Трансформатор
Все. С этого момента ничем не примечательный доселе болт, становится магнитом! Можете проверить, он будет примагничивать все подряд…
И еще, нам понадобится вольтметр! Такой прибор для измерения напряжения. Лучше - стрелочный, а не цифровой. И лучше - с нулем по середине шкалы, чтобы он мерил как положительные, так и отрицательные напряжения. Он выглядит примерно так:
Теперь, подключим вольтметр к нашей катушке (которая намотана на болт), и поднесем к ней магнит, внимательно наблюдая за показаниями вольтметра. В момент, когда мы будем подносить магнит к катушке, стрелка вольтметра отклонится в одну сторону. Когда мы будем удалять магнит, стрелка качнется в другую сторону. Чем быстрее движется магнит - тем сильнее отклоняется стрелка.
А все почему? Потому что, при изменении силы магнитного поля вокруг катушки, в катушке возникает ток (а значит - между ее концами появится напряжение). Заметим: при изменении. Если просто положить магнит рядом с катушкой, тока не будет, потому что сила магнитного поля, создаваемого магнитом - постоянна.
Если бы не это свойство - мы бы все до сих пор сидели в темноте и без интернета. Поскольку именно на основе этого свойства работают электрогенераторы на любой электростанции.
А теперь свяжем все во едино:
1. При протекании тока по катушке, вокруг нее образуется МП.
2. При изменении МП вокруг катушки, в ней возникает ток.
Попробуем совместить эти свойства.
Давайте намотаем на болт еще одну катушку (поверх старой). Тоже, витков 100. Чтобы не перепутать выводы, предварительно завяжем на выводах старой катушки узелки.
Ко второй (новой) катушке подключаем вольтметр, а первой (старой) - батарейку. В момент подключения батарейки, смотрим на вольтметр. Как вы думаете, что произойдет?
Правильно! При подключении батарейки, через первую катушку потечет ток. Вокруг нее появится МП (то есть, оно изменится от 0 до некоторого значения). А значит, во второй катушке в этот момент возникнет ток. И стрелка отклонится.
При отключении батарейки происходит то же самое. МП резко падает до нуля, в результате чего, во второй обмотке, опять же, возникает ток, но уже - в обратную сторону.
Если очень часто отключать-подключать батарейку, стрелка вольтметра будет не переставая дергаться туда-сюда…
Так вот, к чему я это все?
Подключая и отключая батарейку, мы, по сути, создаем в первой обмотке переменный ток. При этом и во второй обмотке тоже возникает переменный ток. Так на фига ж мы будем мучиться с батарейкой! Надо просто взять да подать на первую обмотку переменный ток, например, из розетки…
СТОП! Только не так резко!!! Обмоточка у нас слабовата, сгореть может.
Чтобы не сгорела - надо, чтоб в ней было больше тысячи витков: мотать лениво и проволоки жалко. Так что, давайте просто представим, что мы подключили обмотку в розетку. Что же будет? Да все то же! Вокруг катушки возникнет переменное магнитное поле, и во второй катушке появится переменный ток.
Заметим, что на 2-й обмотке, синусоида сдвинута относительно 1-й на 1/4 периода. Это не ачепятка. Посмотрите предыдущий график, и подумайте, почему так…
Подумали? Правильно! Ток на 2-й обмотке максимален тогда, когда скорость нарастания тока 1-й обмотки максимальна. Это соответствует точкам 4 и 8. И минимален, когда скорость падения тока на 1-й обмотке максимальна. (Точки 2 и 6.)
В точках 1,3,5,7 и 9, ток в 1-й обмотке находится в максимуме, либо в минимуме. То есть скорость его изменения равна 0. В этот момент ток во 2-й обмотке равен 0 (переходит через ось x).
Ну, в общем, не буду вас мучить, и открою страшную тайну. То что мы только что сделали, называется трансформатор. Обмотки, которые мы называли "первая" и "вторая", в трансформаторе называются - "первичная" и "вторичная".
Первичная - это та, на которую подается напряжение. Вторичная, это та, с которой напряжение снимается. Первичная обмотка всегда одна. Вторичных может быть - сколько душе угодно.
На схеме трансформатор обозначают так:
Главная задача трансформатора - преобразование электрической энергии. Причем, посредником в этом преобразовании является магнитное поле. Поэтому, первичная и вторичная обмотки не имеют между собой электрического контакта. Обычно, в таком случае говорят: "обмотки развязаны гальванически".
Трансформаторы - они, собственно, везде вокруг нас! Вот некоторые места, где можно встретить трансформатор:
- трансформаторная будка
- зарядное устройство для мобилы
- блок питания любимого компа
- вспышка фотоаппарата
- компьютерный модем
- древний телефонный аппарат
- абонентская радиоточка (если кто-то еще о них помнит)
- и т.д. и т.п.
В понижающих трансформаторах, выходное напряжение (на вторичной обмотке) меньше, чем входное (на первичной). Это используется для питания низковольтных устройств (например, того же кампутера) из сети 220В. То есть, ставим трансформатор, первичку врубаем в сеть, а со вторички снимаем низкое напряжение, которое кушает наше устройство.
С другой стороны, иногда необходимо выполнить обратное преобразование. Например, в фотоаппарате для питания вспышки требуется напряжение до 300В. Вспышка, как всем известно, питается от батареек, которые в сумме выдают от силы, вольта три. Таким образом - налицо необходимость повышения напряжения аж в 100 раз! Что сделаем? Конечно, поставим трансформатор. Только, он будет уже повышающий. При этом, напряжение на трансформатор подается через специальный преобразователь, который делает постоянное напряжение батареек переменным. (Постоянку транс не кушает =))
Однако, силовыми цепями, применение трансформатора не ограничивается. Его широко используют и в сигнальных цепях. Например, он есть в любом модеме.
Модем (для тех, кто не в танке) - енто такое устройство, которое позволяет передавать данные между двумя устройствами (компьютерами) по телефонной линии. Так вот, чтобы гальванически отвязать телефонную линию от схемы компьютера (то есть, лишить их электрического контакта между собой), в модеме стоит трансформатор. Линия подключается к одной обмотке, схема модема - к другой. При этом все передаваемые и получаемые сигналы проходят через трансформатор без каких либо проблем в обе стороны!
Чем определяется напряжение обмотки?
Ответ прост: количеством витков. Причем, напряжение строго пропорционально количеству витков, и для одного отдельно взятого трансформатора, коэффициент пропорциональности постоянен вне зависимости - первичная обмотка или - вторичная.
Пример:
Трансформатор с входным напряжением 220В имеет в первичной обмотке 880 витков. Сколько витков должно быть во вторичной обмотке, чтобы снять с нее 12В?
Решение:
Выясняем, сколько витков приходится на один вольт (собственно, коэффициент пропорциональности). 880/220 = 4.
Умножаем напряжение, которое нужно снять с вторички на этот коэффициент: 12*4=48. Получилось 48 витков!
Этот материал был взят з сайта РадиоКот
В третьих, если уже есть готовая статья, которая просто, доступно и толково объясняет какой-либо момент, то почему бы не сэкономить время и силы, которые были бы бесполезно потрачены на изобретение велосипеда? Я лишь поблагодарю автора этой статьи, который мне помог и в знак благодарности укажу ссылочку на его сайт. Я думаю, это честно. А вы какого мнения? Мне интересно и Ваше мнение. Заходите на форум.
Это было маленькое отступление. И если Вы не против, то пойдём дальше, раскрывая все тайны связанные в данном случае с трансформатором. А дальше у нас по плану требуется рассмотреть более подробно классификацию трансформаторов.
Малогабаритные трансформаторы, применяемые в бытовой и офисной РЭА. классифицируются по следующим главным признакам
- по условиям применения и эксплуатации;
- по функциональному назначению;
- по параметрам входной электрической энергии (рабочее напряжение и частота);
- по конструкции.
Трансформаторы бытовой и офисной РЭА по признаку стойкости к механическим факторам подразделяются на группы исполнения и на категории по климатическому исполнению. Группы исполнения выбирают, исходя из условий применения трансформаторов и необходимого уровня стойкости в части механических и климатических воздействий. При выборе групп исполнения должна быть обеспечена максимальная степень унификации и минимально возможное число групп исполнения трансформаторов каждого класса.
Предпочтительными являются трансформаторы, группа исполнения которых отвечает наиболее жестким требованиям, при всех равных прочих условиях.
Конкретная группа климатического и прочих исполнений указывается в технических условиях трансформаторов.
В схемах преобразователей с помощью трансформаторов можно преобразовывать основные параметры электрической энергии в цепях переменного тока: напряжение, ток, число фаз и форму кривой. Каждое из преобразований, обычно, осуществляется одновременно с передачей электроэнергии электромагнитным путем в другую электрическую цепь, не связанную непосредственно с той цепью, откуда эта энергия подводится.
Передача энергии при помощи трансформаторов возможна не только электромагнитным путем, но и комбинированным (электромагнитно-электрическим). Трансформаторы с таким типом передачи энергии относятся к автотрансформаторам.
Существуют практические схемы, в которых трансформатор используется также для передачи электроэнергии электромагнитным путем без ее преобразования. Такой тип трансформатора, применяемый для изоляции одной электрической цепи от другой, называется изолирующим или согласующим.
Следует отметить, что обычно в трансформаторах осуществляется одновременно преобразование не одного, а нескольких перечисленных выше параметров электрической энергии. Так, преобразование напряжения всегда происходит с изменением тока.
По признаку функционального назначения трансформаторы могут быть классифицированы на группы: трансформаторов питания, преобразователей питания и трансформаторов согласования.
Разновидности характеристик трансформаторов питания малой мощности:
- по напряжению — низковольтные, высоковольтные и высокопотенциальные;
- по частоте питающей сети;
- по числу фаз — однофазные, трехфазные, шестифазные и т. д.;
- по коэффициенту трансформации — повышающие и понижающие;
- по числу обмоток — двухобмоточные и многообмоточные;
- по виду связи между обмотками — трансформаторы с электромагнитной связью (с изолированными обмотками) и трансформаторы с электромагнитной и электрической связью, то есть со связанными обмотками;
- по конструкции магнитопроводов;
- по конструкции обмоток — катушечные, галетные и тороидальные;
- по конструкции всего трансформатора — открытые, капсулированные и закрытые;
- по назначению — выпрямительные, накальные, анодные, анодно-накальные и т. д.
Рабочая частота трансформатора — один из наиболее важных параметров, который определяет основные характеристики блока или узла, назначение и область возможного применения. По этому признаку трансформаторы могут быть классифицированы на трансформаторы пониженной частоты (менее 50 Гц), промышленной частоты (50 Гц), повышенной промышленной частоты (400, 1 ООО, 2 ООО Гц), повышенной частоты (до 10 кГц) и высокой частоты (свыше 10 кГц).
По признаку входной и выходной электроэнергии трансформаторы можно разделить на низковольтные, у которых напряжение любой обмотки не превышает 1 000 В, и высоковольтные, у которых напряжение любой обмотки превышает 1 000 В.
Номинальные напряжения систем электроснабжения, источников питания, преобразователей и присоединенных к ним приемников электрической энергии определены в соответствии с требованиями ГОСТ:
- для источников и преобразователей — 6; 12, 28,5; 42; 62; 115; 230 В для однофазного переменного тока
42, 62, 230; 400; 690 В для трехфазного переменного тока; - для сетей и приемников (трансформаторов) — 6, 12, 27, 40, 60, 110, 220 В для однофазного переменного тока
и 40, 60, 220, 380, 660 В для трехфазного переменного тока.
Кроме вышеуказанных стандартизованных значений напряжения допускается применять другие номинальные напряжения:
- 7 В — для генераторов в системах электрооборудования мотоциклов и для источников электроэнергии автотракторной техники;
- 24 В однофазного тока частотой 50 Гц — для преобразователей, сетей и приемников общепромышленного назначения;
- 26 В (преобразователи) и 2 В (приемники) однофазного тока частотой 50 Гц и 400 Гц — для корабельного электрооборудования;
- 36 В (источники, преобразователи и приемники) трехфазного тока частотой 400 и 1 000 Гц — для авиационной техники и летательных аппаратов;
- 42 В — для сетей однофазного и трехфазного тока;
- 120, 208 В (источники, преобразователи) и 115, 220 В (приемники) частотой 400
и 1 000 Гц — для авиационной техники и летательных аппаратов; - 36 В частотой 50 и 200 Гц (источники, преобразователи, приемники) —для ранее разработанного оборудования и приборов;
- 208 В (источники) и 200 В (приемники) однофазного тока частотой 6 000 Гц — для летательных аппаратов в технически обоснованных случаях.
Для источников и преобразователей допускается применять регулируемую установку напряжения, выбираемую из следующего ряда: 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10 и 15% от номинальных значений. Допустимые отклонения от номинальных значений напряжений могут быть двусторонние симметричные и несимметричные, а также односторонние.
При эксплуатации АСС и аппаратуры электросвязи применяется однофазное переменное напряжение и фазные напряжения трехфазного тока, которые должны соответствовать следующим значениям:
номинальное напряжение — 220 В;
рабочее напряжение— 187...242 В включительно для питания от электросети общего назначения;
213. .227 В включительно для питания аппаратуры от электросети общего назначения через устройства регулирования;
частота напряжения — 50 Гц;
пределы изменения частоты — 47,5...52,5 Гц включительно;
допускаемый коэффициент нелинейных искажений — не более 10%.
Номинальные значения переменных напряжений на выходе устройств и блоков питания и входных питающих напряжений функциональных узлов, ППП, микросхем и блоков РЭА, имеющих в своем составе трансформаторы и оформленных основным комплектом конструкторской документации выбираются из ряда:
1,2; 2,4; 3,15; 5,0; 6,0 (6,3); 12,0 (12,6); 15,0; 24,0; 27,0; 36,0; 40,0; 60,0; 80,0; (110); 115; 127; 200; 220 и 380 В.
Многообразие схемных решений трансформаторов определяет их классификацию по числу обмоток: одно-, двух- и многообмоточные.
Примером однообмоточных трансформаторов являются автотрансформаторы, в которых между первичной и вторичной обмотками кроме электромагнитной связи существует также и непосредственная электрическая связь. Автотрансформаторы не имеют гальванической развязки.
Как уже отмечалось, в автотрансформаторе передача электрической энергии осуществляется комбинированным путем.
Двухобмоточные трансформаторы с фиксированным коэффициентом трансформации имеют две обмотки (первичную и вторичную), а многообмоточные трансформаторы имеют несколько вторичных обмоток. Все обмотки двухобмоточных и многообмоточных трансформаторов электрически не связаны друг с другом.
В основу конструктивно-технологических признаков классификации трансформаторов положена конструкция магнитопровода или сердечника, которые определяют вид трансформатора. По конструкции магнитопровода определяется конструкция трансформатора, а название магнитопровода отражается в названии трансформатора. Промышленностью изготавливаются броневые, стержневые, кольцевые (тороидальные) магнитопроводы и магнитопроводы сложных (специальных) конфигураций. Броневые трансформаторы изготавливаются на магнитопроводах типов Ш, ШЛ, Б, ОБ, X, Кв. и др.
Все обмотки трансформатора располагаются на среднем стержне. Наличие только одной катушки, более полное заполнение окна магнитопровода обмоточным проводом, частичная защита катушки с обмотками от механических повреждений и хорошее ее магнитное экранирование выгодно отличают броневые трансформаторы от других типов.
Магнитопроводы и сердечники трансформаторов составляют большую группу изделий, изготавливаемых промышленностью в виде унифицированных конструкций по КД, отвечающей требованиям ГОСТ. Различные типы и типоразмеры магнитопроводов и сердечников приведены в соответствующих разделах справочника. Для изготовления магнитопроводов и сердечников применяются магнитомягкие и магнитотвердые магнитные материалы, обладающие высокой магнитной проницаемостью в сильных магнитных полях, малыми потерями на вихревые токи и перемагничивание. Принадлежность к тому или иному классу материала определяется кривой намагничивания и параметрами петли гистерезиса.
В общем-то о трансформаторах можно говорить долго и нудно. Самое главное понятие я Вам дал, а далее Вы можете узнать подробности и сами , благо в интернете этой информации навалом. Хоть даже здесь. Да и литература в печатном виде тоже хватает. Есть соответствующие справочники. Так что выкладывать здесь всю информацию не вижу особого смысла. Да и не смогу физически. Всё равно окажется, что появились ещё дополнения в этой области.
Главное скажу своими словами. Стоить для себя уяснить, что трансформаторы в схемотехнике играют очень важную роль по преобразованию электрической энергии. Они используются в блоках питания бытовой аппаратуры - понижающие низкочастотные и импульсные трансформаторы. Их назначение - преобразование напряжения сети 220В в напряжения, необходимые для нормальной работы аппаратуры.
Низкочастотные от импульсных отличаются рабочей частотой. Низкочастотные рассчитаны на рабочую частоту 50Гц, а импульсные - на частоту порядка 50 кГц.
А для чего нужны импульсные трансформаторы?
Поначалу вся электронная техника времён Советского Союза подпитывалась от низкочастотных трансформаторов. Это было достаточное простое и эффективное решение. Металла в то время не жалели, человеческих сил тоже было предостаточно. Манией миниатюризации не страдали. :-) Потери, в том числе и финансовые особо никто не подсчитывал. .... эх, золотое было время! :-) Были и другие плюсы как-то такие блоки питания были достаточно надёжны в эксплуатации и просты в ремонте.
Но всё течёт, всё изменяется. Особо этот вопрос касается НТП (Научно-Технического Прогресса). И "клятые" буржуины подсчитали, что такие блоки питания обладают низким КПД (Коэффициентом Полезного Действия) - до 60%, большой себестоимостью (тем более в условиях постоянного удорожания металла, в частности меди), большими габаритными размерами и весом. Ну сплошные минуса! И Вы знаете, как ни печально, но они таки оказались абсолютно правы! Тем более это подтвердилось, когда они разработали альтернативу всем привычному БП.
С историей развития импульсной техники Вы можете познакомиться здесь.
Суть его заключается в том, что поначалу питающее напряжение сети 220В 50Гц преобразуется в высокочастотное напряжение и подаётся на ТПИ, который уже преобразует в напряжения требуемой величины.
Как оказалось эффективность от этого значительно возросла. Потому что чем выше частота импульсов, тем ниже требования к габаритам сердечника, который может быть выполнен уже не из стали, а из ферромагнитных сплавов. В результате уменьшились габариты, вес, затраты на металл, а КПД поднялось до 84%.
Но имеются и недостатки:
- Сложный в ремонте. Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
- Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры;
- Как правило, импульсные блоки питания имеют ограничение на минимальную мощность нагрузки. Если мощность нагрузки ниже минимальной, блок питания либо не запускается, либо сгореть. Поэтому его нельзя включать без нагрузки;
Также имеются автотрансформаторы, которые дают возможность получения регулируемого выходного напряжения.
Для согласования сопротивлений (например, в усилительной аппаратуре) применяется согласующий трансформатор
Также имеются повышающие трансформаторы. Как пример можно привести ТДКС (Трансформатор диодно-каскадный строчный), который используется в телевизорах и мониторах с электронно-лучевой трубкой.
Его назначение заключается в формировании напряжения 24-27 КВ для питания анода кинескопа и ещё ряд вторичных напряжений для питания других узлов аппаратуры.
Кстати, ради того, чтобы не грешить против истины должен добавить, что он вырабатывает не только повышенное напряжение, но и ряд низких, поэтому его однозначно отнести к повышающим довольно трудно.
Ну вот в принципе и всё, что Вам я хотел сказать по трансформаторам. Теперь можно переходить к следующей теме. А касаться она будет конденсаторов.