Как подключить трансформатор на 12 вольт

При замене галогеновых ламп на 12В в точечных светильниках светодиодными часто возникает вопрос: «нужно ли менять источник питания?». Для галогенок использовали электронные трансформаторы с выходным напряжением 12 вольт, а для светодиодных ламп продаются специальные блоки питания (БП) с выходным напряжением также 12 вольт. В чем же их различие и взаимозаменяемы ли они? Давайте разбираться!

Что такое электронный трансформатор?

Электронным трансформатором называют схему импульсного источника питания на основе трансформатора и высокочастотного генератора на полупроводниковых ключах. Они питаются от сети 220В переменного тока, а на их выходе переменное напряжение с действующим значением порядка 12В.

Структурная схема устройства изображена на рисунке ниже.

Здесь мы видим, что питание 220В сначала поступает на выпрямитель, после чего выпрямленное пульсирующее с частотой 100Гц напряжение поступает на узел силовых ключей и генератора, рассмотрим пример типовой принципиальной электрической схемы электронного трансформатора.

Здесь изображена типичная автогенераторная двухтактная схема. Её особенностью является то, что для работы ключей в режиме коммутации (переключений) на высокой частоте им не требуется ШИМ-контроллеров или других специализированных ИМС. Говоря простыми словами работа автогенератора заключается в переключении транзистора в результате напряжений, наводимых на обмотках импульсного трансформатора и положительной обратной связи.

Что мы видим на схеме? Первое что бросается в глаза – отсутствие диодного моста на выходе, а значит, что выходное напряжение переменное, а также отсутствие цепей, предназначенных для стабилизации выходного напряжения. Вы можете подробнее ознакомится с принципом их работы посмотрев видео:

Подобная схема лежит и в основе большинства зарядных устройств для мобильных телефонов, ЭПРА для питания люминесцентных ламп, в том числе в энергосберегающих или компактных люминесцентных лампах в некоторых вариациях и некоторыми доработками.

Рассмотрим выходные осциллограммы.

Здесь видно, что переменное напряжение амплитуда которого пульсирует от нуля до + и – 17Вольт. Такие изменения амплитуды с течением времени – повторяют пульсации выпрямленного сетевого(100Гц). Получается интересная ситуация – есть высокочастотное выходное напряжение, изменяющееся с частотой в десятки тысяч герц, при этом его амплитуда изменяется от 0 до 17 вольт с частотой в 100 Гц или выпрямленные 50 Гц. Если растянуть ось времени и рассмотреть форму на уровне периодов, то картинка примет следующий вид.

Здесь видно, что сигнал по форме далёк от синусоиды, а скорее прямоугольник с небольшим уклоном в сторону заднего фронта.

Блоки питания для светодиодных ламп 12В

Их часто называют блоками питания для светодиодных лент, фактически для подключения и лент и ламп нужен любой источник постоянного стабилизированного напряжения 12В с минимальными пульсациями. На практике в современном мире используются импульсные источники питания, рассмотрим типовую схему.

Или другой вариант:

Что общего у этих двух, казалось бы, разных схем? Они построены на интегральном ШИМ-контроллера который управляет силовыми ключами – транзисторами, они могут быть и полевыми, и биполярными. Кроме того, в выходном каскаде схемы вы видите выпрямитель и конденсаторы для сглаживания пульсаций (фильтр). Всё это значит, что на выходе мы получаем стабилизированный DC источник питания. Величина его пульсаций будет зависеть от нагрузки и ёмкости фильтрующих конденсаторов.

Её также можно реализовать на автогенераторной схеме, подобной электронному трансформатору, добавив цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения. В результате получится схема наподобие такой.

Аналогичная конструкция используется в упомянутых выше зарядных для мобильны телефонов здесь за стабилизацию отвечает цепочка обратной связи на 11 вольтовом стабилитроне VD9 и транзисторной оптопаре U1.

Принцип работы подобных ИИП мы рассматривали в статье ранее – Схемотехника блоков питания светодиодных лент.

5 особенностей и отличий БП для LED-лент и ламп от электронных трансформаторов для галогенных ламп

Итак, подведем итоги и ответим на вопрос: «почему нельзя питать светодиодные лампы от электронного трансформатора?». Для этого мы перечислим основные особенности этих источников питания и требования для работы светодиодных изделий.

1. Для включения светодиодных лент и ламп на 12В нужно постоянное напряжение. Так как у светодиодов нелинейная вольтамперная характеристика – они очень чувствительны к отклонениям напряжения питания от номинального, и при его превышении быстро выйдут из строя.

2. Электронные трансформаторы выдают пульсирующее переменное высокочастотное напряжение. Величина всплесков и пиков может достигать и 40 вольт в некоторых случаях. Это может привести к выходу из строя светодиодов или драйверов, встроенных в LED-лампу, а также к их нестабильной работе.

3. У электронных трансформаторов есть такая характеристика как минимальная нагрузка (смотрите рисунок ниже). Это значит, что, если подключить нагрузку меньше указанной на блоке питания он может либо не запуститься, либо выдавать большие пульсации, а также отключаться или другим образом отклоняться от нормального режима работы. Это критично, поскольку галогенные лампы потребляют в разы большую мощность, чем светодиодные, поэтому электронный трансформатор может проявлять себя подобным образом.

Читайте также:  Какой перфоратор лучше выбрать для дома

Мощность указана от 20 до 105 Вт, что говорит об ограничении по минимальной подключаемой мощности.

4. У блоков питания для ламп на 12В выходное напряжение и постоянное, и стабилизированное при этом.

5. Для питания галогеновых ламп не разницы в роде тока (постоянный или переменный), которым её будут питать. Важно действующее значение напряжения на ней. Поэтому они подойдут под оба варианта источников питания.

Заключение

Нельзя использовать электронный трансформатор для питания светодиодных изделий. Подбирайте блок питания с постоянным стабилизированным выходным напряжением. В противном случае ваши светильники и лампы могут выйти из строя. Также будьте внимательны – сейчас популярны светильники, предназначенные для питания источником постоянного тока – драйвером, это отдельный вид устройств! Об этом читайте здесь – В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов

Название слова «трансформатор» происходит от латинского «transformare», что в переводе означает «превращать». Научное определение для него следующее: трансформатор — это устройство, способное преобразовывать, используя свойства электромагнитной индукции, значения напряжения одной величины в значения другой без изменения частоты.

Прибор нашёл широкое применение в различных областях энергетики, электроники и радиотехники. Наиболее часто трансформаторы используются в электрических сетях и в блоках питания всевозможных электронных приборов.

Общее устройство и принцип работы

Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют значение переменного напряжения неизменным, они носят название гальванические.

Любой трансформатор состоит из таких основных частей:

  • магнитопровода (сердечника);
  • обмоток;
  • каркаса для расположения обмоток;
  • изолятора;
  • различных конструктивных элементов (скоб для крепления, планок для вывода контактов и т. п. ).

Трансформатор имеет в своей конструкции две или более обмоток, связанных между собой индуктивностью. Они могут быть как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются изоляционным слоем. Обмотки наматываются на магнитопровод, изготовленный из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подключается к источнику напряжения, а вторичная — к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, вне зависимости от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменное напряжение, это приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, приводит к созданию в сердечнике переменного магнитного поля, под действием которого происходит появление переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. Во время подключения вторичной обмотки к нагрузке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подводится электроэнергия, называется первичной. Вторая, подсоединённая к нагрузке и потребляющая ток, называется вторичной.

В зависимости от конструкции устройства бывают:

  • автотрансформаторные;
  • импульсные;
  • разделительные;
  • пик-трансформаторы.

По способу охлаждения трансформаторы бывают с воздушным охлаждением и жидкостным. Кроме того, производятся приборы с комбинированным охлаждением, жидкостно-воздушным.

К главным техническим характеристикам устройств можно отнести:

  • величину напряжения: высоковольтный, низковольтный;
  • тип преобразования: повышающий, понижающий;
  • число фаз: однофазный или трехфазный;
  • число обмоток: двухобмоточный или многообмоточный;
  • форму сердечника: стержневой, тороидальный, броневой.

Основным показателем устройства является номинальная мощность, единица измерения которой — вольт-ампер (ВА). Маломощными принято считать устройства, передающие десятки вольт-ампер, средней мощности — сотни, а большой — до нескольких тысяч вольт-ампер.

Отдельно хочется остановиться на немаловажном параметре, таком, как коэффициент трансформации. Это значение показывает величину соотношения между входным и выходным напряжением и прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт

Трансформаторы такого вида нашли большое применение в быту и на производстве. Основное их назначение — это запитывание низковольтных устройств, таких, как приборы освещения, рассчитанные на питание 12 вольт, или применение в блоках питания.

Вместе с тем изготовители при производстве всё чаще добавляют защиту от короткого замыкания и превышения напряжения, что оказывает положительное воздействие на срок службы как всего устройства, так и подключаемой к нему нагрузки. Правда, при этом следует понимать, что в таком случае под трансформатором понимается уже не один электронный элемент, а некоторая совокупность.

Необходимость применения источников с напряжением 12 вольт

Существуют такие места, в которых низковольтное напряжение предпочтительнее. Это объекты с повышенной влажностью, повышенным требованием к безопасности. А в сырых и пожароопасных помещениях применение сети 220 вольт вообще запрещено нормами правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Электросеть с применением понижающего трансформатора не требует дорогостоящих защитных материалов и считается условно безопасной для жизни и здоровья человека. Использовать лампочки 12 вольт в осветительной сети не только дешевле их аналогов, но и выгоднее в том плане, что срок их службы в несколько раз выше, так как они дополнительно защищены понижающим трансформатором от бросков напряжения и шумов.

Читайте также:  Производственные станки и оборудование для малого бизнеса

Применение для источников света

Всё чаще в качестве источников света в квартирах и офисах, а также при создании интерьерных подсветок применяются галогенные и светодиодные лампы. Благодаря своей конструкции они обладают большой яркостью свечения и сроком службы.

Маленькие размеры таких источников освещения позволяют использовать их в разноплановых местах, а малый вес светильников не утяжеляет всю конструкцию, что даёт свободу действия при их монтировании как одиночных, так и в люстре. Изготавливаются галогенные светильники с разной величиной рабочего напряжения, оно составляет 6, 12, 24 вольт. Для питания галогенных ламп применяют понижающие трансформаторы двух видов — тороидальные и импульсные.

В тороидальном преобразователе в качестве основы используется магнитопровод кольцевого типа, представляющий собой геометрическую фигуру тор. Такой вид магнитопровода является практичным и обладает наибольшим КПД. Но есть и недостатки. В первую очередь — это их габариты и вес, во вторую — повышенный нагрев при работе.

Меньшими размерами, возможностью плавного запуска, наличием стабилизации обладают электронные трансформаторы, которые применяются в цифровых блоках питания. Принцип работы этих устройств отличается от тороидальных моделей, так как, кроме трансформатора, здесь применяются дополнительные электронные детали. Участвуя в преобразовании электроэнергии, он практически не нагревается. Часто такое устройство производится со встроенными защитами, что вносит дополнительные удобства при использовании и продлевает срок службы. Единственный недостаток импульсного трансформатора — его цена.

Блок питания для галогенных ламп 12 вольт

Для того чтобы использовать электронный трансформатор в качестве источника питания, к нему необходимо подключить ряд электронных деталей. В общих чертах схема такого блок питания будет работать следующим образом.

Напряжение сети 220 В попадает через фильтры на специальную часть схемы, называемую драйвер. Ток, проходя через ключевой транзистор и первичную обмотку, насыщает сердечник, образовывая ЭДС на сигнальных витках.

Появившийся ток заряжает конденсатор автоколебательного контура, напряжение на обкладках конденсатора повышается до тех пор, пока транзистор не закроется. Разность потенциалов на сигнальной обмотке исчезает, и конденсатор разряжается через неё, при этом транзисторный ключ вновь открывается. Весь процесс происходит заново, его частота составляет порядка десятков тысяч Герц. Для получения постоянного напряжения 12 В к выходу устройства подключается диодный мост со сглаживающим электролитическим конденсатором.

Расчёт и выбор трансформаторов

В различных точках продажи можно приобрести устройства с различной мощностью и параметрами. Перед тем как приступить к монтажу, необходимо рассчитать мощность подключаемой нагрузки.

Рассмотрим пример для галогенных ламп. Предположим, что у нас дома установлено десять точечных галогенных лампочек с мощностью 30 W и напряжением 12 вольт. Мощность всех осветительных приборов составит 300 W, для комфортной работы необходимо к этой мощности добавить 15 процентов. Получается, что необходимо рассматривать покупку устройства с параметром не меньше 345 ватт напряжением 12 вольт. Таким способом ведётся расчёт для любого устройства, будь то галогеновый прожектор или светодиодная лента. Из производителей следует обратить внимание на Philips, Feron, OSRAM.

При подключении важно учесть одно из свойств понижающих преобразователей. Оно заключается в том, что чем ниже напряжение, тем больше потребляется ток при неизменной мощности, а значит, и большее падение напряжения на проводах. Поэтому при монтировании низковольтных линий освещения необходимо следить за тем, чтобы длина линий от трансформатора до каждой лампочки примерно была равной. В таком случае свечение всех источников будет одинаково.

Для того чтобы использовать понижающий 12-вольтовый преобразователь для более чем одной галогенной лампы, возможно применить два способа:

  1. Параллельное соединение.
  2. Создание отдельных групп.

При первом способе все лампы подключаются параллельно друг другу. Для этого к выходу трансформатора подключается распределительная колодка, на которой и монтируется соединение. Для второго случая вся проводка разделяется на группы, содержащие равное количество источников освещения. При таком виде подключения придётся использовать на каждую линию свой трансформатор. Удобство в том, что при неполадках на одной линии вторая группа продолжает работать, а также в использовании устройств с меньшей мощностью.

Для нашего вышеприведённого примера мы можем разделить подключение на две группы. В каждую группу войдёт по пять источников света. Так как мощность линий уменьшится, то нам хватит приобрести два понижающих преобразователя по 170 ватт каждый.

Сама коммутация проводов с прибором не должна вызвать затруднения. Обычно на устройствах клеммы отмечаются надписями Input и Output, соответственно вход и выход. Если на выходе устройства присутствует постоянное напряжение, то на положительном выводе ставится знак + или эта клемма выполняется красным цветом.

Важно также отметить, что если вы захотите заменить галогенные лампочки в люстре на светодиодные, то, просто выкрутив одни и установив другие, на выходе, скорее всего, получите всевозможные мерцания. Дело в том, что трансформаторы для светодиодных ламп 12 вольт должны быть стабилизированные, в то время как для галогенных такого требования нет. И второй случай, с которым можно столкнуться: люстра совсем не включится. Это из-за того, что импульсные трансформаторы имеют защиту и автоматически отключаются при подключении к ним нагрузки с малой мощностью. Выход в таком случае только один — замена блока питания на подходящий.

Читайте также:  Фрезерный станок из двигателя от стиральной машины

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.

Конструкция, принцип работы

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:

  1. Напряжение, поданное на первичную обмотку, генерирует вокруг сердечника переменное поле.
  2. 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:

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

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

Разновидности

Понижающие трансформаторы классифицируются, исходя из вида исполнения (открытые или имеющие корпус) и по применению (промышленные, бытовые). Также устройства делятся по способу крепления:

  1. Стержневой, в котором обмотки собирают вокруг стержня, а его самого устанавливают только в вертикальном положении.
  2. 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:

  • ЯТП-0,25. Трансформатор в корпусе, мощность 250 Вт. Цена 1700 руб.
  • ОСМ-1-04. Понижает напряжение со 127-100 или 220 до 12 вольт. Без корпуса. Цена 2600 руб.
  • ОСЗ-1 У2 220/12. Понижающий трансформатор, мощностью 1 кВт. Цена 5300 руб.
  • ТСЗИ-4,0. Мощность 4 кВт, КПД более 90%, в корпусе. Преобразует 380 или 220 В, в 110 и 12 вольт. Цена 10500 руб.
  • ТСЗИ-2,5 кВт. Устройство понижает напряжение с 380/220 до 12 В. Изготовлен в металлическом переносном корпусе. Цена 13900 руб.
  • Т600W. Мощность 600 Вт, выходное напряжение 12-18 В. Цена 39 тыс. руб.

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:

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

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: