Что и зачем повышает трансформатор? И за чей счёт?
Мы уже рассматривали, что такое трансформатор, теперь давайте немного подробнее рассмотрим, что такое повышающий трансформатор и для чего он используется. Начнём с простого примера, который поможет понять, зачем нужны повышающие трансформаторы.
Возьмите фонарик и убедитесь, что батарейки не сели, и лампочка ярко горит. А теперь выкрутите голову фонарика, и запитайте лампочку через кабель длиной метров 50-т. Сделайте это сами, если не поверите нам, что лампочка не загорится. Происходит это по причине слишком больших потерь в линии для этого напряжения. Отметим слово «напряжение».
Примерно то же самое произойдёт в обычной линии между двумя городами, если в линии будет 220В. Если в такой электропроводке отсутствует трансформатор, повышающий напряжение, до второго города электричество не доберётся, оно всё уйдёт на потери. По причине этих потерь энергетики и используют схему, при которой после генерации электричества, значительно повышается напряжение в точке генерации, электричество по линиям высоких напряжений передаётся потребителю, где потом понижается до нужного значения и раздаётся потребителям.
Итак, очень грубыми мазками схема в этом случае выглядит так:
Для наглядности можно привести вот такую картинку:
Почему именно энергетика? Дело в том, что это основная сфера применения повышающих трансформаторов, если говорить об удельном вкладе трансформаторов в трансформацию электроэнергии. То есть именно в этой сфере они наиболее востребованы, и без них невозможно представить современные энергосистемы.
Для того чтобы понять, каким образом напряжение из 110В повышается до 220В, или меняются токи, нужно вспомнить о том, что закон сохранения энергии никто не отменял и никакого «дармового» электричества трансформатор не вырабатывает. Кстати, именно на манипулировании законами физики строится , стоит их воткнуть в розетку.
Как раз наоборот, повышающий трансформатор отлично иллюстрирует закон сохранения энергии. Почему? Да потому, что если рассмотреть трансформатор как замкнутую систему, то мы получим:
(Отношение U2 к U1 даёт параметр k, называемый коэффициентом трансформации.)
Так вот, если в этой системе количество витков будет одинаковым, то мы получим на выходе то же самое напряжение, минус потери в самом трансформаторе. Это первая иллюстрация. Вторая заключается в том, что если количество витков будет различаться, то мы получим на выходе напряжение выше или ниже, но при этом в замкнутой системе «трансформатор» мощность останется одинаковой на входе и выходе (минус потери в самом трансформаторе).
На заметку . Это стоит ещё раз обдумать. Некоторые эффекты в электротехнике кажутся неспециалистам чудом, но все эти эффекты всегда точно соответствуют закону сохранения энергии. Поэтому прежде чем думать, как выбрать и куда установить прибор, «который точно сэкономит много денег», вспомните про этот пример.
Таким образом, повышающий трансформатор работает в строгом соответствии с законами сохранения энергии и электромагнитной индукции в сетях переменного тока, изменяя напряжение и токи, но не изменяя мощность.
А можно ли заменить трансформатор?
Виды, типы и сферы применения трансформатора повышающего напряжения найти в сети не просто, а очень просто. Пробежимся, чтобы не искать:
Маркировка повышающих трансформаторов (точнее всех трансформаторов) выглядит так:
Все эти приборы хорошо описаны, распространены и имеют самые разные сферы применения: от крупной энергетики, до очень небольших бытовых приборов.
На самом деле, большинство трансформаторов, повышающих напряжение, заменить другими приборами просто невозможно, но, тем не менее, как сказал классик – «Незаменимых людей нет» (с).
Изменить в электросети напряжение или токи можно и другими способами, причём потери окажутся сравнимыми, а в ряде случаев даже ниже. Один из примеров это так называемая Т-образная схема трансформации:
Может показаться, что это, собственно говоря, и есть схема трансформатора, повышающего или понижающего. Но на самом деле разница вот в чём:
Это как раз схема трансформатора, из которой прекрасно видно, что обмотки между собой никак не связаны, и ток во вторичной обмотке индуцируется без участия проводов, если можно так выразиться. А вот в Т-образной схеме замещения трансформатора хорошо видно, что разрыва проводов нет.
При этом, мы так же, как в повышающем трансформаторе получим различные напряжения U1 и U2. Такие способы применяются там, где использовать обычный трансформатор, повышающий напряжение не представляется возможным. Так что, трансформатор можно собрать своими руками и подключить там, где надо, если есть такая необходимость.
На правах заключения несколько слов о судьбе трансформаторов
Не думайте, что мы решили удариться в фантастику, мы люди практичные и реалисты. Но, тем не менее, сегодня в плане генерации дело обстоит таким образом, что вполне возможно, трансформаторы через десяток лет не будут иметь такого широкого применения. Пример чуть выше, это только один из вариантов, но главное не в этом.
Конечно, они будут служить ещё десятки лет, но в главной сфере использования - энергетике, повышающий трансформатор нужен только как вторичный, вспомогательный прибор. И нужен он только для передачи электроэнергии на большие расстояния. Однако уже сегодня видно, что за последние 30-ть лет фокус этого применения всё больше смещается в сторону крупных предприятий. Если 30-ть лет назад частный дом, не подключенный к электросети, был экзотикой, то сегодня есть уже целые посёлки, которые никак не используют сети общего назначения. Более того, эти посёлки сами являются генерацией, подпитывая энергосистемы излишками энергии.
Это прогресс и процесс, который им однажды запущен, обязательно придёт к логическому завершению. Лампа накаливания, пожалуй, один из первых приборов, получивший широкое распространение, и ещё 50-ть лет назад многим казался вечным атрибутом системы освещения. Но процесс идёт и уже через десяток лет это будет анахронизм. Не считайте это лирическим отступлением, это относится поголовно ко всем электроприборам. Именно по этой причине мы так насторожено относимся к новинкам, часть из которых откровенное надувательство, а часть тупиковые ветви эволюции, как, например .
Одна из задач, которую пытается решать наш коллектив авторов, это как раз попытаться спрогнозировать, оценить на уровне инстинкта, если угодно, какие из новинок займут достойное место в наших домашних электросетях, а какие останутся дорогими игрушками и бесполезной тратой денег. Мы, конечно, можем ошибаться, но будем стараться аргументировать своё понимание этих вопросов, особенно в краткосрочных перспективах.
Низкое напряжение в сети является серьезной проблемой, которая может повлечь за собой сгорание всей бытовой техники в доме. Если вы увидели что напряжение сети меньше чем 220вольт, то необходимо сразу же удалить эту неприятность. С недостаточным напряжением часто сталкиваются жильцы собственного дома, но в квартирах также бывает такое. В чем же заключается причина?
Пониженное или слабое появление нагрузки электросети для частного дома это не редкость. Так же очень часто не хватает мощности для дачи. Этот факт доставляет много неудобств, не говоря о том, что человек не может воспользоваться помощью стиральной машины. Что делать в такой ситуации, куда позвонить, пожаловаться, а самое главное как самостоятельно проверить качество электросети? Недостаточное напряжение в сети является крайне неприятной ситуацией, но с ней сталкиваются практически все. Если освещение плохое и лампочка обозначает только свое присутствие, то это далеко не большая проблема. Хуже будет, когда стирка не возможна, кипячение воды нереально, никак не приготовить еду на электрической печке или работа холодильника проходит с перебоями. Такое часто случается при напряжении в сети меньше чем 180 вольт. Если все работает при таком напряжении, то это не очень хорошо влияет на приборы и процесс работы проходит более длительное время.
Выделим несколько основных причин низкого напряжения:
Это были перечислены самые распространенные причины. Если вы поняли что причина низкого напряжения в вашем доме такая как в 1м, 2м или 6м пункте, то исправление причины можно выполнить самостоятельно. Если вам подходят остальные 3 причины или одна из них, то вам стоит обратиться в обслуживающие станции.
Первое что необходимо выяснить – это кто виноват в низком напряжении. В многоэтажных домах это сделать очень легко, а именно пройтись к соседям и узнать, нет ли у них такой проблемы. В собственных домах необходимо опрашивать тех людей, которые питаются электроэнергией от той линии, что и вы. А именно просмотрим на линию электропередач, запоминаем, от каких линий подходит электричество к вашему дому, от этих проводов будет подходить линия и к тем, кто запитан на вашей линии.
Можно также отключить от сети все приборы и измерить напряжение. Если напряжение нормальное, а после включения пару приборов падает, то причина низкого напряжения в доме.
Если после включение напряжение падает, то причины могут быть такие:
При маленьком сечение тепло равномерно распространяется по всей длине проводки. А вот если контакты плохие, то это повлечет за собой очень неприятные последствия. Место, где контакты плохие будет очень нагреваться и может перегореть проводка, а может возникнуть и пожар.
Если проблема с низким напряжением связана с энергопоставляющей компанией, то кажется, решение этой проблемы будет очень легко и стоит только написать заявление.
Отвечает за электрические падения или, наоборот, за высокое напряжение электросетевая компания. Именно в электросетевую или энергосбытовую компанию вам придется писать заявления, образец которых вы сможете найти на сайте, о факте падения напряжения. Пишется такое письмо не долго и как правило отвечает компания достаточно быстро, претензия рассматривается и определяется вольтаж уже на месте при помощи электриков, они определяют где напряжение просаживается, а так же осматривают нехватающие участки.
Изначально специалисты отключают свет, определяют, где находится просадка и принимают решение, что необходимо сделать в данной ситуации, кому поднять малое напряжение или снизить повышенное. Подключение, которое делается с помощью сварки, не всегда создается ситуация, которая оплачивается заявщиком, почему специалисты не всегда с охотой берутся за то чтобы повысить показатель.
Если вы написали заявление в компанию о недостаточном напряжении в сети и компания никак не реагирует и не проводит замену трансформатора на более мощный, а так же не меняет магистраль проводов на более мощное сечение, то вам придется устранять эту проблему самостоятельно. Поставщики электричества устраняя недостаточное напряжение сети сталкиваются с очень большими затратами и идут на это неохотно.
Увеличить или понизить напряжение можно и самостоятельно. Повышающий фактор всегда могут сыграть дополнительные установки, но при подключении на повышение придется приобрести немало документов, поэтому не многие решаются усилить подачу самостоятельно, это касается и той ситуации, когда напряженка высокая и ее нужно понизить. Иногда, лучший вариант – это жалоба и напряг специалистов.
Одним вариантом решения проблемы с недостаточным напряжением является подвод к дому трех фаз, но для этого вам необходимо получить разрешение в энергосбыте. Если вы получили такое разрешение, то на вводе в дом ставим переключатель фаз и при нужде используем не загруженную.
Еще несколько вариантов решения проблемы с недостаточным напряжением в сети, а именно:
Преобразователь с накопителем дает возможность получать нормальное напряжение сети в случае отключения электричества. Работает он по принципу бесперебойника для компьютера, но при этом имеет мощность от 3 до10 кВт. Также он может быть подключен к дизельному генератору, который начинает работать после отключения электроэнергии.
Есть еще один способ получать достаточное напряжение сети – это использование понижающего трансформатора. Такой трансформатор понижает напряжение в пределы 12 – 36В.
Он имеет такие возможности выдерживать такое напряжение:
Понижающая обмотка в квартире подключается к сети, и получаем плюс 12 – 36 вольт в зависимости от трансформатора. Для того чтобы избежать перенапряжения сети, которое может причинить множество вреда вашим бытовым приборам, оптимальным вариантом будет трансформатор на 24В, а еще лучше будет установить реле на входе после трансформатора.
Падение напряжения в первичной сети 220 вольт является иногда очень серьезной проблемой в сельской местности, да и не только. Холодильник не запускается, плитка не греет, утюгом не погладишь, паяльником не припаяешь, да мало ли… . Если падение напряжения для нагревательных приборов, имеющих для сети активное сопротивление, явление не летальное, то для аппаратуры, в которой установлены двигатели, в частности – холодильники, оно может стать последним в их жизни.
Начнем с простого, с нагревательной аппаратуры. Так как форма напряжения для нагревателей, не имеет ни какого значения, то поднять действующее (среднеквадратичное или эффективное) значение напряжения питания для них нет ни какой проблемы. Смотрим схемку.
Эта приставка напряжение сети (фиг.1) сперва выпрямляет (фиг.2), а потом за счет энергии, запасенной в конденсаторах, увеличивает эффективное напряжение, см. фигуру 3.
Выпрямительный мост можно использовать, как готовый, так и спаять из отдельных диодов. В сельской местности линии электропередачи воздушные и высоковольтные импульсные всплески напряжения не редкость, так что, выбирая элементы выпрямителя, обратите внимание на максимальное рабочее напряжение диодов. Чем выше, тем лучше, в разумных пределах конечно. Рабочий ток диодов должен превышать ток нагрузки раза в 2 в 3. Емкость конденсаторов вам придется подобрать самим. Она зависит и от величины провала напряжения сети и от мощности вашего нагревателя. С этой приставкой будьте осторожны, если напряжение сети восстановится до нормы, то на ее выходе напряжение будет выше рабочего напряжения нагрузки. Величина превышающего напряжения зависит от величины емкости подключенных в данный момент конденсаторов. Отсюда и необходимый запас по току диодов. У меня такая приставка имеется для большого паяльника 100Вт в виде топора, для его быстрого разогрева.
Теперь про, например холодильник. Этому товарищу необходим переменный синус. Конечно, можно купить и автотрансформатор и стабилизатор. Но можно обойтись и простым трансформатором, так называемым трансформатором вольтдобавки . Смотрим схемку.
Из схемы видно, что последовательно с верхним проводом сети 220 вольт включена дополнительная обмотка трансформатора. Если ее включить синфазно с сетью, то напряжения будут складываться (когда надо поднять напряжение), Если ее включить противофазно, то напряжение сети и напряжение на вторичной обмотке трансформатора будут вычитаться, это тот случай, когда напряжение надо уменьшить.
Теперь давайте немного посчитаем, хотя бы примерно. Допустим провал напряжения у вас тридцать вольт. Необходимый ток нагрузки равен пяти амперам. Отсюда следует, что нам необходима мощность 150Вт. С такое мощностью гарантированно справится трансформатор от старого лампового телевизора. Например, ТС-180
.
Трансформатор ТС-180, ТС-180-2, ТС180-2В параметры скачать
Так, скачали данные, нашли ТС-180, Складываем все витки первичных обмоток, 375+58+375+58=866 витков. Находим число витков на один вольт 866/220 = примерно, 4 витка на вольт. Для получения необходимых нам 30В умножаем 30 на 4 = 120витков. По 60 витков на катушку (у ТС-180 их две). Диаметр провода для пяти ампер равен 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7∙2,236 ≈ 1,56 мм. Небольшие пояснения. Я всегда после разборки заводских трансформаторов увеличиваю число витков первичной обмотки, в первую очередь это связано с тем, что обратно собрать сердечник, как это делают в условиях производства, не удастся. Поэтому увеличение тока холостого хода (возможно в несколько раз из-за отсутствия ферронаполнителя в зазоре, т.к. сердечник разрезной) гарантировано. Да и броневой сердечник полностью не собрать, пластина 1,2,3, все равно останутся.
Вы, наверное, уже заметили, что через такой трансформатор можно питать двигатель мощностью один киловатт. В схеме нет тумблера для подключения нашего трансформатора. Он может коммутировать, как первичную обмотку трансформатора, но здесь будут потери из-за постоянно включенной в сеть вторичной обмотки, так переключать саму вторичную обмотку, но здесь будут потери из-за постоянно включенной первичной обмотки. Пока пишу этот текст, пришла в голову идея. Сейчас допишу и нарисую схему. Так вот, для коммутации трансформатора потребуется два переключателя или один с несколькими направлениями. Все теперь об идее, схему нарисовал. Смотрим схему.
И так, переключатель в нижнем положении, трансформатор добавляет напряжение. Переключатель в верхнем положении, первичная обмотка замкнута накоротко, значит и во вторичной обмотке короткое замыкание, а это ничто иное, что трансформатор исчез, осталось только активное сопротивление вторичной обмотки.
Тааа…к, родилась еще одна схема. Сейчас нарисую. Что же я раньше до этого не додумался, хотя в Сети, может быть, уже давно кто-то это нарисовал. Смотрим.
Если переключатели оба внизу или оба вверху, то трансформатора в цепи нет, в первичной обмотке режим КЗ, оставшееся активное сопротивление менее Ома. Теперь левый вверх, правый вниз – трансформатор, например, добавляет напряжение, а правый вверх левый вниз – убавляет. Ну, вот и все, может, кому это и пригодится. Успехов. К.В.Ю. Да, еще чуть, чуть. А если вместо переключателей применить Н-мост из полевых транзисторов
, да еще микроконтроллер, следящий за уровнем сетевого напряжения, то можно, наверное, сделать стабилизатор переменного напряжения релейного типа с маленьким (относительно) трансформатором на большую (относительно) мощность. Кто бы только все это сделал. По крайней мере есть над чем подумать.
Скачать статью
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
