Повышающие трансформаторные преобразователи напряжения на транзисторах широко используются в нестационарных и полевых условиях для замены сети 220 В 50 Гц для питания сетевой аппаратуры и приборов.
Такие преобразователи должны обеспечивать выходную мощность от единиц до сотен ватт при питании от аккумуляторов или генераторов постоянного тока напряжением от 6 до 24 В.
Обычно в качестве преобразователей напряжения повышенного напряжения используют автогенераторные преобразователи или трансформаторнью преобразователи с внешним возбуждением.
Пример двухтактного трансформаторного автогенератора , преобразующего постоянное напряжение 12 Б в переменное 220 В, показан на рис. 10.1. Преобразователь работает на повышенной частоте преобразования - 500 Гц (под нагрузкой) и 700 Гц на холостом ходу. КПД преобразователя около 75%. Такой преобразователь можно использовать, преимущественно, для питания активной нагрузки, например, паяльника, осветительной лампы. Его выходная мощность - до 40 Вт.
Резистор R1 является ограничителем базового тока. Цепь R2, С1 создает запускающий импульс тока в момент включения питания генератора. Дроссель L1 ДПМ-0,4 снижает вероятность самовозбуждения преобразователя на повышенной частоте (более 10 кГц).
Для трансформатора Т1 использован магнитопровод трансформатора кадровой развертки (ТВК). Все его обмотки перемотаны. Обмотки I и II содержат по 30 витков провода ПЭВ 0,6…0,8. Обмотка III содержит 20 витков провода ПЭВ 0,16…0,2; обмотка IV - 1000 витков такого же провода. Намотка обмоток I и II ведется одновременно в два провода виток к витку. Обмотка III
Рис. 10.1. Схема преобразователя напряжения средней мощности
Рис. 10.2. Схема мощного преобразователя напряжения
наматывается также виток к витку. Обмотка IV - внавал равномерно по каркасу.
Повышающий трансформаторный преобразователь напряжения аккумулятора (рис. 10.2) позволяет получить на выходе напряжение 220 В 50 Гц, потребляя при напряжении 12 В ток 5A[^ 0.2].
В основе устройства - задающий генератор прямоугольных импульсов, выполненный по схеме мультивибратора, типовая схема которого была приведена ранее на рис. 1.1. Рабочая частота этого генератора должна быть 50 Гц. Поскольку выходная мощность задающего генератора невелика, к выходам мультивибратора подключены двухкаскаднью усилители мощности, позволяющие получить усиление по мощности до 1000 раз.
На выходе усилителя включен повышающий низкочастотный трансформатор Т1. Диоды VD1 и VD2 защищают выходнью транзисторы преобразователя при их работе на индуктивную нагрузку.
В качестве трансформатора Т1 можно использовать унифи-цированнью трансформаторы типа ТАН или Г/7/7. Транзисторы VT1 и VT4 допустимо заменить на КТ819ГМ (с радиаторами); VT2 и VT3 - КТ814, КТ816, КТ837; диоды VD1 и VD2 - Д226.
Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в переменное 220 В (рис. 10.3) может обеспечить выходную мощность 100 Бт . Максимальная выходная мощность преобразователя - 100 Вт, КПД -до 50%.
Рис. 10.4. Схема простого преобразователя напряжения
Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах VT2 и VT3 {КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах VT1 и VT4 {КТ825). Эти транзисторы установлены без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 Л.
В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника - около 10 cм^). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8 Б/10 Л каждая.
Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R3 и R4.
Преобразователь напряжения повышенной мощности работает от аккумуляторной батареи (рис. 10.5) и позволяет получить на выходе переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц . Мощность нагрузки может достигать 200 Вт.
Трансформатор Т1 намотан на ленточном магнитопроводе ШЛ12х20. Первичная обмотка содержит 500 витков ПЭВ-2 0,21, отвод от середины. Обмотки управления имеют по 30 витков того же провода диаметром 0,4 мм.
Трансформатор Т2 - также на ленточном магнитопроводе ШЛ32х38. Первичная обмотка содержит 96 витков провода ПЭВ-2 2,5, отвод от середины. Вторичная обмотка имеет 920 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм.
Выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах площадью по 200 cм^. Сильноточные токовводы должны иметь сечение не менее 4 мм^.
