Описание принципа работы понижающего трансформатора 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).

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 = 2019 – 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.

В частном доме или же в квартире большая часть электрических приборов имеет напряжение питания 220 Вольт, соответственно и электрическая сеть также имеет 220В. Но бывают случаи, когда нужно понизить напряжение до безопасных 12В для подключения светодиодных лент/ламп, галогенных ламп и других устройств, работающих от переменного тока.

Устройство понижающего трансформатора

Трансформатор – статичное электромагнитное устройство для преобразования переменного тока напряжения U1 в переменный ток напряжения U2, той же частоты.

Основными элементами конструкции являются:

  1. Магнитопровод, собранный из тонких листов электротехнической стали;
  2. Обмотки, выполненные медными или алюминиевыми проводами;
  3. Каркас для обмоток;
  4. Изоляция;
  5. Контактные вывода высокого и низкого напряжения (ВН и НН);
  6. Каркас для монтажа.

На сегодняшний день обширно используют понижающие трансформаторы электронного типа, выполненные на основе полупроводников, работу которых дополняет интегральная схема. Они обладают конкретным превосходством в виде небольших размеров, большего КПД, незначительного веса, отсутствия нагрева и шума, способности регулировать ток и защиты от токов короткого замыкания. Однако классические продолжают активно использоваться из-за надежности и простоты конструкции.

Принцип работы понижающего трансформатора

На так называемую первичную обмотку, подается напряжение от внешнего источника. Переменный ток, протекая по ней, создает переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создает во всех обмотках, в том числе и первичной, электродвижущую силу. При подсоединении нагрузки на вторичную обмотку, магнитная индукция создает в витках вторичной обмотки напряжение, а от первичной обмотки будет поступать энергия, отдаваемая в цепь вторичной.

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.

Пример. Допустим, имеется 5 лампочек мощностью по 10Вт и 5 лампочек по 15Вт. Суммарная мощность все сети освещения будет 125Вт, прибавим еще 20% и получим 150Вт. Таким образом, нам необходимо купить понижающий трансформатор 220/12В мощностью не менее 150Вт. Посещаем магазин, находим наиболее близкую мощность более 150 и покупаем.

При его монтаже на улице, потребуется устройство пылевлагозащищенного исполнения (лучше в корпусе из нержавеющей стали). Между тем, при большом расстоянии до светильников необходимо располагать трансформатор на улице. Это связано с падением напряжения на кабеле большей длинны.

Протяженность кабельной линии от источника до ламп обязана быть не более 3-5 метра. В случае если это расстояние увеличить, то в кабеле появятся большие потери (провод начнет греться).

Для количественной оценки падения напряжения в кабеле можно воспользоваться простой формулой:

Где

– суммарная мощность всех потребителей, подключенная к данному проводу, Вт;

– напряжение источника тока, как правило, 12В или 24В;

– длина провода, м;

– площадь сечения провода, мм²;

ρ – значение удельного электрического сопротивление, для меди это примерно 0,018 Ом·мм²/м, для алюминия – 0,0295 Ом·мм²/м;

Для количественной оценки падения мощности на проводах можно воспользоваться следующей формулой:

Если эта мощность получится слишком большой, то, единственное верное решение для уменьшения потерь – это увеличить сечение проводника, иначе останется только гадать, что случится раньше – возгорание проводов или выход из строя светильников.

Но в том случае, когда удаленность потребителей до источника питания небольшое, трансформатор целесообразнее поставить в помещении, в непосредственной близости от источника питания 220 В – например, около щитка или в щите (на сегодняшний день производители изготавливают понижающие трансформаторы с креплением на DIN-рейку).

Понижающие трансформаторы на дин рейку легко устанавливаются в распределительные щиты и при этом в зависимости от модели занимают места всего от 2 до 6 модулей. Первичная обмотка у них электрически отделена от вторичной, что обеспечивает дополнительную защиту для людей. Имеется защита от перегрузок, выполненная на тепловое реле.

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.

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.

Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

Особенности конструкции

Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.

Обозначение на схеме

Принцип действия

Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

Разновидности

Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия.

  • Тороидальные. Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
  • Стержневые. На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
  • Броневые. В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
  • Многообмоточные. Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

  • Трехфазные. Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

  • Однофазные. Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, фаза и ноль поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

Основные свойства

Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

  • Мощность.
  • Напряжение выхода.
  • Частота.
  • Габаритные размеры.
  • Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:

  • Круглая.
  • Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

  • Концентрические, на стержне.
  • Дисковые, намотанные чередованием.
Достоинства и недостатки

Достоинства

  • Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
  • Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
  • Компактные размеры.
  • Малая масса.
  • Удобство транспортировки и монтажа.
  • Отсутствие помех.
  • Плавная регулировка напряжения.
  • Незначительный нагрев.

Недостатки

  • Недолгий срок службы.
  • Незначительная мощность.
  • Высокая цена.

Как выбрать понижающие трансформаторы

Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

  • Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
  • Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
  • Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

  • Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
  • Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
  • Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Похожие темы:
  • Автотрансформаторы (ЛАТР). Типы и особенности. Принцип работы
  • Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Принцип действия и применение
  • Импульсные трансформаторы. Виды и особенности. Обмотки и применение