Как понизить напряжение с 220 до 127 вольт без трансформатора: Как понизить 220 до 110 — Мастер на все ручки: Блог домашнего сварщика

Содержание

Когда и как появилось 220 вольт?

В нашей бытовой электросети используется переменное напряжение 220В частотой 50 Гц переменного тока, именно от него питаются все домашние электроприборы, но почему не 12В или 500В? Оказалось, что именно это напряжение является самым рациональным.

Вс 29 ноября 2020, 09:35

Фото: wikipedia.org

Надежное электрическое освещение появилось в Америке более 100 лет назад. Знаменитый изобретатель Томас Альва Эдисон (1847 – 1931) основал первую в мире электрическую компанию. Единственным известным электроприбором в те времена была лампочка накаливания, никаких других электроприборов ещё не придумали! Так что электричество применялось только для освещения. Встал вопрос: какое напряжение подавать в дома? В те годы, когда электроэнергия только пробивала себе путь в бытовой сфере, напряжение было постоянным. Благодаря Томасу Эдисону, который настойчиво продвигал свой стандарт напряжения 110В.

Все изменилось, когда петербургский профессор

Борис Семенович Якоби (1801-1874) создал первый практически пригодный электродвигатель в 1834 году.

Появились электрические вентиляторы, плитки, утюги и множество других приборов, работающих от электричества. Поэтому европейские электрические компании решили удвоить американский стандарт, чтобы по одному проводу «выдавать» в квартиры в два раза большую мощность. Вот и получилось 220. К концу 19 века Берлин и Париж были уже электрифицированы единой энергосистемой с переменным напряжением сети 220 вольт, отечественные компании также приняли этот стандарт.

Еще раньше в 1831 году Майкл Фарадей (1791-1867) открыл явление электромагнитной индукции, с помощью мотка проводника и постоянного магнита получил электрический ток. Его открытие лежит в основе получения электроэнергии на всех современных электростанциях. Итак, генератор на нашей электростанции преобразовывает механическую энергию в электрическую. А что дальше? В каком виде и как именно передавать энергию потребителю? Как избежать колоссальных потерь при передаче?

Сегодня попросту нельзя представить себе работу любого оборудования, потребляющего электроэнергию без трансформатора.

В 1848 году француз Генрих Даниель Румкорф (1803- 1877) придумал индукционную катушку особой конструкции. Данное изобретение было прообразом современного трансформатора.

Его задумку до совершенства довел ученый Павел Николаевич Яблочков (1847 – 1894), который представил свое творение в 1876 году. Главная его задача состоит в том, что он способствует преобразованию переменного тока в другое напряжение. Мощность, которая выделяется на нагрузке, вычисляется произведением тока на напряжение. Получается, что любую мощность можно получить различными произведениями тока на напряжение. Например, у нас имеется лампочка накаливания 100 Вт. Чтобы она работала на полную мощность, можно использовать напряжение 1 В и ток 100 А, или 12 В и 8,3 А, или 700 В и 0,14 А. В итоге мы получим наши 100 Вт. Главное, чтобы у нагрузки было такое сопротивление, чтобы при задуманном напряжении, через неё проходил нужный ток. Мощность будет выделяться не только на нашей 100 Вт лампе, но и на проводах, которые к ней идут.

Мощность в лампе будет преобразовываться в свет и тепло, а мощность на проводах будет преобразовываться только в тепло, которое нам не нужно. Это бесполезная потеря энергии.

Поразительно, но подобная ситуация существовала на самом деле! В дореволюционной России вплоть до начала 20 века сложилась поразительная ситуация. Рядом с каждым «крупным» потребителем электроэнергии (фабрика, подворье преуспевающего купца или гостиница для особ благородных кровей) строили отдельную электростанцию. Было множество конкурирующих фирм, предоставляющих услуги электрификации и, в последующем, своё электрическое оборудование пригодное только под свою сеть. Каждый поставщик электроэнергии задавал собственные параметры электросети – напряжение, частоту. Были даже электросети с постоянным током! Людям было удобнее использовать электрические приборы единого типа, не беспокоясь, что их новомодный электрический пылесос сгорит на новом месте жительства из-за других параметров энергосети.

Произошло полное вытеснение многих небольших фирм – никто уже не хотел пользоваться их услугами и их приборами, хотя они вынужденно подстроились под единый стандарт электросети.

Но постепенно, необходимость преобразования напряжения, для передачи энергии на большие расстояния, стала очевидной. Мощные генераторы невозможно было устанавливать прямо в жилых домах, а для использования далеко расположенных электростанций, напряжение нужно было повышать — иначе вся энергия уходила бы на тепловые потери в проводах. Первую рабочую линию электропередачи, генератора переменного тока и трёхфазный электродвигатель были продемонстрированы российским изобретателем

Александром Осиповичем Доливо-Добровольским (1862 — 1919). В этой системе переменное напряжение сначала повышалось трансформатором до нескольких тысяч Вольт (чтобы уменьшить потери на передачу), а затем — понижалось до уровня, нужного для работы электродвигателя. Эта линия стала такой удачной, что буквально за следующие 10 лет весь мир перешёл на трёхфазную систему, совершенно вытеснив как постоянный ток Эдисона, так и двухфазные генераторы Николы Тесла.

Только в 1913 году инженеры решились передавать электроэнергию на большие расстояния по воздушным проводным линиям, избавив от необходимости постройки электростанций «у каждой розетки». До начала 1960-х годов в электросети СССР использовалось напряжение 127 В, но количество электроприборов не обогнало количество населения. Чтобы как-то снизить нагрузку, нужно было или утолщать провода в кабельных линиях или увеличить напряжение (I=U/R). Выбрали меньшее из зол и увеличили напряжение в сети до тех же 220 вольт, только на каждую фазу.

Окончательная точка, по крайней мере, в Европе, была поставлена после Второй Мировой войны. Разрушенные коммуникации так и так нужно было восстанавливать и, естественно, всё было переделано на знакомые нам 220 Вольт. Генераторы на наших электростанциях производят так называемый трёхфазный переменный ток, – и кабель, проложенный к дому, содержит три токоведущих проводника, три фазы. Напряжение между этими фазами – 380 вольт.

Но вот напряжение между каждой такой фазой («плюсом») и «нулём» (который не очень правильно называют «минусом») составляет 220 вольт. Обычно в каждую квартиру электрики проводят только одну фазу, поэтому и напряжение в розетке (между фазой и нулём) будет 220 вольт. Но между двумя фазами напряжение – 380, всё в порядке.220 Вольт является компромиссом, золотой серединой (относительно безопасно, т.к. изоляцию не пробивает, позволяет использовать тонкие проводники). В США используется напряжение 110 В, а в Японии 100 В.

Найденное компромиссное значение напряжения в 220 Вольт стало таким удачным, что вряд ли будет изменено в ближайшие 50 — 100 лет. Поэтому, сохраняйте свои старые приборы (они имеют переключатель (220/127 вольт) — если они красивые и надёжные, пусть наши внуки и правнуки, которым вы оставите их в наследство, смогут включить бабушкино радио или переносной телевизор и почувствовать, как их родным жилось 100 лет назад!

Валериан Чупин

Источник информации: Чайковские.

Новости

Комментарии (1)

Истрию науки надо знать.

Официально: виновник ДТП был пьян

Как и предполагалось ранее, водитель автомобиля «Шевроле», совершившего наезд на пешеходов в Чайковском, на улице Вокзальная, на нерегулируемом пешеходном переходе, днём 6 февраля 2021 года был в состоянии опьянения.

Пн 08 февраля 2021, 15:02

Комментариев: 42

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ

Энергосберегающая лампа вышла из строя. Что делать?

Почти повсеместно привычные для нас лампы накаливания заменяются энергосберегающими. Отсутствие на Чайковской территории централизованной сети сбора и обезвреживания данного оборудования, плохая информированность жителей приводит к тому, что отработанные лампы выбрасываются вместе с обычным мусором, что недопустимо, так как внутри этих ламп находится ртуть.

Вт 13 мая 2014, 14:21

Комментариев: 13

127 → 220

Читал сегодня за завтраком форумы и наткнулся на упоминание того, что в России (СССР) когда-то было напряжение 127 вольт. Причём, относительно недавно было-то ещё, на памяти наших родителей:

В нашей коммуналке в Питере на Невском на 220 В перешли в 1969 году.
Если не изменяет память, перход со 127 на 220 состоялся в 1963-64 г. (г. Ленинград, ул. Моховая)

У меня в квартире в Москве со 127 на 220 вольт переводили примерно 1975-76 год.
Москва, дом 1915 года, Подсосенский переулок — переключен в 1988 на 220. Недалеко, в Милютинском переулке, лет 7 назад снимал подключенные(!) счётчики на 110 вольт, Сименс и АЕГ. И под потолком лампу с ЦЕЛОЙ угольной спиралью.