Работа преобразователя проверялась от аккумулятора 6СТ60.
Для питания электробритвы от автомобильной бортовой сети с постоянным напряжением 12 В предназначено следующее устройство (рис. 10.6) . Оно потребляет под нагрузкой ток около 2,5 у4.
В преобразователе задающий генератор на триггере DD1.1 вырабатывает частоту 100 Гц. Потом делитель частоты на триггере DDI.2 уменьшает ее в 2 раза, а предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2 раскачивает усилитель мощности на транзисторах VT3, VT4, нагруженный на трансформатор Т1. Задающий генератор обладает стабильностью частоты не хуже 5% при изменении питающего напряжения от 6 до 15 S. Делитель частоты одновременно играет роль симметрирующей ступени, позволяя улучшить форму выходного напряжения преобразователя. Микросхема DDI К561ТМ2 {564ТМ2) и транзисторы предварительного усилителя питаются через фильтр R9, СЗ и С4. Вторичная обмотка трансформатора Т1 с конденсатором С5 и нагрузкой образуют колебательный контур с резонансной частотой около 50 Гц.
Рис. 10.5. Схема преобразователя напряжения повышенной мощности
Рис. 10.6. Схема преобразователя напряжения для питания электробритвы
Трансформатор Т1 можно изготовить на основе любого сетевого трансформатора мощностью 30…50 Вт. Все ранее существовавшие вторичнью обмотки с трансформатора удаляют (сетевая будет служить новой вторичной обмоткой), а вместо них наматывают проводом ПЭЛ или ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм две полуобмотки, каждая с числом витков, соответствующим коэффициенту трансформации около 20 по отношению к оставленной обмотке на 220 В. Если число витков вьюоковольтной обмотки неизвестно, количество витков низковольтной обмотки определяют экспериментально, подбором числа витков до получения на выходе преобразователя напряжения 220 В.
Емкость конденсатора С5 подбирают из условия получения максимального выходного напряжения при подключенной нагрузке.
Схема преобразователя (рис. 10.6) была упрощена В. Ка-равкиным . Усовершенствования коснулись только задающего генератора, схема которого показана на рис. 10.7. Этот генератор работает на частоте 50 Гц.
Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в переменное 220 В (рис. 10.8) при подключении к автомобильному аккумулятору емкостью 44 А-ч может питать 100-ваттную нагрузку в течение 2…3 часов . Задающий генератор на симметричном мультивибраторе (VT1 и VT2) нагружен на мощные парафазные ключи (VT3 - VT8), коммутирующие ток в первичной обмотке
Рис. 10.7. Вариант схемы задающего генератора для преобразователя напряжения
Рис. 10.8. Схема преобразователя напряжения на 100 Вт
повышающего трансформатора Т1. Мощные транзисторы VT5 и VT8 защищены от перенапряжений при работе без нагрузки диодами VD3 и VD4.
Трансформатор выполнен на магнитопроводе ШЗбхЗб, низковольтные обмотки Г и I" имеют по 28 витков провода ПЭЛ диаметром 2,1 мм, а повышающая обмотка II - 600 витков ПЭЛ диаметром 0,6 мм, причем сначала наматывают W2, а поверх нее двойным проводом (с целью достижения симметрии полуобмоток) W1. При налаживании с помощью резистора R5 добиваются минимальных искажений формы выходного напряжения.
Схема преобразователя напряжения на 300 Вт показана на рис. 10.9 . Задающий генератор преобразователя собран на однопереходном транзисторе VT1, резисторах R1 - R3 и конденсаторе С2. Частоту генерируемых им импульсов, равную 100 Гц, D-триггер на микросхеме DDI К561ТМ2 делит на 2. При этом на выходах триггера формируются парафазные импульсы, следующие с частотой 50 Гц. Они через буферные элементы - инверторы /СМО/7-микросхемы К561ЛН2 управляют ключевыми транзисторами (блок 1), включенными по схеме двухтактного усилителя мощности. Нагрузкой этого каскада служит трансформатор Т1, повышающий импульсное напряжение до 220 В.
Рис. 10.9. Схема преобразователя напряжения на 300 Вт
Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ПЛ25х100х20. Обмотки I и II содержат по 11 витков из алюминиевой шины сечением 3×2 мм, обмотка III выполнена проводом ПБД диаметром 1,2 мм и имеет 704 витка.
Приступая к налаживанию устройства плюсовой проводник источника питания отключают от точки соединения обмоток I и II трансформатора Т1 и, пользуясь осциллографом, проверяют частоту и амплитуду импульсов на базах транзисторов. Амплитуда импульсов должна быть около 2 S, а их частоту следования, равную 50 Гц, устанавливают резистором R1.
Каждый из выходных транзисторов установлен на теплоотводе с площадью около 200 см^. Резисторы в коллекторных цепях транзисторов изготовлены из нихромового провода диаметром 1,2 мм (10 витков на оправке диаметром 4 мм). Если их включить в эмиттерные цепи транзисторов, то транзисторы каждого плеча можно будет установить на общий теплоотвод.
Нагрузку к преобразователю допускается подключать только после того, как на схему будет подано питание.
Все рассмотренные ранее повышающие преобразователи имели нерегулируемое и нестабилизированное выходное напряжение.
На рис. 10.10 показан простой повышающий преобразователь , к достоинствам которого можно отнести:
Стабилизированное выходное напряжение;
Возможность регулировки величины выходного напряжения в значительных пределах;
Применение широко распространенных элементов;
Использование в качестве Т1 типового трансформатора ТН-46-127/220-50 без каких-либо переделок.
Рис. 10.10. Схема повышающего преобразователя 9…12,6 В/220 В, 18 Вт с регулируемым стабилизированным выходным напряжением переменного тока
Преобразователь выполнен на транзисторах VT4 и VT5 по классической схеме Ройера. Его питание осуществляется от регулируемого стабилизатора напряжения на транзисторах VT1 - VT3. Следует иметь в виду, что транзисторы VT3 - VT5 обяз^-тельнб должны быть установлены на теплоотводящих пластинах. Составной стабилитрон VD1 - VD2 {КС147А и КС133А) можно заменить на КС182. Максимальный ток нагрузки - до 100 мА.
Небольшие перепады напряжения в электросети в нашей стране считаются нормой. Однако на самом деле этот параметр не всегда находится в допустимых пределах. Перегрузки нередко становятся причиной критически низкого или высокого напряжения, при котором современная бытовая техника не способна нормально функционировать. При отклонениях параметра сети на 10% электрооборудованию ничего не грозит, но на тех или иных участках электросети иногда наблюдается напряжение в интервале от 110 до 300 В, которое так часто и приводит к поломке дорогостоящей техники.
Для нормализации напряжения в сети с целью защитить быттехнику от сильных перепадов и последующего выхода ее из строя и применяются бытовые трансформаторы. Поэтому если в вашем доме постоянно наблюдаются скачки напряжения, вам стоит задуматься о том, чтобы купить бытовой трансформатор напряжения. Существуют , повышающие трансформаторы, а также универсальные - стабилизаторы напряжения. В быту чаще всего используются последние. Принцип их работы заключается в преобразовании переменного тока одного напряжения в переменный ток другого, что напрямую связано с уровнем напряжения на выходе. Таким образом, стабилизатор, подключенный к сети, может принимать на входе напряжение, сильно отличающееся от нормы, а выдавать идеальное для потребителей, равное 220 вольтам.
В случае критических скачков, справиться с которыми бытовой трансформатор напряжения не в состоянии, он в автоматическом режиме прекращает подачу электроэнергии, то есть попросту отключается. То же самое происходит в случае выхода из строя отдельных его элементов, в частности силового блока. Поэтому использование стабилизаторов напряжения в домашних условиях или на даче полностью оправдано с точки зрения безопасности и экономичности.
Выбирать стабилизатор следует учитывая такие его эксплуатационные характеристики, как:
- мощность модели;
- диапазон входящего напряжения;
- скорость и точность стабилизации;
- дополнительные возможности;
- масса и габариты.
От всего этого напрямую зависят способности трансформатора поддерживать напряжение в пределах допустимых норм, его долговечность, а также удобство использования и, конечно же, его цена.
В быту трансформаторы используются не только для стабилизации напряжения в электросети. В качестве сварочного аппарата также нередко эксплуатируются агрегаты, по своему принципу работы являющиеся классическими повышающими трансформаторами. Так бытовые сварочные трансформаторы являются наиболее распространенными аппаратами, применяемыми для электродуговой ручной сварки. Благодаря их невысокой цене и относительно простой конструкции по сравнению с моделями других типов, они обрели широкую популярность не только среди обычных дачников, но и среди профессионалов. Из недостатков бытовых сварочных трансформаторов наиболее существенными можно назвать большую массу и габариты, а также необходимость наличия определенных навыков для работы с ним.
Каждая область техники имеет свои знаковые устройства, глядя на которые однозначно понимаешь что, куда, откуда. Парус - это море, яхты, корабли. Пропеллер - авиация, самолеты, колесо - велосипед, автомобиль и т.д. И не всегда мы задумываемся над тем, что когда-то эти ныне простые и такие понятные устройства были очередным, иногда трудным, шагом в становлении целой отрасли техники или машиностроения.
Такая история и у хорошо известного представителя электротехники - трансформатора. В далеком уже 1831 году Фарадей вошел в историю открытием электромагнитной индукции - основного Только через 45 лет русскому ученому П. Н. Яблочкову был выдан патент на изобретение трансформатора. Две обмотки, расположенные на незамкнутом сердечнике, подтвердили возможность трансформировать, т.е. преобразовывать, изменять токи и напряжения. Самым первым был изготовлен повышающий трансформатор. Современные трансформаторы имеют размеры от сооружений в несколько этажей до крохотных изделий меньше 1 см, а их производство - это ведущая отрасль электротехнической промышленности.
В технике применяется огромное число трансформаторов различного назначения и каждый из них имеет свое специфичное название. Например, широкое применение в электролабораториях имеет повышающий который при выходном напряжении в несколько киловольт имеет напряжение питания 220 В.
Итак, трансформатор - что же это такое? Классическое определение звучит так: трансформатор - это электрическая машина, преобразующая ток входного источника питания в ток вторичной обмотки с другим напряжением. Трансформатор работает с напряжением переменного тока, т.к. эффект индукции проявляется только при изменении Передача (трансформация) энергии проходит через преобразование электрической энергии в обмотках сначала в магнитное поле, и далее - переход обратно в электрическую энергию тока, но уже во вторичной обмотке. Если вторичная обмотка по числу витков превышает первичную, то имеем повышающий трансформатор, а если подключить обмотки наоборот, то и трансформатор будет «наоборот» - понижающий.
Допустим, что необходимо в гараже, имеющем электрическую сеть 36В, подключить электропотребитель, например, блок зарядки аккамулятора с питанием 220В - типичный случай для того, чтоб применить повышающий трансформатор. Решение такой практической задачи рассмотрим пошагово.
1. Мощность зарядного устройства возьмем из паспорта - скорее всего это будет что-то около 100 Вт. Понимая, что всегда нужно иметь запас на будущее и с учетом КПД будущего трансформатора примерно 0,9, принимаем мощность первичной обмотки 150 Вт.
2. Выбираем магнитопровод. Легче всего достать О-образный магнитный сердечник (от старого телевизора). Для нас подойдет любой, у которого сечение не меньше, чем следует из соотношения: Р1= S*S/1,44 , где Р1 и S - мощность трансформатора в Ваттах и поперечное сечение сердечника в см кв. Расчет дает значение S=10,2 см2.
3. Следующий шаг самый важный при «строительстве» трансформатора - определяется количество витков на 1В: N= 50/S = 50/10,2 = 4,9 витков/В. Теперь совсем легко рассчитать количество витков(или, как говорят, «намоточные данные»), первичной и вторичной обмоток: W1=36*N=176 витков и W2=220*5= 1078 витков.
4. Определим токи обмоток. Исходим из того, что мощность каждой из обмоток примерно В таком случае, рабочие токи обмоток: J1 = 150/36=4,2А и J2 = 150/220=0,7А.
5. Теперь есть все данные для определения диаметров проводов обмоток. Так и сделаем: для первичной обмотки d1=0,8*√J1=0,8*2,05=1,64мм кв. ;
аналогично для вторичной обмотки d2=0,8*√J2 = 0,8*0,84=0,67 мм кв.
Для намотки обмоток выбираем диаметры, ближайшие из стандартных.
Все! Расчет окончен, но можно ли изготовить повышающий трансформатор своими руками? Как говорится - нет ничего проще, если сильно нужно. Реальная потребность - это основная движущая самоделкинами сила, так что дальше ручками, ручками.
6. Изготавливают два каркаса по выбранному магнитопроводу.
7. На каркасы плотной укладкой наматывают по половине первичной обмотки и изолируют ее стекло- или лакотканью.
9. Сборка магнитопровода, стяжка его частей хомутом - проблема не очень сложная. При сборке магнитопровода желательно его половинки склеить любым составом с применением ферропорошка - это позволит исключить «гудение» устройства при работе.
Вот и все! Наша самоделка, стоит думать, будет работать долго и в радость. А кто бы сомневался!
Часто в деревнях и на дачах говорят о плохом напряжении в электросети. Это связанно не только с их плохим техническим состоянием, но и с покупкой разнообразной бытовой техникой, которой требуется электричество, которого часто не хватает.
В то же время местные электросети не спешат менять оборудование на современное, а значит, на более совершенное которое с достоинством выдержит повышенные нагрузки.
Участник дачного форума "Дом и Дача" Terristor как-то столкнулся с проблемой – стиральная машина перестала работать. То есть барабан с трудом крутился, да и насос не мог поднять воду из скважины.
На 1-ом Рисунке обычная работа понижающего трансформатора.
На 2-ом уже переделанный трансформатор готовый к работе на повышение напряжения.
Он замерил напряжение, и прибор показал всего 180 вольт, а этого напряжения не хватает для работы многих бытовых электроприборов.
Но нет, худа без добра. Как-то раз он читал журнал «Радио» и на глаза ему попалась статья о том, как при помощи обычного понижающего трансформатора сделать повышающий.
А фокус состоял в том, что если взять , который из 220 вольт делает 40, поковыряться в нём, то после небольших изменений можно получить на выходе не понижение, а повышения напряжения на 40 вольт от напряжения в сети.
Случайно у Terristor был такой трансформатор. И обладая небольшими познаниями в радиотехнике, он через 15 минут его переделал и сделал пробный пуск.
Перед испытанием напряжение было 192 вольта, а после, как и намечалось, напряжение увеличилось на 40 вольт. Это оказалось отличным решением в сложившейся ситуации и несмотря на нехватку напряжения электроприборы работали безотказно.
Выводы
Плюсы этой систем:
Простота при сборке. Например, при мощности вторичной обмотки трансформатора 100 вольт, можно не опасаясь подключить насос мощностью 500 Вт.
Реальная дешевизна прибора.
Минусы этой системы:
Напряжение, выдаваемое прибором, автоматически не регулируется и если вдруг напряжение в сети стабилизировалось, и стало 220 вольт то на выходе у вас будет 260 вольт, многовато, но не опасно, если вовремя заметить.
Сам Terristor всю зиму пользовался этим трансформатором. За это время он ни разу не проверял напряжение и ни один электроприбор не испортился.
На случай если напряжение в вашем районе часто меняется можно использовать специальную розетку которая отключает электроприборы которые к ней подключаются если напряжение повысилось сверх нормы.
Формулы для расчётов
Нужен трансформатор с первичной обмоткой на 220 вольт. Вторичная обмотка - на необходимое «недостающее напряжение». На вторичной обмотке максимальный ток даже у маломощных понижающих трансформаторов достаточен.
Расчёт можно сделать по нескольким формулам.
По рис. 1 можно вычислить ток вторичной обмотки где Iн – номинальный ток нагрузки А; Pн – номинальная мощность нагрузки (по паспорту трансформатора) Вт; Uн - номинальное напряжение питания нагрузки.
Зная, какое напряжение нужно добавить, определяется требуемая мощность трансформатора по рис. 2 где P – мощность трансформатора в Вт., I2 – номинальный ток вторичной обмотки А, U2 - напряжение вторичной обмотки, В. Затем нужно взять трансформатор с подходящими данными – по мощности и выходному напряжению.
В последней формуле можно видеть, что напряжение на нагрузке можно как увеличить, так и уменьшить. Чтобы правильно фазировать трансформатор, достаточно поменять местами выводы одной из обмоток.
Трансформатор лучше установить в коридоре или в подвале, потому что установка шумит, а уже оттуда сделать проводку до нужных электроприборов.
Размещено участником форума «Дом и Дача» Terristor
Редактор: Адамов Роман
