Автомобильный инвертор напряжения порой бывает невероятно полезен, но большинство изделий в магазинах либо грешат качеством, либо по мощности не устраивают, а стоят при этом недёшево. Но ведь схема инвертора состоит из простейших деталей, потому мы предлагаем инструкцию по сборке преобразователя напряжения своими руками.
Первое, что нужно учесть — потери преобразования электричества, выделяющиеся в виде тепла на ключах схемы. В среднем эта величина составляет 2-5% от номинальной мощности устройства, но показатель этот имеет свойство расти из-за неправильного подбора или старения комплектующих.
Отвод тепла от полупроводниковых элементов имеет ключевое значение: транзисторы очень чувствительны к перегреву и выражается это в быстрой деградации последних и, вероятно, их полному отказу. По этой причине основанием для корпуса должен служить теплоотвод — алюминиевый радиатор.
Из радиаторных профилей хорошо подойдёт обычная «расчёска» шириной 80-120 мм и длиной около 300-400 мм. к плоской части профиля винтами крепятся экраны полевых транзисторов — металлические пятачки на их задней поверхности. Но и с этим не всё просто: электрического контакта между экранами всех транзисторов схемы быть не должно, поэтому радиатор и крепления изолируются слюдяными плёнками и картонными шайбами, при этом по обе стороны диэлектрической прокладки металлсодержащей пастой наносится термоинтерфейс.
Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.
Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.
Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44
Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей , печек.
На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.
Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре
Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.
Вариант с пареллельным подключением контуров
Инверторы напряжения сегодня используются повсеместно как автолюбителями, желающими пользоваться бытовой техникой вдалеке от дома, так и обитателями автономных жилищ, питающихся солнечной энергией . И в целом можно сказать, что от сложности устройства преобразователя напрямую зависит ширина спектра токоприёмников, которые можно к нему подключить.
К сожалению, чистый «синус» присутствует только в магистральной электросети, добиться преобразования постоянного тока в него очень и очень сложно. Но в большинстве случаев этого и не требуется. Чтобы подключать электрические двигатели (от дрели до кофемолки), достаточно пульсирующего тока с частотой от 50 до 100 герц без сглаживания.
ЭСЛ, светодиодные лампы и всевозможные генераторы тока (блоки питания, зарядные устройства)более критичны к выбору частоты, поскольку именно на 50 Гц основана схема их работы. В таких случаях следует включать во вторичный вибратор микросхемы, зовущиеся генератором импульсов. Они могут коммутировать небольшую нагрузку непосредственно, либо исполнять роль «дирижёра» для серии силовых ключей выходной цепи инвертора.
Но даже такой хитрый план не сработает, если вы планируете использовать инвертор для стабильного питания сетей с массой разнородных потребителей, включая асинхронные электрические машины. Здесь чистый «синус» очень важен и реализовать такое под силу лишь преобразователям частоты с цифровым управлением сигналом.
Для сборки инвертора нам не хватает всего одного элемента схемы, выполняющего трансформацию низкого напряжения в высокое. Вы можете использовать трансформаторы из блоков питания персональных компьютеров и старых ИБП, их обмотки как раз рассчитаны на трансформацию 12/24-250 В и обратно, остаётся лишь правильно определить выводы.
И всё же лучше намотать трансформатор своими руками, благо что ферритовые кольца дают возможность сделать это самому и с любыми параметрами. Феррит обладает отличной электромагнитной проводимостью, а значит, потери при трансформации будут минимальными даже если провод намотан вручную и не плотно. К тому же вы легко рассчитаете необходимое количество витков и толщину провода по имеющимся в сети калькуляторам.
Перед намоткой кольцо сердечника нужно подготовить — снять надфилем острые кромки и плотно обмотать изолятором — стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем. Далее следует намотка первичной обмотки из толстого медного провода расчётного сечения. После набора нужного количества витков их необходимо равномерно распределить по поверхности кольца с равным интервалом. Выводы обмотки соединяются согласно схеме и изолируются термоусадкой.
Первичная обмотка покрывается двумя слоями лавсановой изоленты, затем наматывается высоковольтная вторичная обмотка и ещё один слой изоляции. Важный момент — мотать «вторичку» нужно в обратном направлении, иначе трансформатор работать не будет. В завершение к одному из отводов нужно припаять в разрыв полупроводниковый термопредохранитель, ток и температура срабатывания которого определяются параметрами провода вторичной обмотки (корпус предохранителя нужно плотно примотать к трансформатору). Сверху трансформатор обматывается двумя слоями виниловой изоляции без клейкой основы, конец закрепляется стяжкой или цианакрилатным клеем.
Осталось собрать устройство. Поскольку компонентов в схеме не так много, можно размещать их не на печатной плате, а навесным монтажом с креплением к радиатору, то есть к корпусу устройства. К штыревым ножкам подпаиваемся моножильным медным проводом достаточно большого сечения, затем место соединения укрепляется 5-7 витками тонкой трансформаторной проволоки и небольшим количеством припоя ПОС-61. После остывания соединения оно изолируется тонкой термоусадочной трубкой.
Схемы высокой мощности и со сложным вторичным контуром могут потребовать изготовления печатной платы, на краю которой в ряд размещены транзисторы для свободного крепления к теплоотводу. Для изготовления печатки пригоден стеклотекстолит с толщиной фольги не менее 50 мкм, если же покрытие более тонкое — усиливайте цепи низкого напряжения перемычками из медного провода.
Изготовить печатную плату в домашних условиях сегодня просто — программа Sprint-Layout позволяет рисовать обтравочные трафареты для схем любой сложности, в том числе и для двухсторонних плат. Полученное изображение распечатывается лазерным принтером на качественной фотобумаге. Затем трафарет прикладывается к очищенной и обезжиренной меди, проглаживается утюгом, бумага размывается водой. Технология получила название «лазерно-утюжной» (ЛУТ) и описана в сети достаточно подробно.
Вытравливать остатки меди можно хлорным железом, электролитом или даже поваренной солью, способов предостаточно. После вытравливания припекшийся тонер нужно смыть, просверлить монтажные отверстия сверлом в 1 мм и пройтись по всем дорожкам паяльником (под флюсом), чтобы залудить медь контактных площадок и улучшить проводимость каналов.
Чтобы подключить к бортовой электросистеме автомобиля бытовые устройства требуется инвертор, который сможет повысить напряжение с 12 В до 220 В. На полках магазинов они имеются в достаточном количестве, но не радует их цена. Для тех, кто немного знаком с электротехникой есть возможность собрать преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками. Две простые схемы мы разберем.
Есть три типа преобразователей 12-220 В. Первый — из 12 В получают 220 В. Такие инверторы популярный у автомобилистов: через них можно подключать стандартные устройства — телевизоры, пылесосы и т.д. Обратное преобразование — из 220 В в 12 — требуется нечасто, обычно в помещениях с тяжелыми условиями эксплуатации (повышенная влажность) для обеспечения электробезопасности. Например, в парилках, бассейнах или ванных. Чтобы не рисковать, стандартное напряжение в 220 В понижают до 12, используя соответствующее оборудование.
Третий вариант — это, скорее, стабилизатор на базе двух преобразователей. Сначала стандартные 220 В преобразуются в 12 В, затем обратно в 220 В. Такое двойное преобразование позволяет иметь на выходе идеальную синусоиду. Такие устройства необходимы для нормальной работы большинства бытовой техники с электронным управлением. Во всяком случае, при установке настоятельно советуют запитать его именно через такой преобразователь — его электроника очень чувствительная к качеству питания, а замена платы управления стоит примерно как половина котла.
Эта схема проста, детали доступны, большинство из них можно извлечь из блока питания для компьютера или купить в любом радиотехническом магазине. Достоинство схемы — простота реализации, недостаток — неидеальная синусоида на выходе и частота выше стандартных 50 Гц. То есть, к данному преобразователю нельзя подключать устройства, требовательные к электропитанию. К выходу напрямую можно подключать не особ чувствительные приборы — лампы накаливания, утюг, паяльник, зарядку от телефона и т.п.
Представленная схема в нормальном режиме выдает 1,5 А или тянет нагрузку 300 Вт, по максимуму — 2,5 А, но в таком режиме будут ощутимо греться транзисторы.
Построена схема на популярном ШИМ-контроллере TLT494. Полевые транзисторы Q1 Q2 надо размещать на радиаторах, желательно — раздельных. При установке на одном радиаторе, под транзисторы уложить изолирующую прокладку. Вместо указанных на схеме IRFZ244 можно использовать близкие по характеристикам IRFZ46 или RFZ48.
Частота в данном преобразователе 12 В в 220 В задается резистором R1 и конденсатором C2. Номиналы могут немного отличаться от указанных на схеме. Если у вас есть старый нерабочий беспербойник для компьютера, а в нем — рабочий выходной трансформатор, в схему можно поставить его. Если трансформатор нерабочий, из него извлечь ферритовое кольцо и намотать обмотки медным проводом диаметром 0,6 мм. Сначала мотается первичная обмотка — 10 витков с выводом от середины, затем, поверх — 80 витков вторичной.
Как уже говорили, такой преобразователь напряжения 12-220 В может работать только с нагрузкой, нечувствительной к качеству питания. Чтобы была возможность подключать более требовательные устройства, на выходе устанавливают выпрямитель, на выходе которого напряжение близко к нормальному (схема ниже).
В схеме указаны высокочастотные диоды типа HER307, но их можно заменить на серии FR207 или FR107. Емкости желательно подобрать указанной величины.
Этот преобразователь напряжения 12 220 В собирается на основе специализированной микросхемы КР1211ЕУ1. Это генератор импульсов, которые снимаются с выходов 6 и 4. Импульсы противофазные, между ними небольшой временной промежуток — для исключения одновременного открытия обоих ключей. Питается микросхема напряжением 9,5 В, который задается параметрическим стабилизатором на стабилитроне Д814В.
Также в схеме присутствуют два полевых транзистора повышенной мощности — IRL2505 (VT1 и VT2). Они имеют очень низкое сопротивление открытого выходного канала — около 0,008 Ом, что сравнимо с сопротивлением механического ключа. Допустимый постоянный ток — до 104 А, импульсный — до 360 А. Подобные характеристики реально позволяют получить 220 В при нагрузке до 400 Вт. Устанавливать транзисторы необходимо на радиаторы (при мощности до 200 Вт можно и без них).
Частота импульсов зависит от параметров резистора R1 и конденсатора C1, на выходе установлен конденсатор C6 для подавления высокочастотных выбросов.
Трансформатор лучше брать готовый. В схеме он включается наоборот — низковольтная вторичная обмотка служит как первичная, а напряжение снимается с высоковольтной вторичной.
Возможные замены в элементной базе:
При монтаже цепей подключения трансформатора, транзисторов и подключения к источнику 12 В надо использовать провода большого сечения — ток тут может достигать высоких значений (при мощности в 400 Вт до 40 А).
Схемы денных преобразователей сложны даже для опытных радиолюбителей, так что сделать их своими руками совсем непросто. Пример самой простой схемы ниже.
В данном случае проще собрать подобный преобразователь из готовых плат. Как — смотрите в видео.
В следующем ролике рассказано как собирать преобразователь на 220 вольт с чистым синусом. Только входное напряжение не 12 В, а 24 В.
А в этом видео как раз рассказано, как можно менять входное напряжение, но получать на выходе требуемые 220 В.
Изготовить самодельный трансформатор – это стоящее дело, чтобы не тратить деньги на покупку трансформаторов.
Провод возьмем российский, у него прочнее изоляция. От старых катушек провод используется, если нет повреждения изоляции. Для изоляции подойдет бумага, пленка ФУМ. Для изоляции между обмотками лучше использовать лаковую ткань, несколько слоев изоляции. Для поверхностной наружной изоляции подходит кабельная бумага, лаковая ткань. А также можно мотать трансформатор, применяя изоленту ПВХ.
Каркас делают из стеклотекстолита или ему подобного материала.
На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:
N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см 2 .
Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.
Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.
Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.
Количество витков первичной обмотки:
берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.
Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.
Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.
Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.
Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.
Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.
При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.
Важны углы на деталях, и точность в размерах, что повлияет на сборку простого трансформатора.
На щечках отводим места для крепления выводных контактов обмоток, сверлим отверстия по расчетам. Когда каркас собран, то теперь скругляем острые грани, к которым будет прикасаться провод обмотки. Используем для этой цели надфиль. Провода не должны резко перегибаться, так как эмаль изоляции потрескается. Теперь проверим, вставляется ли в окно каркаса пластина. Она не должна болтаться, или туго входить. Каркас ставим на специальный станок или готовимся мотать трансформатор вручную. Толстые провода всегда мотаются руками.
Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.
Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.
На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.
Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.
Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.
Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.
Припаиваем выводные концы обмоток, изолируем поверхность простого трансформатора, подписываем на нем данные характеристики и производим сборку сердечника. После этого надо проверить этот простой трансформатор своими руками.
Замеряем ток самодельного трансформатора вхолостую, он должен быть минимальным. Смотрим на нагрев. Если греется сердечник, то неправильно подобрано железо. Если нагрелись обмотки, значит, есть короткое замыкание. Если нормально, то замыкаем ненадолго вторичную обмотку, треска и сильного гудения не должно быть.
Перейдем к изготовлению самого трансформатора. По готовому сердечнику рассчитаем мощность трансформатора, витки и провод, намотаем первичную и вторичную обмотки, соберем трансформатор полностью.
Чтобы мотать трансформатор напряжением 220 на 12 вольт нам необходимо подобрать магнитный сердечник. Подбираем магнитный сердечник Ш-образный, и каркас от старого трансформатора. Чтобы определить мощность, выдаваемую простым трансформатором, необходимо произвести предварительный расчет.
Рассчитываем диаметр провода первичной обмотки. Мощность трансформатора Р 1 = 108 Вт:
Р 1 = U 1 x I 1
где: I 1 – ток в первичной обмотке;
тогда ток в первичной обмотке:
I 1 = Р 1 / U 1 = 108 Вт / 220 В = 0,49 А.
Возьмем I 1 = 0,5 ампера.
Из таблицы диаметр провода в зависимости от тока выбираем допустимый ток 0,56 А, диаметр 0,6 мм.
Самодельный трансформатор своими руками можно намотать без станка. На это уйдет два-три часа, не больше. Приготовим полоски бумаги для прокладки ее между слоями провода. Полоску вырезаем шириной равной расстоянию между щечками катушки трансформатора плюс еще пару миллиметров, чтобы бумага легла плотно, по краям витки не залезали друг на друга.
Длину полоски делаем с запасом два сантиметра для склеивания. По краям полоску слегка надрезаем ножницами, чтобы при изгибе бумага не рвалась.
Затем приклеиваем полоску бумаги на каркас, плотно пригладив ее.
Теперь берем провод от старой катушки, у которой провод с хорошей не потрескавшейся изоляцией. Конец провода вставляем в гибкую трубочку изоляции от старого использованного провода соответствующего подходящего диаметра. Просовываем конец обмотки в отверстие каркаса катушки (они уже имеются в старом каркасе).
Катушка мотается плотно, виток к витку. Намотав 3-4 витка, нужно прижать витки, друг к другу, чтобы намотка витков была плотной. Чтобы мотать трансформатор после намотки первого слоя, необходимо посчитать количество витков в ряду. У нас получилось 73 витка. Делаем прокладку полоской бумаги. Наматываем второй слой. Во время намотки нужно все время держать провод в натянутом состоянии, чтобы намотка получалась плотной. После второго слоя также делаем прокладку из бумаги. Если не хватает длины провода, то соединяем с ним другой провод путем спайки. Лудим лакированный провод, нагрев конец паяльником на таблетке аспирина. При этом лак хорошо снимается.
Когда намотка первичной обмотки закончена, то конец провода изолируем в трубочку и выводим наружу катушки. Между первичной и вторичной обмотками делаем обмоточную изоляцию. Можно мотать трансформатор дальше.
Рассчитаем диаметр провода вторичной обмотки самодельного трансформатора. Мощность вторичной обмотки примем:
Р 2 = 100 ватт
Р 2 = U 2 x I 2
U 2 = 18 вольт;
Допустимый ток во вторичной обмотке будет равен:
I 2 = Р 2 / U 2 = 100 Вт / 18 В = 5,55 А.
Из таблицы диаметр в зависимости от тока: диаметр для тока 5,55 А – ближайшее значение в таблице 6,28 ампера. Для такого тока необходим диаметр провода 2 мм.
Берем провод, который мы получили при сматывании старого трансформатора. Наматываем провод вторичной обмотки по такому же принципу, как и первичную обмотку. Провод вторичной обмотки намного жестче, поэтому, чтобы он ровно ложился при намотке, периодически его необходимо осаживать ударами молотка через деревянный брусок, чтобы не повредить изоляцию. У нас получилось 3 слоя вторичной обмотки. Получился готовый намотанный каркас простого трансформатора.
Для ускорения сборки берем по две Ш-образные пластины. Вставляем их внутрь каркаса поочередно с двух сторон по две штуки.
Перекрывающие пластины пока не ставим. Они будут установлены позже. Если вставлять все пластины сразу всем пакетом, то между пластинами появляются зазоры и индуктивность всего сердечника падает. После сборки Ш-образных пластин самодельного трансформатора вставляем перекрывающие пластины, также по две штуки.
После сборки сердечника аккуратно обстукиваем его плоскости молотком для выравнивания пластин. При помощи стоек и шпилек будем стягивать сердечник. По правилам на шпильки надеваются бумажные гильзы для снижения потерь в сердечнике.
Концы обмоток зачищаем и лудим. Затем припаиваем к выводным планкам, которые можно прикрепить к каркасу трансформатора. Получился готовый трансформатор своими руками.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.
Отправим материал вам на e-mail
Среди электротехнических устройств, предназначенных для преобразования электрической энергии, трансформаторы − наиболее известный и широко распространённый конструктивный элемент. Силовые модели используются в электрических сетях различного напряжения, а маломощные – в цепях управления и коммутации, а также в слаботочных сетях и для подключения различной электронной аппаратуры. Понижающий трансформатор 220 на 12 Вольт – для чего он нужен, и как устроены различные виды, как подключить и проверить, а также изготовить своими руками, − это тема настоящей статьи сайт.
Внешний вид понижающего трансформатора в классическом восприятии подобного оборудования
Основное предназначение понижающего трансформатора – это преобразование первичного напряжения в 220 Вольт во вторичное в 12 Вольт, которое используется для:
Понижающие трансформаторы классифицируются по нескольким параметрам:
Наиболее заметным отличием, определяющим возможности использования и применения понижающих трансформаторов напряжением 220/12 Вольт, является их конструкция.
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:
К недостаткам можно отнести:
Основой конструкции данного типа служит ферритовый сердечник с выполненной на нём электрической обмоткой, а также транзисторы, диоды и прочие электронные компоненты.
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:
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.
Приведённая схема электронного трансформатора может быть использована для подключения галогеновых ламп и прочих источников света, работающих на напряжении 12 Вольт.
Технические характеристики определяют возможности использования понижающего трансформатора, а также условия его эксплуатации, что выражается в следующих показателях:
При выборе понижающего трансформатора, предназначенного для подключения галогенных или , следует обратить внимание на:
Кроме этого, при выборе преобразователя напряжения необходимо обратить внимание на его вес и габаритные размеры, позволяющие разместить устройство в корпусе светильника (люстры).
С подключением подобного оборудования не должно быть проблем, даже у человека, очень далёкого от электротехники. Причиной тому является маркировка, наносимая на корпусе понижающего трансформатора и указывающая, к каким клеммам следует присоединить провода от сети электроснабжения, а к каким – нагрузку. Фазный провод подключается к клемме «L» или «220», а нулевой – к «N» или «0», что зависит от вида маркировки, выбранного производителем.
Маркировка выводов первичной и вторичной обмотки на понижающем трансформаторе электронного типа, предназначенного для подключения источников света
Для того чтобы проверить исправность и работоспособность понижающего трансформатора, понадобится (тестер) – комбинированный электроизмерительный прибор. Если на трансформаторе отсутствует маркировка, то изначально определяются концы обеих обмоток. Для этого щупы тестера прикладываются к выводным (проводам) проверяемого устройства, при этом мультиметр используется . Когда концы обмоток обозначены, определяется, какая из них первичная, а какая − вторичная. Для этого изучаются значения сопротивлений в обмотках, в первичной оно будет больше, во вторичной – меньше.
При наличии большего количества обмоток работы выполняются аналогично, с той лишь разницей, что появляется необходимость в прозвонке большего количества выводов. Для проверки работоспособности на первичную обмотку подаётся напряжение, а ко вторичной подключается нагрузка в виде источника света соответствующего класса напряжения.
Статья по теме:
В публикации рассмотрим, как устроен прибор, принцип работы, какие существуют разновидности, рекомендации специалистов.
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.
На этом этапе следует:
При изготовлении электронного устройства необходимы навыки работы с 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.
Для определения числа витков N 1 в первичной обмотке необходимо воспользоваться формулой:
N 1 = (40 – 60) / S , где
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:
I 1 = P / U , где
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 для вторичной обмотки.
Количество витков в каждой из обмоток определяется по формуле:
W = U × (V / 10) , где
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:
Кроме этого, можно изготовить намоточный станок, облегчающий изготовление обмоток, в случае варианта, когда обмотки выполняются в виде катушек, размещаемых на сердечнике.
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. |
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 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.
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:
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.
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.
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:
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.
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.
