Что делает повышающий трансформатор

Рассмотрим каждый тип данного устройства более подробно:

• Автотрансформатор имеет в своем наличии только одну обмотку с парой концевых клемм. Как правило, это трансформаторы однофазного типа, в которых присутствуют первичные и вторичные катушки.
• Трансформаторы тока обладают большим количеством обмоток, по сравнению с предыдущим типом. Кроме того, в конструкции подобных устройств используется магнитный сердечник, резисторы и датчики оптического типа, ответственные за регулировку частоты напряжения.
• Агрегат силового типа представляет собой специальный прибор, передающий ток между контурами через процесс электромагнитной индукции.
• Агрегат антирезонансного типа представляет собой литой прибор, которые обладает практически полностью закрытой структурой. В продаже имеются как трехфазные, так и однофазные устройства. Во многом, данные устройства схожи с силовыми агрегатами, но обладают более компактными габаритами.
• Заземляемые устройства отличаются от других специальной структурой обмоток, которые соединяются между собой зигзагом или звездой.
• Пик-трансформаторы используются для отделения постоянного и переменного тока. Данные устройства получили достаточно широкое распространение в компьютерных технологиях и средствах радиосвязи.
• Домашние устройства разделительного типа применяются в качестве передатчика электричества от источника переменного тока к самому прибору. Бытовые устройства, обладающие мощностью 220 вольт, применяются в качестве защитной меры от воздействия электрического тока и предотвращения помех в работе различных устройствах.

Низкое напряжение в сети - это проблема, характерная для домохозяйств в частном секторе. 160-180 вольт - такого напряжения недостаточно для работы большинства бытовых электроприборов и светильников. Даже простейшая лампа накаливания при чрезмерно низком напряжении уже не светит, а просто «обозначает» свою нить накаливания нежно-малиновым цветом.

Прежде всего, следует помнить, что поставщик электроэнергии обязан обеспечить качество этой электроэнергии на вводе, то есть, на границе ответственности между абонентом и поставщиком. По факту наиболее часто граница ответственности располагается в точке подключения ответвления ВЛ к частному дому.

Поэтому принципиальное значение имеет вопрос: в пределах чьей зоны ответственности имеется проблема? Если на самой ВЛ напряжение такое же низкое, то отвечает за это энергоснабжающая организация (правление садоводства, «Энергосбыт» и т. д.) Но если там напряжение в порядке, то проблемным участком является ввод, а это уже находится на совести потребителя.

Произвести измерения на опоре ВЛ в точке подключения ответвления практически совсем не просто, да и небезопасно. Производить такие работы могут только квалифицированные сотрудники организации-поставщика электроэнергии.

Например, если проблемы с напряжением имеются только у вас, а соседи, подключенные к вашей же фазе, никаких неудобств не испытывают, то это достаточно ясно указывает на то, что техническая проблема находится именно на вашем ответвлении.

Еще одним характерным признаком проблем именно на вашем вводе может быть отсутствие просадки до включения каких либо электроприборов в именно в вашем доме. То есть, если выключен вводной аппарат - напряжение на вводе полноценное, а если работают одновременно плита, чайник и пылесос, то работать они уже практически не могут, так как просадка очевидна и заметна даже без использования специальных приборов.

Просадка напряжения в пределах границы ответственности домовладельца

Если просадка напряжения происходит именно на вашем ответвлении, то вероятны такие варианты:

1. Сечение вводного проводника недостаточно при имеющейся длине. На слишком тонких проводниках происходит падение напряжения, которое в случае предельной нагрузки может быть весьма значительным.

2. В цепи ответвления имеется , который играет роль дополнительного сопротивления. На этом сопротивлении в соответствии с законом Ома происходит падение напряжения. Этих-то вольтов, «пропадающих» на плохом контакте, может и не хватать.

Потерянные вольты становятся причиной выделения тепла. В первом варианте это не так уж и критично, поскольку вводной проводник греется по всей длине равномерно. А вот при наличии второго варианта плохой контакт будет греться. И весьма интенсивно, вплоть до того, что место нагрева будет видно невооруженным глазом. Нагрев будет способствовать дальнейшему ухудшению контакта, а итогом станет либо полная неработоспособность ввода, либо, в худшем случае, пожар.

Если вы выяснили, что падение напряжения в доме вызвано проблемами в вашем ответвлении ЛЭП, то следует предпринять следующие действия:

1. Критически оценить состояние контактов. Это, в первую очередь, касается места соединения магистральной ЛЭП и вашего ответвления. Как выполнено это соединение? Если при помощи обыкновенной скрутки, то весьма вероятно, что здесь и кроется проблема: переходное сопротивление такого контакта, расположенного под открытым небом, растет неуклонно, а от возгорания спасают только практически идеальные условия охлаждения. Особенно все это актуально в том случае, если скруткой соединяются алюминиевый магистральный и медный ответвительный проводники. К сожалению, такое тоже бывает.

Если же ответвление выполнено при помощи сертифицированных зажимов, то необходимо обратить внимание на состояние корпусов этих зажимов. Оплавление и другие повреждения корпуса зажима могут свидетельствовать о проблемах с электрическим контактом. Убедиться в наличии этих проблем можно, включив в сети предельную нагрузку (как можно больше электроприемников) и произведя нехитрые наблюдения. Если внутри зажима происходит искрение, испускается дым и явно повышается температура, то зажим одназначно является причиной просадки напряжения и подлежит замене.

2. Еще одним местом проблемного контакта могут стать верхние зажимы вводного коммутационного аппарата (чаще всего автомата). В этом случае искрение может исходить прямо из вводного щита, а корпус автоматического выключателя будет иметь признаки оплавления. Тогда вводной аппарат необходимо заменить.

Просадка напряжения в пределах границы ответственности энергосбытовой компании

На первый взгляд, кажется, что этот случай простейший: скооперировались с соседями, написали жалобу - и пожалуйста. Поставщик обязан обеспечить качество поставляемой электроэнергии по закону.

Однако по факту все гораздо сложнее. Пониженное напряжение в сети ЛЭП может быть связано с такими обстоятельствами:

1. перегрузка трансформатора подстанции,

2. недостаточность сечения проводников ЛЭП,

3. «перекос», то есть неравномерная загрузка фаз трансформатора.

Первые две причины нетрудно диагностировать, да непросто устранить: требуется либо замена трансформатора, либо реконструкция ЛЭП. К тому же нагрузка в сети не отличается стабильностью, а значит, и с третьей причиной тоже не все однозначно. Здесь следует отметить, что сегодня на большинстве подстанций исправно работает релейная защита. А это значит, что просадка напряжения из-за банальной перегрузки характерна лишь для некоторых садоводств и глухих поселений.

Обоснование того, что мощность трансформатора недостаточна, или что нагрузка по фазам распределена неравномерно, будет практически невозможно найти. Сейчас имеется перегрузка или перекос, а через полчаса его уже может не быть. Соответственно, и просадка напряжения тоже носит нестабильный характер, а потребители остаются один на один со своей проблемой.

Писать «бумагу» в адрес энергосбытовцев в подобной ситуации, конечно, надо. Но предпринимать какие-то шаги самостоятельно все равно придется. Как вариант - в подобном случае можно добиться разрешения от сбытовой компании и завести в дом . Далее можно установить на вводе автоматический переключатель фаз и всегда пользоваться только наименее загруженной в текущий момент фазой, напряжение в которой будет близко к 220 вольт.

При отсутствии такого разрешения от Энергосбыта можно производить периодическую «смену фазы» при участии электриков эксплуатирующей организации, которые обеспечат необходимое отключение на подстанции. Но надо отметить, что такие действия едва ли радикально решат вопрос.

Недостаточность сечения проводников ЛЭП относительно часто становится причиной просадки напряжения, причем не только в садовоствах, но и в частном секторе в черте города. Дело в том, что пару десятков лет назад эти линии выполнялись самыми дешевыми проводами. Наиболее распространенными были сталеалюминиевые провода АС сечением 16 кв. мм. Сталь обеспечивает этому проводу повышенные несущие способности, но существенно снижает проводимость. И это при том, что сечение 16 кв. мм. итак не особенно велико, а сам алюминий не отличается высокой проводимостью.

На том историческом этапе, когда даже электрическая плита имелась не в каждом частном доме, а других мощных электроприемников дома вообще не держали, ЛЭП из проводов АС-16 было вполне достаточно. А сегодня на месте прежних маленьких домиков возводятся целые дворцы. Причем все чаще отдается предпочтение электрическому бойлерному отоплению. Разумеется, потребление электроэнергии возрастает в разы. И даже если трансформатор на подстанции справляется, или его заменили, то на тонких проводах при больших токах происходит значительное падение напряжения.

Характерным признаком недостаточности сечения проводов ЛЭП или мощности трансформатора подстанции является нормальное напряжение ночью и неизменная просадка в вечернее время. Но стоит заметить, что эти две проблемы зачастую «ходят рука об руку».

Где слабые провода ЛЭП - там и маломощный трансформатор. А устранить проблемы мешает необходимость больших капиталовложений. Один трансформатор стоит около миллиона рублей, в зависимости от его мощности. Вдобавок реконструкция ЛЭП с использованием СИП тоже «встанет в копеечку».

Вот по этим причинам энергосбытовые компании, администрации садоводств и поселков могут хранить молчание годами даже при наличии явных проблем.

Известны такие способы частного решения проблемы низкого напряжения в сети:

1. Установка на свой ввод . Если честно, эта мера в случае просадки до 160-180 вольт сомнительна. Во-первых, стабилизатор такой глубокой стабилизации и подходящей для домовладения мощности будет стоить очень дорого. А во-вторых - десяток таких стабилизаторов в сети ЛЭП - и сеть буквально падает на колени, откуда ее уже не поднять никаким стабилизатором.

2. Установка повышающих трансформаторов напряжения на вводе. Это тоже совсем не подходит. Положим, поставили мы трансформатор, подобрав коэффициент трансформации со 160 до 220 вольт. А утром напряжение в сети пришло в норму, и вместо 220 в розетках стало 300 вольт. Сгорают все приборы и лампочки. Ведь проблема с просадкой напряжения состоит и в том, что просадка эта почти никогда не бывает стабильной.

3. Установка дополнительного заземляющего устройства на вводе. Разумеется, на нулевой рабочий проводник. Смысл здесь в том, что линия ЛЭП - это прямой проводник (фаза) и обратный (ноль). Сечение может быть недостаточным у обоих, но, заземлив нулевой проводник, можно уменьшить сопротивление рабочего нуля и в целом сопротивление линии тоже понизится. Однако такая мера тоже чревата. Прежде всего, тем, что во время ремонта на любой точке линии электрики могут попутать местами ноль и фазу.

В подобном случае заземленная фаза станет причиной короткого замыкания. Другой вариант - обрыв рабочего нуля на ЛЭП. Тогда все рабочие токи пойдут через ваше заземляющее устройство, что может привести к труднопредсказуемым результатам. В лучшем случае заземляющее устройство просто выйдет из строя.

По итогу придется признать, что не существует самостоятельного радикального решения проблемы просадки напряжения из-за слабого трансформатора подстанции или слишком тонких проводов ЛЭП. Один в поле - не воин. Необходимо объединяться с соседями, составлять обращение в адрес энергосбытовой организации и быть готовым к тому, что часть расходов придется брать на себя. Иначе дело может затянуться до бесконечности.

Александр Молоков

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.