Схема понижающего трансформатора 220 на 12

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 = 2200 – 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.

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.

По окончании работ трансформатор собирается в обратной последовательности. Если все правильно рассчитано, то получится преобразователь из 220 в 12 вольт переменного напряжения. Для получения постоянного напряжения необходимо добавить выпрямитель. Это простейшее электронное устройство, состоящее из диодного моста и конденсатора. Используя свойства диодов, напряжение выпрямляется, а с помощью конденсатора убираются паразитные влияния.

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.

Для того чтобы понизить напряжение промышленной сети, используются трансформаторы 220 на 12 вольт. Такое значение амплитуды необходимо для питания различной техники, в том числе и осветительных приборов. Понижающий трансформатор может располагаться непосредственно в блоке питания или быть выполнен как отдельное устройство. Этот радиоэлектронный элемент можно приобрести в специализированных магазинах, но при желании несложно изготовить и своими руками.

Суть работы устройства

Трансформатор — это электронное устройство, использующееся для преобразования переменного сигнала одной амплитуды в другую без изменения частоты. Сложно найти электротехническое оборудование, которое бы не содержало в своей схеме такое изделие. Оно является ключевым звеном в передаче энергии от одной части цепи к другой.

Появление трансформатора стало возможным после изобретения индукционной катушки в 1852 году механиком из Германии Румкорфом. Его устройство было похоже на катушку для наматывания ниток, но вместо последних использовалась проволока. Внутри катушки располагалась другая такая же конструкция. При подаче тока на нижнюю катушку фиксировалось напряжение и на верхней. Объяснялось это явлением, названным индуктивностью.

Кто точно изобрёл трансформатор, доподлинно неизвестно. В 1831 году Фарадей, проводя эксперименты, обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электричество. Он также нарисовал примерную схему, как должен выглядеть трансформатор. Используя в 1876 году стальной сердечник и две катушки, русский учёный Яблочкин фактически изготовил прообраз современного устройства. При подаче тока на одну из них он наблюдал возникновение магнитной индукции, приводящей к появлению тока на другой. При этом напряжение на катушках было разным из-за отличающегося количества витков.

Появление такой конструкции подтолкнуло других учёных к исследованиям, в результате которых появилась технология изготовления современного трансформатора.

Принцип действия

Современная промышленность выпускает трансформаторы, отличающиеся как по внешнему виду, так и по характеристикам. Но их всех объединяет принцип действия и пять элементов конструкции. Чтобы понять, как работает понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, необходимо знать эти основные части изделия. К ним относятся:

1. Сердечник. По-другому его называют магнитопровод. Его назначение проводить магнитный поток. По виду исполнения сердечники делятся на три группы: плоскостные, ленточные, формованные. Изготавливают из электротехнической стали, феррита или пермаллоя, то есть материалов, имеющих способность к высокой намагниченности и обладающих проводящими свойствами.
2. Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
3. Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
4. Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
5. Монтажные выводы. Для предотвращения обрыва обмоток во время монтажа в конструкции делаются специальные выводы, позволяющие подключать к трансформатору источник питания и нагрузку.

Основной частью обмотки является виток. Именно из-за него и создаётся магнитная сила, впоследствии приводящая к появлению электродвижущей (ЭДС).

Таким образом, трансформатор представляет собой замкнутый контур (сердечник) на котором располагаются катушки (обмотки). Их количество может составлять от двух и более штук (исключение автотрансформатор). Катушка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а которая соединяется с нагрузкой — вторичной.

При подключении к источнику переменной энергии через первичную обмотку устройства начинает протекать изменяющийся во времени ток (синусоидальный). Он создаёт переменное электромагнитное поле. Линии магнитной индукции начинают пронизывать сердечник, в котором происходит их замыкание. В результате на намотанных витках вторичной катушки индуцируется ЭДС, создающая ток при подключении выводов к нагрузке.

Характеристики и виды изделия

Разность потенциалов, возникающая между выводами вторичной обмотки, зависит от коэффициента трансформации, определяющегося отношением количества витков вторичной и первичной катушки. Математически это можно описать формулой: U2/U1 = n2/n1 = I1/I2, где:

• U1, U2 — соответственно разность потенциалов на первичной и вторичной обмотке.
• N1, N2 — количество витков первичной и вторичной катушки.
• I1, I2 — сила тока в обмотках.

По виду сердечника трансформаторы на 12 В разделяются на кольцевые, Ш-образные и П-образные. По конструктивному же исполнению они бывают: броневыми, стержневыми и тороидальными (кольцевыми). Стержневой тип собирается из П-образных пластин. На броневом виде используются боковые стержни без обмоток. Этот вид самый распространённый, так как обмотки надёжно защищены от механических повреждений, хотя при этом эффективность охлаждения уменьшается.

Тороидальный же трансформатор обладает самыми лучшими характеристиками. Его конструкция способствует хорошему охлаждению. Эффективное распределение магнитного поля увеличивает КПД изделия. Этот тип является самым популярным среди радиолюбителей, так как простота конструкции позволяет быстро его разбирать и собирать. Например, очень часто, именно на базе тора делают самодельные мощные сварочные аппараты.

К основным параметрам изделия относят:

1. Мощность. Обозначает величину энергии, передающуюся через устройство, не приводя к его повреждению. Определяется толщиной провода, используемого при намотке катушек, а также размеров магнитопровода и частоты сигнала.
2. КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
3. Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
4. Количество обмоток.
5. Ток короткого замыкания. Определяет максимальную силу тока, которую может выдержать устройство без перегорания обмоток.

Самостоятельное изготовление

Конструкция трансформатора довольно простая, поэтому его несложно сделать своими руками. Но перед тем как приступить непосредственно к его изготовлению необходимо не только подготовить материал и инструменты, но и выполнить предварительный расчёт.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками можно рассмотреть на конкретном примере. Пускай стоит задача изготовить преобразователь с 220 В до 12 в с выходным током 10 А.

Сердечник самостоятельно вряд ли получится сделать, поэтому лучше воспользоваться ненужным трансформатором любого типа. Его понадобится аккуратно разобрать и извлечь оттуда «железо».

На следующем этапе стоит изготовить каркас. Можно использовать различные материалы, например, стеклотекстолит. Для его расчёта можно воспользоваться программой Power Trans. При этом стоит отметить, что хотя это приложение умеет рассчитывать также и количество витков, для этих целей лучше её не использовать, из-за не совсем корректных результатов.

В программе можно выбрать тип сердечника, а также задать сечение сердечника, окна и мощность изделия. Затем нажать расчёт и получить готовый чертёж с размерами. Далее, останется перенести рисунок на текстолит и вырезать нужное количество деталей. После того как все элементы подготовлены они собираются в каркас.

Теперь можно переходить к заготовке изолирующих прокладок. Они будут необходимы для изолирования слоёв друг от друга. Вырезаются они полосками из лакоткани, фторопласта, майлара или даже плотной бумаги, например, которую используют для выпечки. Важно отметить, что ширина полоски делается на пару миллиметров больше, при этом размечать линии реза графитовым карандашом не рекомендуется (графит проводит ток).

На последнем этапе готовится провод. Так как будет необходимо намотать трансформатор 220 В 12 В 10а, то есть понижающий, вторичная катушка будет выполняться толстым проводом, а первичная тонким.

Расчёт конструкции

Расчёт конструкции начинают с нахождения мощности, которую должна выдерживать вторичная обмотка. Подставив в формулу: P = U * I, заданные условиям b значения для вторичной катушки, получится: P 2 = 12*10 = 120 Вт. Приняв, что КПД изделия будет около 80% (среднее значение для всех трансформаторов) можно определить первичную мощность: P = P 2/0,8 = 120/0,8 = 150 Вт.

Исходя из того, что мощность передаётся через сердечник, то величины P1 будет зависеть сечение магнитопровода. Находится сечение сердечника из выражения: S = (P 1) ½ = 150 = 12.2 см 2 . Теперь можно найти и необходимое количество витков в первичной обмотке для получения одного вольта: W =50/ S = 4.1. То есть для напряжения 220 вольт потребуется намотать 917 витков, а для вторичной — 48 витков.

Ток, протекающий через первичную катушку, будет равен: I = P / U = 150/220 = 0,68 А. Отсюда диаметр провода первичной обмотки вычисляемый по формуле: d = 0,8*(I) ½ будет 0,66 мм, а для вторичной — 2,5 мм. Площадь же поперечного сечения можно взять из справочных таблиц или рассчитать по формуле: S = 0,8* d 2 . Она соответственно составит — 0,3 мм 2 и 5 мм 2 .

Если вдруг провод такого сечения трудно достать, то можно использовать несколько проводников соединённых друг с другом параллельно. При этом их суммарная площадь сечения должна быть немного больше расчётной.

Техника намотки

Для намотки изделия сделанный каркас необходимо зажать на оси и отцентровать. Проволку предварительно лучше намотать на какой-либо цилиндрический предмет. Например, катушку ниток или отрезок трубы. Напротив зажатого каркаса ставится катушка с проволокой. Проволока заводится на основание и выполняется несколько оборотов вокруг него. Затем начинают вращать корпус каркаса. При этом следует внимательно следить, чтобы каждый виток ложился рядом с другим, а не пересекал его. После каждого слоя наносится два витка изоляции.

Как только первична обмотка будет намотана, проволоку необходимо вывести в сторону для формирования вывода. Остаток проволоки отрезается. Перед нанесением вторичной обмотки прокладывается несколько слоёв изоляции и повторяется весь процесс, но уже с проводом более толстого сечения. По окончании работ свободные концы катушек распаиваются к клеммам. С помощью тестера катушки проверяются на разрыв.

Существуют некоторые нюансы при намотке которые желательно знать. Во время намотки может случайно порваться провод. В этом случае понадобится зачистить оборванные концы, скрутить их и спаять. Место пайки тщательно заизолировать, например, подложив два слоя изоляционной бумаги. При намотке для увеличения электрической прочности изделия рекомендуется выполнять пропитку каждого слоя. Это предотвращает вибрацию провода. В качестве пропитки используются лаки на эпоксидной основе или акриле.

Теперь останется только подключить трансформатор с 220 на 12 к источнику питания. Соединение с ним происходит по параллельной схеме. С помощью мультиметра можно проконтролировать выходное напряжение. Для этого он переключается в режим измерения переменного сигнала.

Если в дальнейшем необходимо получить постоянный сигнал, то к вторичной обмотке трансформатора подключается диодный мост (выпрямитель) с электролитическим конденсатором (сглаживающий фильтр). Но при этом следует учесть, что для тока 10 ампер понадобится соответственный и выпрямительный блок, способный выдержать такую силу тока с запасом порядка 15%.

Таким образом, самостоятельно изготовить понижающий трансформатор сможет даже начинающий радиолюбитель. Главное при этом выполнить правильный расчёт. А изготовленное изделие наверняка найдёт своё применение.