Там же на форуме можно узнать почему вообще когда-то использовали сниженное напряжение, причина понятна:

Конечно, при проектировании хотелось напряжение сделать побольше. Но были в этом деле естественные ограничения. Отсутствие хорошей изоляции для проводов и вопросы безопасности. Широкое применение дуговых ламп, которым высокое напряжение ни к чему. Отсутствие сплавов с высоким удельным сопротивлением (типа нихрома) для нагревательных приборов и т. д.

Интересно другое — чем выгодно более высокое напряжение. Почему России вообще понадобилось переходить на 220? В «Аргументах и Фактах» есть коротенькая статья «Какое напряжение выгоднее» вот она целиком:

ЗА ОТВЕТОМ мы обратились в Московский энергетический институт (МЭИ). «На самом деле в США не 110 вольт, а 127, — поправил читателя зам. руководителя кафедры электроэнергетических систем Илья Карташов. — Люди старших поколений помнят, что до середины 60-х годов в Советском Союзе в электросетях было такое же напряжение.
А увеличили его для того, чтобы снизить расход материалов на провода. Ведь сила тока при увеличении напряжения и сохранении той же мощности уменьшается — значит, площадь сечения провода тоже можно уменьшить. Технико-экономические характеристики сетей с напряжением 220 вольт гораздо выше, но процедура перехода на них очень сложная и дорогостоящая. СССР на это решился, а США, видимо, нет»

Трансформатор.

Виды трансформаторов.

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером Ⅰ символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток (Ⅱ и Ⅲ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.
Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!
Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.
Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U_вх — U_LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED)² / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)²/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7.2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0. 018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К_п = (Е_max — E_min) / (E_max + E_min) ⋅ 100%,

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К_п = (U_max — U_min) / (U_max + U_min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1. 9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U²_вх — U²_LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U²_вх — U²_LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1. 5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
I_LED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Электроприборы из США. Алгоритм решения проблемы 110-220 вольт.

Покупка электроники и бытовой техники в Соединенных Штатах очень распространенное на сегодняшний день явление, поскольку цены на мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки электробритвы и многое другое там порой гораздо ниже. Во всяком случае ценники на товары Apple, в частности флагманский смартфон – iPhone может отличаться в разы, особенно если речь идет о б.у. или «refurbished». Но напряжение в электросети США составляет 110 вольт, против 220-ти, так привычных в России, Украине, Казахстане, да и вообще во всей Европе. Да и форма вилки питания отличается радикальным образом. Что же делать? Оправдана ли покупка? Будет ли это проблемой?

Давайте разберемся. Для начала основные моменты. Начнем с того, что в описании товаров, продающихся в интернет-магазинах США, в частности на Amazon.com, eBay.com и других площадках, спецификация относительно электропитания указывается крайне редко. Получить дополнительную информацию, задав вопрос не всегда возможно – вам попросту могут не ответить. Дело в том, что все эти в основном товары рассчитаны на внутренний рынок Соединенных Штатов и вникать в «какое-то там напряжение», продавцу или службе поддержки интернет-магазина слишком сложно. Да они и не обязаны. И понять их можно. Поэтому на вопрос о целесообразности покупки придется в большинстве случаев отвечать самостоятельно. Но это не так сложно, как кажется. Все проще гораздо. Достаточно запомнить следующие основные моменты.

На сегодняшний день 100% ноутбуков, ультрабуков, смартфонов, планшетов, фаблетов, триммеров, эпиляторов, электробритв, беспроводных колонок и других электроприборов малой мощности вне зависимости от страны производства работают в диапазоне напряжений 110 – 220 вольт и могут без проблем использоваться по всему миру.

Все без исключения мощные электроприборы, вне зависимости от размера, как то фен, плойка, утюг, посудомоечная машина, телевизор, монитор, тостер, электрочаник, кухонный комбайн, кофеварка, десктоп (настольный компьютер), роботы и просто пылесосы не имеют универсальных блоков питания и в США работают строго с напряжением 100 – 110 вольт.

Правда несложно? Теперь просто ориентируясь на наименование товара вы сможете ответить на вопрос о целесообразности покупки его в США. Теперь немного подробнее.

Универсальные электроприборы, работающие в диапазоне напряжений 110 – 220 вольт

Возьмите любой ноутбук, смартфон или триммер, рассмотрите информацию, которая присутствует на зарядном устройстве или блоке питания. Вы обнаружите там диапазон допустимых напряжений электросети для безопасной работы. Ищите строку «INPUT». Обычно это 110 – 220 вольт, или же 100 – 240 вольт.

Вот стандартное зарядное устройство смартфона Samsung. В графе допустимого входного напряжения – «INPUT», указан диапазон от 100 до 240 вольт. Это означает что вы без проблем можете использовать его по всему миру.

Аналогичным образом выглядит зарядное устройство планшета Apple iPad, тот же диапазон напряжений: 100 – 240 вольт.

Или же любая электробритва, будь то Philips, Braun или Panasonic, все те же 100 – 240 вольт.

Можете не утруждать себя поисками данных о рабочих напряжениях беспроводных колонок, ноутбуков, виндеров (устройство для завода механических часов), видео и фотокамер. Всюду вы найдете универсальный рабочий диапазон напряжений.

На второй параметр, а именно частоту тока, указываемую в герцах также внимания можно не обращать, она универсальна по всему миру и составляет 50-60 герц.

Вывод? Не задумываясь вы можете приобретать мелкие электроприборы. Вы сразу сможете включить их в розетку при наличии специального переходника для вилки питания.

Переходник для вилки питания

Все без исключения электроприборы, которые продаются в Соединенных Штатах комплектуются вилкой питания с заземлением (тип B) или без оного (тип A). Первый вариант, вилка с заземлением встречается достаточно редко. Вот как они выглядят.

Вилка питания с заземляющим контактом

Вилка питания без заземляющего контакта

В Европейском Союзе, всех странах бывшего СССР, Китае, Японии, странах Африки привычной является вилка совершенно другой формы (тип C). Разница видна невооруженным, как говорится, глазом.

Вилки стандарта A (США) и C (Европа, Азия)

Решается эта проблема очень просто – путем покупки т.н. «универсального переходника». И если сетевая вилка купленного электроприбора имеет заземляющий контакт, то необходимо приобрести переходник, который подходит, как для вилок с заземляющим контактом, так и без. Если же заземляющий контакт на вилке отсутствует, то подойдет обычный переходник, без заземления.

Сетевые переходники с американской вилки шнура питания на европейскую. Для вилок без заземляющего контакта (справа) и универсальный (слева).

Переходник просто надевается на вилку и ваш электроприбор готов к работе.

Вариант покупки такого адаптера – универсальное решение. Стоит он обычно $1-2. Как правило они продаются в магазинах электротоваров. В наличии те или иные модели есть практически всегда. По отзывам многих пользователей без проблем такие переходники можно приобрести на радиорынках. Многие пользователи предпочитают приобретать их через интернет, обычно сразу по пять – десять штук, как правило покупая на китайской площадке Aliexpress.com, где они всегда продаются в широком ассортименте с бесплатной доставкой.

Но не гонитесь за дешевизной! Крайне низкая цена адаптера обычно означает приблизительно такое же качество. Крошащийся дурно пахнущий пластик, греющиеся и гнущиеся контакты, выпадающий из розетки полностью или по частям адаптер, плохо фиксирующаяся в адаптере вилка электроприбора – все это не надумано. Это реальные проблемы поджидающие вас, если решите сэкономить и купите откровенный мусор. Плюс опасность оплавления вилки, порчи электроприбора и даже возникновения пожара никто не отменял. Хороший адаптер прослужит много лет и стоит он 1-2 доллара, но никак не 10 центов.

Есть еще один вариант решения проблемы – замена на «европейский стандарт» вилки питания или всего шнура. Данная манипуляция не сложна и произвести ее можно в сервисном центре или же если вы дружите с отверткой и головой – просто дома. Единственное, что хочется отметить: при самостоятельной замене шнура или вилки рискуете испортить электроприбор и даже получить удар током, поэтому приступайте, только в том случае если на 100% уверены в себе.

Если будете менять вилку или шнур, то оптимально использовать оригинальные от другого электроприбора. Идущие «на замену» вилки и шнуры обычно очень низкого качества и с оригинальными не идут ни в какое сравнение.

Вот, например решение проблемы с вилкой питания, для полученного из США ноутбука. Оригинальный шнур (слева) отправился в мусор и просто был куплен новый шнур идущий от блока питания к розетке (справа). Это решение не самое лучшее, т.к. отдельно продающиеся шнуры, повторимся, качества, как правило низкого. Оптимально было бы купить качественный адаптер, сохранив оригинальный шнур.

Электроприборы работающие в диапазоне напряжений 100-110 вольт

Теперь рассмотрим другой вариант ситуации: купленный электроприбор рассчитан строго на напряжение 100-110 вольт. Это все крупные стационарные электроприборы, которые редко путешествуют между континентами. Кроме телевизоров со стиральными машинами сюда относятся небольшие, но мощные электроприборы: утюги, фены, плойки, электрочайники, тостеры, пылесосы.

Решить и эту проблему можно, но не так просто и дешево, как с адаптером. Вас выручит покупка специального прибора, т.н. понижающего трансформатора, который преобразовывает напряжение электросети 220 вольт, автоматически понижая его до необходимых прибору 110 вольт. После его покупки такого трансформатора никаких адаптеров покупать больше не надо, т.к. все необходимые разъемы уже есть на приборе.

Со стороны пользователя никаких настроек, кроме соединения вилок питания не требуется, просто придется каждый раз подключать имеющийся электроприбор к сети через данный трансформатор. Но момент, который необходимо обязательно учесть при покупке — это мощность вашего электроприбора.

Для мощных электроприборов нужен понижающий трансформатор большей мощности. Вам необходимо определить максимальную мощность вашего электроприбора, которая обычно указывается в Ваттах (ищите «W» или «Watt») и исходя из этой информации уже покупать понижающий трансформатор.

Габариты понижающих трансформаторов варьируют. Для электроприборов небольшой мощности – до 150-200 Ватт (принтер, ксерокс) он немного больше обычного блока питания, а для большей мощности, например 1000-3000 Ватт (фен, пылесос), его габариты могут достигать размеров двухлитрового пакета с соком.

Вот как выглядит стандартный понижающий трансформатор небольшой мощности. Обратите внимание, что на всех подобных приборах разъем под вилку американского стандарта уже присутствует

А вот понижающий трансформатор большей мощности, рассчитанный на целых два электроприбора.

Торговая марка «Штиль», Российская Федерация.

Обычно понижающие транформаторы найти в магазинах электротоваров непросто. Легче заказать через интернет, например с бесплатной доставкой, они есть в китайском Aliexpress или гипермаркете Amazon. Стоят от $20, для приборов мощностью до 200 Ватт. Чем мощнее подключаемый прибор, тем дороже трансформатор, например для приборов мощностью до 3000 Ватт он уже будет стоить от $100.

Также, как и в случае с адаптерами сильно экономить тут не стоит. Рискуете получить проблему.

И под конец ответы на несколько распространенных вопросов.

Влияет ли понижающий трансформатор на качество работы? Не испортится ли со временем подключаемый прибор?

Конечно нет, наоборот трансформатор здесь будет играть роль стабилизатора напряжения. Так, что если правильно подобрана мощность и куплен хороший, качественный, трансформатор, то все будет хорошо.

Когда оправдана покупка электроприбора для использования которого необходим понижающий трансформатор?

Обычно это дорогостоящая техника, при покупке которой удалось значительно сэкономить. Или же приборы, которых на отечественном рынке попросту нет. Покупать в США простой пылесос на 110 вольт, платить за его доставку, а затем докупать за $100 понижающий трансформатор смысла нет никакого.

Нашел в США электроприборы рассчитанные на 220 вольт. Можно их покупать?

Да, такие товары и даже целые магазины встречаются. Конечно можете покупать. Обычно эти товары уже укомплектованы «евровилкой».

Что будет если прибор рассчитанный строго на 110 вольт подключить к сети 220 вольт?

Рискуете его просто испортить. Могут быть и другие последствия. Лучше не пробовать. Работать он точно не будет.

Если мощности понижающего трансформатора недостаточно?

В этом случае также стоит воздержаться от использования. Хорошо если есть встроенный предохранитель, который просто отключит электроприбор при нагревании. А если нет? Проверять не стоит.

Обсудить вопросы связанные с проблемой «110-220» на форуме

Каким должно быть напряжение в розетке домашней электросети: 220В или 230В?

Содержание

Стандарт бытового напряжения в СССР до 60-х годов XX века

В СССР вплоть до 60-х годов XX века эталоном бытового напряжения считались 127 В. Это значение обязано своим появлением талантливому инженеру русско-польского происхождения Михаилу Доливо-Добровольскому, разработавшему в конце XIX века трёхфазную систему передачи и распределения переменного тока, отличную от ранее предложенной Николой Тесла – двухфазной.

Изначально в трехфазной системе Добровольского линейное напряжение (между двумя фазными проводниками) составляло 220 В. Фазное напряжение (между нейтральным и фазным проводником), которое мы используем в бытовых целях, меньше линейного на «корень из трёх» – соответственно для данного случая получаем указанные 127 В.

Новый стандарт сетевого напряжения в Европе

Дальнейшие развитие электротехники и появление новых электроизоляционных материалов привели к повышению указанных значений: сначала в Германии, а затем и во всей Европе был принят стандарт 380 В – для линейного напряжения и 220 В – для фазного (бытового). Сделано это было с целью экономии – при росте напряжения (с сохранением установленной мощности) в цепи снижается сила тока, что позволило использовать проводники с меньшей площадью сечения и сократить потери в кабельных линиях.

СССР переходит на новый стандарт – 220/380 В

В Советском Союзе, несмотря на наличие прогрессивного стандарта 220/380 В, при реализации плана массовой электрификации строили сети переменного тока преимущественно по устаревшей методике – на 127/220 В. Первые попытки перейти на напряжение европейского образца были предприняты в нашей стране ещё в 30-х годах XX века. Однако массовый переход был начат лишь в послевоенное время, его причиной стала возрастающая нагрузка на энергосистему, которая поставила инженеров перед выбором – либо увеличивать толщину кабельных линий, либо повышать номинальное напряжение. В итоге остановились на втором варианте. Определённую роль в этом сыграл не только фактор экономии материалов, но и привлечение к работе немецких специалистов, имевших прикладной опыт использования электрической энергии с напряжением 220/380 В.

Переход растянулся на десятилетия: новые подстанции строили уже под номинал 220/380 В, а большинство старых переводили лишь после плановой замены отслуживших свой срок трансформаторов. Поэтому в СССР долгое время параллельно сосуществовали два стандарта для сетей общего пользования – 127/220 В и 220/380 В. Окончательное переключение на 220 В некоторых однофазных потребителей, по свидетельствам очевидцев, произошло только в конце 80-х — начале 90-х годов.

Сетевое напряжение в США

Стоит отметить, что не все страны перешли на общий стандарт напряжения. Например, в США установленное напряжение однофазной бытовой сети – 120 В, при этом к большинству жилых домов подводятся не фаза и нейтраль, а нейтраль и две фазы, позволяющие в случае необходимости запитать мощных потребителей линейным напряжением. Кроме того, в Соединённых Штатах отлична и частота – 60 Гц, в то время как общеевропейский стандарт – 50 Гц.

Дальнейшее увеличение номинальных напряжений – 230/400 В

Потребление электрического тока постоянно росло и в конце ХХ века в Европе было принято решение о дальнейшем увеличении номинальных напряжений в трехфазной системе переменного тока: линейного с 380 В до 400 В и, как следствие, фазного с 220 В до 230 В. Это позволило повысить пропускную способность существующих цепей питания и избежать массовой прокладки новых кабельных линий.

В целях унификации параметров электрических сетей новые общеевропейские стандарты были предложены Международной электротехнической комиссией и другим странам мира. Российская Федерация согласилась их принять и разработала ГОСТ 29322-92, предписывающий электроснабжающим организациям перейти на 230 В к 2003 году. ГОСТ 29322-2014, как уже выше упоминалось, устанавливает значение номинального напряжения между фазой и нейтралью в трехфазной четырехпроводной или трехпроводной системе равным 230 В, однако допускает применение и систем с 220 В.

Пятипроцентное изменение их номинала не должно сказаться на функционировании привычных бытовых электроприборов, так как они имеют определённый диапазон допустимых значений питающего напряжения. Обе величины, 220 и 230 В, в большинстве случаев, входят в этот диапазон. Однако определённые трудности при переходе на европейские стандарты всё-таки могут возникнуть. Они, в первую очередь, коснутся работы осветительного оборудования с лампами накаливания, рассчитанными на 220 В. Увеличение входного напряжения вызовет перенакал вольфрамовой нити, что негативно скажется на её долговечности – такие лампы будут чаще перегорать. Поэтому покупателям следует быть внимательнее и выбирать электролампы, допускающие включение в сеть 230 В (номинальное напряжение обычно указывается в маркировке прибора).

В заключение следует сказать, что различные нештатные ситуации, возникающие в отечественных электросетях (резкие перепады напряжения или прекращение подачи электричества), представляют для электрооборудования намного большую опасность, чем плановый переход на европейские стандарты электропитания. Кроме того, энергоснабжающие компании часто не соблюдают требования к качеству электроэнергии, допуская сильные отклонения от установленных номинальных значений.

Защитить современную технику от пагубных влияний различных сетевых колебаний могут специальные устройства – стабилизаторы напряжения и источники бесперебойного питания. Группа компаний «Штиль» выпускает данное оборудование с различными значения выходного напряжения: 220 В, 230 В или 240 В.

Подробнее о стабилизаторах напряжения «Штиль»:
Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Модельный ряд.

Понижающий трансформатор 220 на 12 вольт: устройство, виды

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.

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:

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.
Обмотки. Представляют собой токопроводящую проволоку, намотанную витками. В качестве материала для её изготовления используется медь или алюминий.
Каркас. Служит для намотки на него обмоток, изготавливается из изоляционного материала.
Изоляция. Защищает катушки от межвиткового замыкания, а также их непосредственного контакта с токопроводящими частями конструкции. Чаще всего используется лак, клипперная лента, лакоткань.
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).

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.

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:

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.
КПД. Определяется отношением мощности, затрачиваемой на полезную работу к потребляемой.
Коэффициент трансформации. Определяет способ преобразования.
Количество обмоток.
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.

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 см2. 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 мм2 и 5 мм2.

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.

Источник: https://rusenergetics.ru/novichku/transformator-220-na-12-volt

Понижающие трансформаторы 220-12 вольт: изготовление своими руками и схемы

Бытовая электрическая сеть имеет напряжение 220 вольт, на которое рассчитано большинство электроприборов.

При этом часто возникает необходимость понижения напряжения до 12 В для питания отдельных потребителей – низковольтных нагревателей, галогенных ламп и питания других устройств (светодиодные ленты и т. д.

), рассчитанных на переменный ток. Такое преобразование обеспечивается трансформатором, который имеет небольшие размеры и цельный корпус.

Устройство можно подобрать и приобрести в торговых сетях, и при необходимости изготовить своими руками.

Стандартный трансформатор для понижения напряжения состоит из 2х обмоток (первичной и вторичной), намотанных на ферримагнитный сердечник медным проводом. Первичную подсоединяют в сеть, а вторичную к нагрузке. Принцип работы такого устройства заключается в следующем:

Напряжение, поданное на первичную обмотку, генерирует вокруг сердечника переменное поле.
Магнитная индукция при подсоединении к нагрузке создает в витках вторичной обмотки напряжение, а от первичной обмотки будет поступать энергия, отдаваемая в цепь вторичной.

На величину выходного напряжения оказывает влияние соотношение и число витков каждой обмотки.

Регулируя этот показатель, можно добиться любого значения тока на вторичной обмотке, и получить как понижающий, так и повышающий трансформатор.

При этом нужно иметь в виду, что прибор, подключенный к бытовой сети 220 В, выдаст переменное напряжение, которое после при необходимости можно преобразовать выпрямителем.

В настоящее время широко применяются понижающие устройства электронного типа, изготовленные на основе полупроводников, работу которых дополняет интегральная схема. Они имеют определенные преимущества в виде малых размеров, высокого КПД, небольшого веса, отсутствия нагрева и шума, возможности осуществления регулировки тока, защиты от короткого замыкания. Но традиционный трансформатор продолжает активно применяться из-за надежности и простоты конструкции.

Выбор готового решения, критерии

Магазины электротехники и электроники предлагают готовые бытовые трансформаторы для различных нужд. Выбирая необходимое устройство, нужно руководствоваться следующими критериями:

Параметрами входного напряжения. Корпус прибора должен быть отмечен маркировкой 220 или 380 В. В данном случае необходим бытовой вариант для сети 220 вольт.
Параметрами входного напряжения, которые должны соответствовать 12 В.
Мощностью. Для этого предварительно подсчитывают суммарную нагрузку, которая будет запитана через трансформатор. Данный показатель устройства должен превышать расчетное значение минимум на 20%.

Читайте так же: Обзор электрогенераторов на дровах

При помощи трансформатора, преобразующего 220 до 12 В, можно хорошо сэкономить на защитных материалах и кабеле, реализовав на его основе бытовую систему освещения, применив галогеновые лампы и светодиодные ленты. Это безопасная схема в плане поражения электротоком, к тому же защищенная от перепадов напряжения и короткого замыкания. Подобные системы исключают возможность возникновения пожаров.

На видео рассказ про покупку готового решения
Понижающие трансформаторы классифицируются, исходя из вида исполнения (открытые или имеющие корпус) и по применению (промышленные, бытовые). Также устройства делятся по способу крепления:

Стержневой, в котором обмотки собирают вокруг стержня, а его самого устанавливают только в вертикальном положении.
Броневой, в котором применяется броневая обмотка, позволяющая устанавливать прибор в любом положении.

Обзор готовых моделей

Среди готовых моделей устройств, представленных в магазинах электротехники для преобразования тока бытовой сети 220 в 12 вольт, можно отметить следующие:

Средние цены по регионам

В зависимости от местоположения региона, цена на один и тот же трансформатор может различаться. К примеру, трансформатор ОСО 0,25 220/12 в различных городах будет иметь разную стоимость:

Город	Цена	Город	Цена
Алматы	600	Екатеринбург	595
Москва	605	Ростов-на-Дону	595
Челябинск	600	Пермь	595
Новосибирск	600	Владивосток	595

Самостоятельное изготовление

При необходимости изготовления понижающего трансформатора с 220 до 12 В, после проведения расчетов мощности изделия приступают к приобретению необходимых материалов. Для этого понадобятся:

Сердечник. Можно использовать эту часть подходящего размера от вышедшего из строя телевизионного трансформатора.
Эмалированный медный провод необходимого сечения.
Ленточную изоляцию (лакоткань), пропарафиненную бумагу и картон.

Читайте так же: Сделаем зарядное устройство из блока питания компьютера

Намотку витков можно производить вручную или изготовить для этого своими руками простой намоточный станок, схема которого находится в свободном доступе в сети. Размер изделия будет зависеть от размера сердечника. Если он имеет форму кольца, то намотку витков придется производить вручную.

Процесс самостоятельного изготовления трансформатора состоит из следующих этапов:

Расчет характеристик и количества витков будущего устройства. Расчет ведется от напряжения первичной сети (220В), а также его параметров на выходе и сечения сердечника.

К примеру, если его площадь равна 6 см2, то константа для среднего трансформаторного металла, равная 60, делится на сечение. В нашем случае выходит, что на единицу напряжения (1В) придется по 10 витков. Результат умножают на 220 и получают кол-во витков.

Вторичную считают по тому же принципу: 10 витков умножают на 12 В.

Для первичной обмотки берут провод с лаковой изоляцией и небольшим сечением (около 0,3). Вторичной подойдет сечение 1 мм. Сердечник очищается от налета, лакируется, и оклеивается пропарафиненной бумагой.

Изготавливают каркас для катушки. Для этого берут толстый картон, по внутренним размерам он должен быть немного больше стержня сердечника, и легко заходить в окно трансформатора.

Наматывается первичная обмотка, которую после 2-3 рядов изолируют накладыванием бумаги. Концы обмотки закрепляют на каркасе, и кладут слои пропарафиненной бумаги.

Вторичная обмотка мотается в направлении, аналогичном первичной. После закрепления выводов, сверху на витки наклеивают бумагу.

Изготавливают основание. Для этого подойдет доска, толщиной до 5 см, прикрепленная к сердечнику металлическими скобами, огибающими его снизу. На основание выводятся и закрепляются концы обмоток.

Схема подключения устройства достаточно проста, так как изделие, изготовленное на заводе, обязательно маркируется.

Нулевой провод обозначают «N» или «0», а фазу «L» или «220», на выходе чаще всего пишут параметры выходного напряжения.

Если на приборе схема стерта, или он изготовлен своими руками, обмотка распознается по сечению провода: в понижающем трансформаторе первичная всегда будет тоньше вторичной.

Эксплуатация, нюансы

Главное требование правильной эксплуатации трансформатора – это место, специально оборудованное для его установки или использования.

Его нужно содержать в сухости, чистоте, и предохранять от проникновения мусора и пыли. В бытовых условиях для этого применяют специальный ящик или корпус. Также устройство в обязательном порядке заземляют.

Читайте так же: Делаем компрессор из холодильника своими руками

Обслуживание и ремонт

Обслуживание понижающего трансформатора производится с периодичностью, установленной в зависимости от конкретного устройства.

Как правило, оно заключается в следующих процедурах:

Наружный осмотр с устранением загрязнений.
Осмотр уплотняющих деталей (прокладок и колец) и подтяжка их при необходимости.

В устройстве могут возникать неполадки и поломки в виде повреждения витков и трещин секций обмотки, что не требует демонтажа обмоток, и устраняется наложением на поврежденный участок лакоткани. При коротком замыкании в обмотках или их обрыве, производится демонтаж с последующим ремонтом, представляющим собой последовательность операций, аналогичных самостоятельному изготовлению устройства.

Трансформатор – это электроприбор, состоящий из стального сердечника и пары катушек-обмоток. Устройство преобразует поданный на первичную обмотку ток до нужного напряжения, исходя из характеристик сердечника, диаметра провода и числа витков.

Прибор для понижения тока с 220 до 12 В можно приобрести в магазине или изготовить самостоятельно, если стоимость материалов дешевле стоимости готового изделия, после чего использовать для подключения потребителей, использующих переменный ток 12 В, которыми являются светодиодные ленты, лампы и другие осветительные приборы, электронагревателя или блоки питания. Трансформаторы, рекомендованные к заказу: