Нагревательный трансформатор в блоке питания
Обновлено: 28.06.2024
Крис Вудфорд. Последнее обновление: 23 августа 2021 г.
Мощные линии электропередач, пересекающие нашу сельскую местность или невидимо извивающиеся под городскими улицами, передают электричество чрезвычайно высокого напряжения от электростанций к нашим домам. Линия электропередачи нередко имеет номинал от 300 000 до 750 000 вольт, а некоторые линии работают при еще более высоком напряжении. [1] Но приборы в наших домах используют напряжение в тысячи раз меньшее — обычно от 110 до 250 вольт. Если вы попытаетесь запитать тостер или телевизор от опоры электропередач, они мгновенно взорвутся! (Даже не думайте пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) Поэтому должен быть какой-то способ уменьшить электричество высокого напряжения от электростанций до электричества более низкого напряжения, используемого фабриками, офисами и предприятиями. дома. Часть оборудования, которая делает это, гудя электромагнитной энергией, называется трансформатором. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!
Фото: Взрыв из прошлого: трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, штат Теннеси. Снято в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.
Содержание
<ПР>Почему мы используем высокое напряжение?
Ваш первый вопрос, вероятно, таков: если в наших домах и офисах используются копировальные аппараты, компьютеры, стиральные машины и электробритвы, рассчитанные на 110–250 вольт, почему электростанции просто не передают электричество с таким напряжением? Почему они используют такие высокие напряжения? Чтобы объяснить это, нам нужно немного узнать о том, как распространяется электричество.
Пока электричество течет по металлическому проводу, электроны, которые несут его энергию, колеблются в металлической конструкции, ударяясь и разбиваясь, и в целом тратя энергию, как непослушные школьники, бегущие по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда по ним проходит электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборах, использующих нагревательные элементы). Получается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и чем ниже сила тока, тем меньше энергии тратится таким образом. Таким образом, электроэнергия, поступающая от электростанций, передается по проводам при чрезвычайно высоком напряжении для экономии энергии.
Фото: Спуск: Эта старая подстанция (понижающий электрический трансформатор) обеспечивает электроэнергией небольшую английскую деревню, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задачей является преобразование нескольких тысяч вольт входящего электричества в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.
Но есть и другая причина. На промышленных предприятиях есть огромные фабричные машины, которые намного больше и потребляют больше энергии, чем все, что есть у вас дома. Энергия, потребляемая прибором, напрямую связана (пропорциональна) потребляемому им напряжению. Таким образом, вместо 110–250 вольт энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим фабрикам и механическим цехам могут потребоваться источники питания на 400 вольт или около того. Другими словами, разным потребителям электроэнергии требуется разное напряжение. Имеет смысл отправлять электроэнергию высокого напряжения с электростанции, а затем преобразовывать ее в более низкое напряжение, когда она достигает различных пунктов назначения. (Даже при этом централизованные электростанции все еще очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию в виде сырого топлива, тратится впустую на самой станции и на пути к вашему дому.)
Фото: Изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны. Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, предоставлено Библиотекой Конгресса США.
Как работает трансформатор?
Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда флуктуирующий электрический ток течет по проводу, он создает вокруг себя магнитное поле (невидимый образец магнетизма) или "магнитный поток". Сила магнетизма (которая имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) напрямую связана с величиной электрического тока. Таким образом, чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт об электричестве. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провода, оно генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы поместим вторую катушку провода рядом с первой и направим колеблющийся электрический ток в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе.