Преобразователь напряжения повышающий без трансформатора. Бестрансформаторное электропитание.Конденсатор вместо резистора Входное сопротивление идеального трансформатора

Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в Сети, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.

Наиболее важные параметры силовых трансформаторов
Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:

На какие выводы подавать сетевое питание (230 вольт)?

С каких выводов снимать пониженное напряжение?

Каким оно будет (12 вольт, 24 или другим)?

Какую мощность сможет выдать трансформатор?

Как не запутаться, если обмоток, а соответственно, и попарных выводов – несколько?

Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора.
Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:

• мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
• паяльник;
• изолента или термоусадочная трубка;
• сетевая вилка с проводом;
• пара обычных проводов;
• лампа накаливания;
• штангенциркуль;
• калькулятор.

Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.
Определение первичной и вторичной обмоток
Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.
Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.


Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.
Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.


Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.
В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.
Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.
Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.
Определение напряжения вторичной обмотки
Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.


Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.
Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.
Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.
Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.


Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.


Простые способы вычисления мощности силового трансформатора
С мощностью понижающего трансформатора дела обстоят немного сложнее, но некоторые простые методики, все же, есть. Самый доступный способ определить эту характеристику – измерение диаметра проволоки во вторичной обмотке. Для этого понадобится штангенциркуль, калькулятор и нижеприведенная информация.
Сначала измеряется диаметр проволоки. Для примера возьмем значение в 1,5 мм. Теперь нужно вычислить сечение проволоки. Для этого необходимо половину диаметра (радиус) возвести в квадрат и умножить на число «пи». Для нашего примера сечение будет около 1,76 квадратных миллиметров.
Далее для расчета понадобится общепринятое значение плотности тока на квадратный миллиметр проводника. Для бытовых понижающих трансформаторов это 2,5 ампера на миллиметр квадратный. Соответственно, по второй обмотке нашего образца сможет «безболезненно» протекать ток силой около 4,3 А.
Теперь берем вычисленное ранее напряжение вторичной обмотки, и умножаем его на полученный ток. В результате получим примерное значение мощности нашего трансформатора. При 12 В и 4,3 А этот параметр будет в районе 50 Вт.
Мощность «безымянного» трансформатора можно определить еще несколькими способами, однако, они более сложные. Желающие смогут найти информацию о них в Сети. Мощность узнается по сечению окон трансформатора, с помощью программ расчета, а также по номинальной рабочей температуре.


Заключение
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что определение характеристик трансформатора без маркировки является довольно простой задачей. Главное – соблюдать правила безопасности и быть предельно внимательным при работе с высоким напряжением.

Вам может понравиться:

• Вязаные коврики крючком: интересные модели, схемы и…
• Идеи для подушек из старых свитеров… Никогда бы не…
• Советы, которые будут полезны и начинающим, и…

Трансформатор – устройство для передачи энергии из одной цепи в другую посредством электрической индукции. Он предназначен для преобразования величин токов и напряжений, для гальванического разделения электрических цепей, для преобразования сопротивлений по величине и для других целей.

Трансформатор может состоять из двух и более обмоток. Мы будем рассматривать трансформатор из двух разделенных обмоток без ферромагнитного сердечника (воздушный трансформатор), схема которого представлена на рис. 5.12.

Обмотка с зажимами 1-1’, присоединенная к источнику питания, – первичная, обмотка, к которой подключается сопротивление нагрузки , – вторичная. Сопротивление первичной обмотки , сопротивление вторичной – .

Уравнения трансформатора при принятой полярности катушек и направлении токов имеют вид:

- для первичной обмотки

Для вторичной обмотки

Входное сопротивление трансформатора

Обозначим активное сопротивление вторичной цепи

тогда уравнения можно переписать

(5.22)

Входное сопротивление трансформатора . Учитывая, что и подставляя в первое уравнение (5.21), получим, что

Таким образом, входное сопротивление трансформатора со стороны первичных зажимов состоит из двух слагаемых: – сопротивление первичной обмотки без учета взаимоиндукции, , которое появляется за счет явления взаимоиндукции. Сопротивление как бы добавляется (вносится) из вторичной катушки и поэтому называется вносимым сопротивлением.

Входное сопротивление идеального трансформатора.

Идеальным трансформатором (теоретическое понятие) называют такой трансформатор, в котором выполняются условия

(5.24)

При этом С определенной погрешностью такие условия можно выполнить в трансформаторе с сердечником с высокой магнитной проницаемостью, на который намотаны провода с малым активным сопротивлением.

Входное сопротивление этого трансформатора

(5.25)

Следовательно, идеальный трансформатор, включенный между нагрузкой и источником энергии, изменяет сопротивление нагрузки пропорционально квадрату коэффициента трансформации n.

Свойство трансформа­тора преобразовывать вели­чины сопротивлений широко используется в различных об­ластях электротехники, связи, радиотехники, автоматики и прежде всего с целью согласо­вания сопротивлений источ­ника и нагрузки.

Схема замещения трансформатора

Схема двухобмоточного трансформатора без ферромагнитного сердечника может быть изображена так, как это представлено на рис. 5.14. Токораспределение в ней такое же, что и в схеме на рис. 5.12 без общей точки между обмотками.

Произведем в схеме на рис. 5.14 развязку индуктивных связей. При этом получим схему замещения трансформатора (рис. 5.15), в которой отсутствуют магнитные связи.

Энергетические процессы в индуктивно связанных катушках

Дифференциальные уравнения воздушного трансформатора (рис. 5.15):

(5.25)

Умножим первое уравнение на , а второе – на :

(5.26)

Сложив эти уравнения, получим суммарную мгновенную мощность, которая потребляется от источника и расходуется в первичной и в вторичной обмотках трансформатора и в нагрузке

(5.27)

где – мгновенная мощность на нагрузке, ;

– мгновенная мощность, расходуемая на тепло в обмотках трансформатора, ;

– энергия магнитного поля обмоток трансформатора, .

Трехфазные генераторы.

Под трехфазной цепью (системой) понимают совокупность трехфазного источника (генератора), нагрузки и соединительных проводов.

Известно, что при вращении проводника в равномерном магнитном поле в нем наводится ЭДС

. (1.1)

Закрепим жестко на одной оси три одинаковые катушки (обмотки), смещенные относительно друг друга в пространстве на (120°) и начнем их вращать в равномерном магнитном поле с угловой скоростью w (рис. 1.1).

При этом в катушке A будет наводиться

Такие же значения ЭДС возникнут в катушках B и C, но соответственно через 120° и 240° после начала вращения, т.е.

(1.3)

Совокупность трех катушек (обмоток), вращающихся на одной оси с угловой скоростью w, в которых наводятся ЭДС, равные по модулю и сдвинутые друг от друга на угол 120° называют симметричным трехфазным генератором. Каждая катушка генератора – это фаза генератора. В генераторе на рис. 1.1 фаза B «следует» за фазой A, фаза C – за фазой B. Такая последовательность чередования фаз называется прямой последовательностью. При изменении направления вращения генератора будет иметь место обратная последовательность чередования фаз. Прямой последовательности на основании соотношений (1.2, 1.3) соответствует векторная диаграмма ЭДС, изображенная на рис. 1.2, а, для обратной – векторная диаграмма ЭДС на рис. 1.2, б.

В дальнейшем все рассуждения по расчету трехфазных цепей будут касаться только трехфазных систем с прямой последовательностью следования генераторных ЭДС.

График изменения мгновенных значений ЭДС при y = 90° представлен на рис. 1.3. В каждое мгновение алгебраическая сумма ЭДС равна нулю.

Крайним точкам катушек (обмоток) дают название конец и начало. Начала катушек обозначают A, B, C, концы соответственно X, Y, Z (рис. 1.4, а).

Фазные обмотки трехфазного генератора могут быть изображены в виде источников ЭДС (рис. 1.4, б).

Преобразователь напряжения выполнен по бестрансформаторной схеме с применением накопительного дросселя. Задающий генератор — всеми любимый таймер 555. Выходной ток схемы не превышает 7 мА, что сильно зависит от источника питания. Схема была собрана неоднократно, но всегда показывала разные параметры. Ток потребления (в пике) может достигать до 150мА (в некоторых случаях до 200мА). Схема предназначена для зарядки конденсаторов. Напряжение на выходе зависит от индуктивности дросселя.

Основные параметры схемы:

• Напряжение питания — 9…12 В
• Ток потребления — 00…150 мА
• Выходное напряжение — 400…430 В
• Выходной ток — 5…7 мА
• Частота генерации — 14 кГц

Схема преобразователя напряжения

КПД такого преобразователя зависит от добротности дросселя. Дроссель имеет индуктивность 1000мкГн (микро Генри). Толщина провода не столь важна, поскольку выходной ток схемы ничтожный. Такое устройство может быть пригодно для тех приборов, где нужно получить повышенное напряжение, но размеры ограничены. Не советую использовать преобразователь в Гаусс-пушках, поскольку электролиты будут заряжаться десятки минут, т.к., за 1 секунду напряжение будет увеличиваться всего на пол Вольта. В моем случае был использован дополнительный драйвер для усиления сигнала с микросхемы, но как потом выяснилось — драйвер не нужен.

Полевой транзистор должен работать на высоких напряжениях. Подойдут 2N65, 4N60, 7N60. Указанные транзисторы используют в мощных сетевых ИБП, их можно также найти в блоке розжига ксеноновых фар автомобиля. Транзисторы не критичны и могут быть заменены на другие, которые способны работать на таких напряжениях (более 400Вольт). В схеме полевому транзистору не нужен теплоотвод, поскольку тепловыделения вообще не наблюдается.

Частотназадающая цепь настроена так, что микросхема генерирует прямоугольный сигнал с частотой 14кГц.

Из данной схемы преобразователя напряжения, можно исключить диод, поскольку ток по-любому постоянный и не нуждается в дополнительном выпрямлении, если же решили использовать, то советуется ставить импульсные диоды из-за повышенной рабочей частоты схемы.

Есть немало электронных устройств, которым потребуется около 200 вольт постоянного напряжения - это могут быть различные измерители, ламповая маломощная техника, импульсные зарядки смартфонов и мобильников. А ещё больше проблема усложняется тогда, когда питание не от розетки 220 вольт, а от батареи или автомобильного аккумулятора. Чтоб не пришлось искать громоздкий и довольно дорогостоящий по нынешним временам трансформатор, разработчики создали простой DC-DC импульсный регулятор, способный преобразовать 12 вольт в высокое.

Модуль основан на MAX1771 - это типичный повышающий DC-DC-инвертор. Эта микросхема работает на частотах переключения до 300 кГц, что позволяет использовать миниатюрные компоненты поверхностного монтажа - SMD. Преобразователь принимает входные напряжения в пределах от 2 до 16 вольт, а выходное напряжение настраивается примерно на 200 вольт, с помощью внешних резисторов и потенциометров. Этого хватит для питания, например, схемы , собранного на лампах.

Микросхема MAX1771 управляет мощным N-канальным МОП-транзистором, и с помощью индуктивности и фаст-диодов, производится высоковольтное преобразование. Схема способна работать с токами до 2 ампер на входе, или с 24 ваттами выходной мощности. Несложный рассчёт показывает, что это около 0,1 А при заданном напряжении. КПД примерно 90%.

Инверторы с 220 на 12 вольт производятся разной формы и размеров. По своему типу бывают трансформаторные и импульсные. Трансформаторный преобразователь 220 на 12 вольт В основе конструкции, как следует из названия, лежит понижающий трансформатор .

Виды преобразователей и их устройство

Трансформатор представляет собой изделие, состоящее из двух основных частей:

• сердечника, собранного из электротехнической стали;
• обмоток, выполненных в виде витков из проводникового материала.

Его работа основана на появлении электродвижущей силы в замкнутом проводящем контуре. При протекании по первичной обмотке переменного тока образовываются переменные линии магнитного потока. Эти линии пронизывают сердечник и все обмотки, на которых появляется электродвижущая сила. Когда вторичная обмотка находится под нагрузкой, то под действием этой силы начинает протекать ток.

Значение разности потенциалов будет определяться отношением количества витков первичной обмотки и вторичной. Таким образом, изменяя это соотношение, можно получить любое значение.

Для снижения значения напряжения количество витков во вторичной обмотке делается меньше. Стоит отметить, что описанное выше работает только при подаче на первичную обмотку переменного тока. При использовании постоянного тока создаётся постоянный магнитный поток, который не наводит ЭДС и энергия передаваться не будет.

Бестрансформаторный преобразователь с 220 на 12 вольт

Такие устройства питания называют импульсными. Главной частью такого устройства обычно является специализированная микросхема (широтно-импульсный модулятор).

Инвертирование 220 в 12 вольт происходит следующим образом. Сетевое напряжение поступает на выпрямительную цепь, а далее сглаживается ёмкостью номиналом 300 400 вольт. Затем выпрямленный сигнал с помощью транзисторов преобразуется в высокочастотные прямоугольные импульсы с требуемой скважностью. Преобразователь импульсного типа за счёт применения инвертирующей схемы, выдаёт на выходе стабильное напряжение. При этом преобразование происходит как с гальванической развязкой от выходных цепей, так и без неё.

В первом случае используется импульсный трансформатор, на который поступает высокочастотный сигнал до 110 кГц.

При изготовлении сердечника используют ферромагнетики, что ведёт к снижению веса и размеров. Во втором вместо трансформатора используется фильтр нижних частот.

Преимущества импульсных источников заключаются в следующем:

1. малый вес;
2. улучшенный КПД;
3. дешевизна;
4. наличие встроенной защиты.

К недостаткам относят то, что используя в работе высокочастотные импульсы , устройство само создаёт помехи. Это требует устранения и приносит усложнения электрических схем.

Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно

Проще всего сделать аналоговое устройство на базе трансформатора вида тор. Такое устройство несложно выполнить самостоятельно. Для этого понадобится любой трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт. Вторичная обмотка рассчитывается согласно несложным формулам или подбирается практическим путём.

Для подбора может понадобиться:

• прибор для измерения напряжения;
• изолирующая лента;
• киперная лента;
• медная проволока;
• паяльник;
• инструмент для разборки (кусачки, отвёртки, плоскогубцы, нож и т. п.).

В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделываемого трансформатора расположена вторичная обмотка. Аккуратно снять защитный слой для получения к ней доступа. Используя тестер, измерить напряжение на выводах.

В случае меньшего напряжения к любому из концов обмотки допаять проволоку, тщательно заизолировав место соединения. Используя эту проволоку сделать десять витков и опять измерить напряжение. В зависимости от того насколько увеличилось напряжение и рассчитать дополнительное количество витков.

В случае если напряжение превышает требуемое, делаются обратные действия. Отматываются десять витков, измеряется напряжение и рассчитывается, сколько их необходимо их убрать. После этого лишний провод обрезается и запаивается на клемму.

Следует отметить, что при использовании диодного моста выходная разность потенциалов поднимется на величину, равную произведению переменного напряжения и величины 1.41.

Главным преимущество трансформаторного преобразования является простота и высокая надёжность. А недостатком - габариты и вес.

Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовке и знаний электроники. Хотя можно купить готовые наборы КИТ. Такой набор содержит печатную плату и электронные компоненты. В набор также входит электрическая схема и чертёж с подробным расположением элементов. Останется только всё аккуратно распаять.

Используя импульсную технологию, можно сделать и преобразователь с 12 на 220 вольт. Что очень полезно при использовании в автомобилях. Ярким примером может служить источник бесперебойного питания, сделанный из стационарного оборудования.