеджей для устройства внутридомовой низковольтной осветительной сети. Временами использование электрического питания 220 вольт в домашнем обиходе экономически нерационально.

Читайте также:  Фазы в электротехнике: определение понятия, нулевой провод и заземление, переменный электрический ток

Изделие состоит из четырех главных деталей: двух стержней-сердечников и двух катушек из медной проволоки требуемого сечения и длины. Называются обмотками, содержащими неравное количество витков. Стержни-сердечники изготавливают из специальной стали, используемой в электротехнической отрасли. На трансформатор 220 подают ток стационарной электросети.

В первичной обмотке начинается интенсивное движение электронов, создается электродвижущая сила. Образуется магнитное поле, пересекаемое второй обмоткой. В ней появляются электрические потенциалы, поскольку магнитное поле первой катушки вызывает во второй самоиндукцию (движение электронов). Возникает разность электрических уровней, стремящихся уравнять потенциальные значения до нуля.

Перелив электронов с высокого потенциала на конечный нулевой рождает электрический ток. Напряжение во вторичной обмотке зависит от того, во сколько раз в ней меньше витков, чем в первой. Следует помнить, что понижающее электротехническое устройство генерирует в концевой обмотке переменное напряжение с изменением полярности 50 раз в секунду. Получают и постоянный ток, подключая в систему выпрямитель, чтобы на выходе иметь 12 вольт прямого тока.

Существует большой ассортимент электронных понижающих изделий, не содержащих сердечников, катушек.

Понижающими устройствами являются микроскопические электронные схемы в соединении с конденсаторами, резисторами и другими важными элементами. Перед традиционными преобразователями тока имеют неоспоримые преимущества, заключающиеся:

  • в компактности;
  • в весе;
  • в ручной регулировке пониженного напряжения;
  • в бесшумной работе;
  • в высоком КПД.

Покупатель может выбирать тот трансформатор, в котором нуждается. Это его право.

Изготовленный собственными руками трансформатор рекомендуется эксплуатировать, спрятав его за стенками металлического или деревянного корпуса, имеющего естественную вентиляцию.

Как выбрать понижающий трансформатор

В продаже появились импортные электроприборы, работающие от сети 110 вольт. Отечественные электросети подают ток напряжением в 220 вольт. Использовать иностранный бытовой или другого назначения прибор проблематично. Но есть выход. Можно приобрести трансформатор 220 с понижающими клеммами на 110 вольт.

Выбирая понижающее изделие, важно высчитать максимальную нагрузку, на которую оно рассчитано. Результат получают следующим методом. Умножают вольты на силу тока и получают мощность. Формула выглядит так: V x A=W. Выбирают мощный потребитель электрической энергии, высчитывают пиковую нагрузку по формуле, прибавляют к ее значению 20%.

Приведем пример. Домохозяйка приобрела импортный кухонный комбайн, работающий от сети 110 вольт, рассчитанный на силу тока 3 А. Умножаем показатели. Получим мощность 330 W. Это нормативная мощность, при которой работает комбайн. Но во время приготовления заправки, например для борща, в комбайн попала косточка, которую прибор должен измельчить. За секунду мощность подскочит до 1400 W. Производитель электроприборов в техническом паспорте указывает максимальную мощность.

Устройство, понижающее ток, несложно сделать самому. Алгоритм действий следующий: ассчитывают количество витков металлической проволоки на катушках. Расчет первичной начинают с обмотки на 220 вольт. После вычислений определяют число витков. Получают 2200 витков при сечении провода 0.3 мм и площади стержня в 6 кв. см.

После рассчитывают количество витков для катушки на 12 вольт. Вторая катушка, вырабатывая напряжение в 12 вольт, будет иметь 120 витков при сечении провода в 1 мм. Витки одной обмотки по количеству не должны равняться другой. В идеале могут, если медная проволока разного сечения.

Напряжением в двенадцать вольт питаются светодиодные ленты, лампы, освещение галогенное. Галогенным лампам требуется небольшая мощность. Важным моментом является изготовление сердечника. От его качества зависит мощность трансформатора.

Если под рукой нет специальной электротехнической стали, используют металлические емкости из-под пива, хлебного кваса, других жидких продуктов. Из банок нарезают полосы длиной 3 дм и шириной 0.2 дм. Заготовки подвергают обжигу, после удаляют налет окалины. Лакируют, обворачивают бумагой с одной стороны.

Вторую обмотку заполняют провода сечением 1 мм. Катушечную основу изготавливают из картонного материала повышенной прочности. Обворачивают картонную заготовку бумагой, пропитанной парафином. На приготовленные сердцевины наматывают проволоку, не забывая намотанные витки разделять бумагой. Готовые к использованию обмотки закрепляют на компактном деревянном или металлическом каркасе. Фиксируют скобами или другим крепежом.

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт — просто и легко сделать своими руками

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. 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.

Принцип работы, для чего нужен

Действие трансформатора происходит так:

  • Ток проходит по первичной катушке, которая создаёт магнитное поле.
  • Все силовые линии замыкаются возле проводников катушки. Некоторые из этих силовых линий замыкаются возле проводников другой катушки. Получается, что обе связаны между собой при помощи магнитных линий.
  • Чем дальше расположены обмотки друг от друга, тем с меньшей силой возникает между ними магнитная связь, так как меньшее количество силовых линий первой цепляется за силовые линии второй.
  • Через первую проходит переменный ток (который меняется во времени и по определённому закону), значит, магнитное поле, которое создаётся, тоже будет переменным, то есть меняться во времени и по закону.
  • Из-за изменения тока в первой в обе катушки поступает магнитный поток, который меняет величину и направление.
    Происходит индукция переменной электродвижущей силы. Об этом говорится в законе электромагнитной индукции.
  • Если концы второй соединить с приёмниками электроэнергии, то в цепочке приёмников появится ток. К первой от генератора будет поступать энергия которая равная энергии, отдаваемой в цепочку второй. Энергия передаётся посредством переменного магнитного потока.

Понижающий трансформатор необходим для преобразования электроэнергии, а именно для понижения её показателей, чтобы можно было предотвратить сгорание электротехники.

Порядок сборки и подключение

Несмотря на то, что данный прибор кажется на первый взгляд сложным устройством, его можно собрать самостоятельно. Для этого надо выполнить такие шаги:

    Сначала рассчитываются характеристики и количество витков на обмотках устройства. В данном случае, напряжение первичной сети равно 220 В, а получить при помощи прибора планируется 12 В, при площади сечения в 6 квадратных сантиметров, значит составляется формула с такими расчётами: постоянная величина среднего трансформаторного железа равна 60, её следует разделить на площадь.

Получится 10 — это показатель витков, которые приходятся на один Вольт. Полученное число умножается на 220 — это число витков первичной обмотки. Количество витков второй нужно рассчитывать по такому же принципу: полученные 10 витков умножаются на 12 В.

Сердечник можно изготовить из жестяных банок, для этого надо нарезать полоски длиной до 30 см, шириной — 2 см.

Эти заготовки обжигаются в печи на огне, после этого они остывают и с поверхности нужно счистить окалину. Покрыть лаком и наклеить с одной стороны полоски бумаги. Также необходимо приготовить провод с бумажной изоляцией, сечение — 0,3 мм. Вторичная обмотка будет выполняться проводом сечением 1 мм.

  • Из толстого картона выполнить основу для катушки. На неё намотать пропарафиненную бумагу и после этого можно приступать к намотке проволоки. После каждых двух рядов нужно прокладывать слой этой бумаги.
  • Вторичная обмотка наматывается в том же направлении, что и первая. В готовую катушку необходимо вставить железные полоски, они должны войти на половину своей длины. Этими полосками обтягивается основа, и концы соединяются внизу. Возле сердечника и каркаса оставляется небольшое расстояние.
  • Основание для понижающего устройства лучше сделать из обычной доски толщиной до 50 мм. Крепить детали лучше при помощи больших металлических скобок. Делать это нужно так, чтобы скобки огибали нижнюю часть сердечника.
  • Последним шагом концы обмоток выводятся на каркас и закрепляются с контактами.
  • Пример схемы подключения понижающего трансформатора 220 на 12 В:

    Чтобы было легче наматывать катушки (на заводах для этого используют специальное оборудование), можно использовать две деревянные стойки, закреплённые на доске, и ось из металла, продетую между отверстиями в стойках. На одном конце следует металлический прутик изогнуть в виде рукоятки.

    В 1891 г Никола Тесла разработал трансформатор (катушку), при помощи которого он ставил эксперименты с электрическими разрядами высоких напряжений. Как сделать трансформатор Тесла своими руками, узнайте здесь.

    Полезная и интересная информация о подключении галогенных ламп через трансформатор — тут.

    Итоги

    • Трансформатором называется прибор с сердечником и двумя катушками-обмотками. На входе прибора подаётся электроэнергия, которая понижается до необходимых показателей.
    • Принцип работы понижающего трансформатора заключается в создании электродвижущей силы, которая создаёт магнитное поле. Витки одной из катушек проходят через это поле, и появляется сила самоиндукции. Ток изменяется, меняется его величина и направление. Энергия подаётся при помощи переменного магнитного поля.
    • Такой прибор нужен для преобразования энергии, благодаря чему предотвращается сгорание электротехники и выход её из строя.
    • Порядок сборки подобного устройства очень простой. Сначала следует сделать некоторые расчёты и можно приступать к работе. Чтобы можно было быстро и просто производить намотку катушек, необходимо сделать простое приспособление из доски, стоек и рукоятки.

    В заключение предлагаем вашему вниманию ещё один способ сборки и подключения понижающего трансформатора с 220 на 12 Вольт:

    Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт

    Большинство домашних электрических приборов работают от бытовой сети напряжением 220 вольт. Однако встречаются отдельные потребители, требующие пониженного напряжения. Низковольтным нагревателям, галогенным лампам и другим аналогичным устройствам необходим понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, обеспечивающий их нормальную работу. Данные приборы пользуются широкой популярностью, отличаются небольшими размерами и цельным корпусом. Они безопасны в эксплуатации и позволяют сэкономить электроэнергию.

    Общее устройство и принцип работы

    Конструктивно трансформатор представляет собой устройство в виде сердечника и двух обмоток с различным количеством витков. Для изготовления сердечника используется специальная электротехническая сталь.

    Подача напряжения осуществляется на вход трансформатора. Это вызывает появление в обмотке электродвижущей силы, создающей магнитное поле.

    Весь рабочий процесс можно разбить на несколько этапов:

    • Электрический ток попадает в первичную катушку, которая создает магнитное поле.
    • Возле катушечных проводников происходит замыкание всех силовых линий. Некоторые из них могут захватывать проводники, относящиеся к другой катушке. В результате, образуется взаимосвязь обеих катушек через магнитные линии.
    • Сила взаимодействия напрямую зависит от расстояния между обмотками. Чем дальше они находятся друг от друга, тем меньше сила магнитных связей.
    • Переменный ток, проходящий через первую катушку, изменяется во времени в соответствии с определенными законами. Следовательно, созданное им магнитное поле, также будет переменным.
    • Магнитный поток с измененной величиной и направлением поступает в другую катушку, индуцируя тем самым переменную электродвижущую силу. На выходе второй катушки появляется электрический ток. Его величина регулируется соотношением количества витков в первой и второй катушках. В итоге может получиться понижающий трансформатор или, наоборот, устройство, повышающее ток.

    Выбор необходимого устройства

    При покупке понижающего трансформатора необходимо учитывать его основные параметры и технические характеристики:

    • Величина входного напряжения. Она имеется в маркировке и наносится на корпус в виде надписи «220В» или «380В». Для использования в быту нужно выбирать первый вариант.
    • Выходное напряжение. Выбирается в зависимости от параметров потребителей, с которыми будет работать трансформатор. Например, если планируется использование светодиодных ламп на двенадцать вольт, то и устройство должно понижать напряжение с 220 до 12 В.
    • Мощность. Этот постоянный параметр у трансформатора должен на 20% превышать такой же показатель потребляющих устройств. Причем в расчет следует принимать суммарную мощность потребителей. Это значение указывается на маркировке практически каждого изделия и измеряется в ваттах (Вт).
    Читайте также:  Розетка двойная с заземлением: установка и подключение внутренних и наружных моделей

    Не рекомендуется покупать трансформаторы со слишком высоким запасом мощности. Такой прибор может оказаться слишком дорогим, а несоответствие технических характеристик приведет к выходу из строя не только галогенных ламп, но и преобразователей, использующихся вместе с ними.

    Пониженное напряжение на выходе трансформатора должно совпадать с номинальными показателями потребителей. Чаще всего, это 12В, но могут попадаться приборы, работающие от 6 или 24В. Для системы освещения, устанавливаемой в помещении с повышенной влажностью, рекомендуется использовать преобразователь с гальванической развязкой.

    Во многих случаях вместо одного дорогого прибора целесообразно приобрести несколько отдельных устройств пониженной мощности, к которым подсоединяют несколько групп потребителей. При выходе из строя одного из них, перестанет работать лишь часть светильников или других приборов. Замена маломощного устройства обойдется значительно дешевле, по сравнению с дорогим мощным понижающим трансформатором.

    Подключение понижающего трансформатора

    Подключить понижающий трансформатор 220 на 12 вольт совсем несложно. В качестве примера можно рассмотреть галогенные источники освещения. Их подключение возможно сразу всех вместе в разрыве фазы одноклавишного выключателя, или путем разбивки на отдельные группы.

    Все устройства заводского изготовления выпускаются с промаркированными клеммами, к которым и выполняется подключение. Фазный провод подключается к клемме «L» или «220», а нулевой – к «N» или «0». Маркировка фазной клеммы на выходе зависит от напряжения, выдаваемого устройством. К ним будут подключатся галогенные лампы с помощью медного провода небольшого сечения, позволяющего избежать потерь электроэнергии.

    Для того чтобы их свечение было равномерным, должны использоваться одинаковые провода, соединяемые параллельно с сечением не менее 1,5 мм2. Если требуется подключение дополнительных групп, а выходных клемм для этого недостаточно, их можно добавить в соответствии с максимальной мощностью устройства.

    Следует обратить особое внимание на длину проводов. Идеальная сборка предполагает использование проводника, длиной, не превышающей 3 м. За счет этого, предотвращается нагрев и снижаются энергетические потери. Более длинный провод сильно нагревается и частично отдает тепловую энергию светильникам. Из-за этого они быстро выходят из строя или начинают светить неравномерно. Если по техническим причинам невозможно уменьшить длину провода, следует увеличить его сечение.

    Иногда при покупке попадаются не новые или самодельные трансформаторы со стертой маркировкой на клеммах. Такая сборка определяется по первичной или вторичной обмотке, а именно, по сечению намотанных медных проводов. Как правило, в понижающем трансформаторе в первичной обмотке используется проводник с меньшим сечением, нежели во вторичной. Этот фактор нужно учитывать при изготовлении понижающего устройства своими руками.

    Самостоятельное изготовление устройства

    Конструкция трансформатора кажется сложной лишь на первый взгляд. Многие домашние мастера могут достаточно легко собрать понижающее устройство своими руками.

    Для того чтобы получить работоспособный прибор, нужно соблюдать рекомендации специалистов и определенный порядок действий:

    • В первую очередь выполняются расчеты параметров и числа витков на каждой обмотке. Это поможет в дальнейшем выполнить правильное подключение. Для этого используются такие исходные данные, как входное и выходное напряжение (200 и 12В), сечение 6 см2, постоянная величина трансформаторного железа, равная 60. Эта величина делится на площадь сечения, в итоге получается 10. Данный показатель соответствует количеству витков, приходящихся на 1В. 220 х 10 = 2200 – количество витков первичной обмотки, 12 х 10 = 120 – количество витков вторичной обмотки.
    • Для изготовления сердечника своими руками можно использовать жестяные банки. Они нарезаются полосками, длина которых составляет 30 см, ширина – 2 см. Заготовки нужно обжечь на огне, дать остыть и очистить от окалины. Они покрываются лаком, а с одной стороны к ним приклеиваются бумажные полоски. Такая сборка потребует провода, сечением 0,3 мм2, заключенного в бумажную изоляцию. Для вторичной обмотки будет нужен провод сечением 1 мм2.
    • Основой катушки служит толстый картон. На него наматывается бумага, покрытая парафином. Далее на нее уже наматывается проволока. Через каждые два ряда укладывается слой пропарафиненной бумаги.
    • Сборка и намотка вторичной обмотки производится в том же направлении, что и первичной. В готовую катушку вставляются железные полоски примерно на половину длины. Они обтягивают основу, а их концы соединяются в нижней части. Возле каркаса и сердечника остается небольшой зазор.
    • Для основания понижающего трансформатора используется обычная 50-миллиметровая доска. Окончательная сборка всех деталей и их крепление на своих местах выполняется металлическими скобками. Они должны огибать нижнюю часть сердечника и надежно притягивать конструкцию к основанию.
    • На завершающем этапе концы обмоток выводятся наружу, где выполняется их подключение к контактам.

    При отсутствии специального оборудования намотку катушек можно значительно облегчить за счет простого приспособления. Его конструкция состоит из двух деревянных стоек, закрепленных на доске и металлической оси, продетой в отверстия в стойках. Один конец для удобства вращения изгибается в виде обычной рукоятки.

    Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт

    Главная страница ➟ Электрика и электроника info ➟ Трансформатор ➞ Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт

    В квартире имеется бытовая розетка. Требуется запитать маломощную низковольтную галогенную лампу. Как это сделать? Да никак, если под рукой нет специального устройства, которое понижает сетевое напряжение до необходимого уровня. Один из таких приборов — понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт.

    Принцип работы

    В переводе с латинского языка слово transformare означает «преобразовать». Трансформатор предназначен для изменения подаваемого напряжения. Если входное напряжение больше, чем величина выходного, трансформатор называют понижающим. Если значение электрического питания на входе устройства меньше, чем на выходе, значит, это повышающий трансформатор.

    Принцип работы прибора основан на эффекте электромагнитной индукции. Смысл физического явления состоит в том, что электрический ток возникает в проводнике, который помещён в изменяемое с течением времени магнитное поле. Природный феномен был открыт Майклом Фарадеем в 1831 году.

    К первичному индуктору трансформаторного устройства подводится переменный ток. В металлическом сердечнике возбуждается магнитное поле, которое меняется с частотой подаваемого напряжения. Во вторичной обмотке появляется индукционный ток, сила которого зависит от соотношения количества витков входящей и выходящей катушек.

    Основными параметрами, характеризующими функциональность трансформатора, принято считать входное и выходное напряжение, а также мощность аппарата. Последний показатель, который является главным критерием при выборе устройства, определяет величину подключаемой нагрузки. Подсоединяемый прибор должен иметь мощность на 20% меньше нормы, указанной в техническом паспорте трансформатора.

    Сердечник аппарата изготовляется из феррита, электротехнической стали или пермаллоя. Для обмотки используется медный проводник в лаковой или бумажной изоляции. Приборы большой мощности снабжаются системой масляного охлаждения.

    В электротехнике различают три вида трансформаторов:

    1. Стержневой. Сердечник расположен внутри обмоток.
    2. Броневой. Бо́льшая часть обмотки накрывается магнитопроводом.
    3. Тороидальный. Магнитная система выполнена в форме кольца.

    Все варианты трансформаторов 220 на 12 работают по одному принципу. Однако тороидальный трансформатор 220 на 12 вольт имеет больший КПД, компактней по объёму и требует меньше материалов для производства.

    При эксплуатации трансформатор подключают к заземляющей шине во избежание поражения человека током в аварийной ситуации. Обслуживание агрегата заключается в периодическом осмотре и очищении от грязи и пыли. При обрыве обмотки и коротком замыкании прибор демонтируется и производится перемотка повреждённой цепи.

    Изготовление своими руками

    Для понижения выходного напряжения в электрических системах применяются трансформаторы электронного типа. Устройство собирается из полупроводников и интегральных схем. При высоком КПД прибор малого размера и веса не нагревается и не шумит.

    Однако устройства традиционной конструкции по-прежнему востребованы из-за надёжности и простоты изготовления. Приборы промышленного производства стоят примерно 600 рублей. Но человек с умелыми руками в состоянии смастерить понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт самостоятельно.

    Расчёт параметров

    Перед началом работ производится расчёт технических характеристик трансформатора. Прежде всего мастер определяется с мощностью нагрузки, которая подключится к прибору. При этом необходимо учитывать тепловые потери, которые понижают КПД устройства до 80%.

    Чтобы получить истинное значение требуемой мощности, следует разделить мощность нагрузки на коэффициент 0,8. От этой величины рассчитываются остальные параметры трансформатора:

    1. Площадь сечения магнитопровода вычисляется по формуле: S = 1,2 * √P, где S — площадь сердечника, P — мощность подключаемого устройства.
    2. На следующем этапе определяется численность витков на 1 вольт напряжения при этом сердечнике: W = 50/S, где W — число витков.
    3. Число витков в каждой катушке трансформатора вычисляется следующим образом: N = U*W, где N — необходимое количество витков, U — напряжение в обмотке.
    4. Чтобы определить диаметр провода, требуется знать силу тока, для расчёта которой пользуются уравнением I = P/U, где I — сила тока в катушке.
    5. Теория электротехники указывает, что для медного проводника плотность тока составляет 2 A/мм². При этой константе требуемое сечение провода определяют следующим образом: D = 0,8√I, где D — диаметр провода, I — уже рассчитанная сила тока в обмотке.

    Например, требуется подключить шестидесятиваттный радиоприёмник, работающий на двенадцативольтовом напряжении. Необходимо рассчитать и собрать понижающий трансформатор на 12 вольт. Расчёты ведутся в соответствии с вышеизложенными этапами.

    С учётом тепловых потерь выходная мощность трансформатора определяется на уровне 75 Вт. Площадь магнитопровода составит 10,4 квадратного сантиметра.

    Один вольт напряжения требует 4,8 оборота. Для первичной обмотки наматывают 1056 витков, для выходной катушки — 58. При подключённой нагрузке во вторичном индукторе теряется часть напряжения за счёт сопротивления проводника, поэтому следует добавить 10% к полученному числу. Итого 65 витков.

    Чтобы выбрать сечение проводника, нужно знать силу проходящего тока. По входящей цепи протекает ток 0,34 ампера, по выходящей цепи идёт ток 5 ампер. Соответственно диаметр провода первичного индуктора равен 0,46 мм, толщина проводника вторичной обмотки 1,78 мм. Полученные значения округляются в бо́льшую сторону.

    Сборка трансформатора

    Для сборки понижающего трансформатора 220 в на 12 в требуются металлический сердечник, картонный каркас и медный провод. Если имеется вышедший из строя прибор с аналогичными параметрами, то необходимые компоненты заимствуются из этой конструкции. Можно подобрать детали от неработающих трансформаторов с другими техническими характеристиками. В этом случае придётся корректировать расчёты.

    При невозможности подобрать комплектующие промышленного производства детали изготавливаются из подручных материалов. Это процесс трудоёмкий и потребует от мастера терпения.

    Пластины для сердечника вырезаются из использованных консервных банок. Перед сборкой магнитопровода жестяные компоненты прокаливаются в огне, а затем копоть, окалины и нагар удаляются с поверхности мелкозернистой наждачной бумагой.

    Каркас вырезается из плотного картона. Сначала приготавливается вертикальная часть. После склейки и просушки на торцах каркаса закрепляются щёчки, в которых проделаны отверстия для вывода проводов подключения.

    Провод требуемого сечения приобретается в магазине электрических товаров. Материал для обмотки можно поискать на «блошином рынке». Здесь проводник хорошего качества, а иногда и в заводской упаковке, стоит дешевле.

    Подобрав компоненты требуемых параметров, приступают к накручиванию проводников на каркас. Операция производится вручную или с помощью намоточной машинки, а укладывание провода рекомендуется по схеме «виток к витку». Через каждые два слоя обмотки прокладывается полоска специальной конденсаторной бумаги. Концы проводников выпускают наружу через отверстия в щёчках.

    Закончив работу с обмотками, приступают к заполнению каркаса пластинами сердечника. После сборки трансформатора необходимо прозвонить электрические цепи мультиметром. Если проверка прошла успешно, изделие готово к работе.

    Подключение устройств, работающих от напряжения 12 вольт, при помощи понижающего трансформатора приносит экономию электрической энергии и, соответственно, денежных средств. Кроме того, такие приборы при эксплуатации абсолютно безопасны.

    Добавить комментарий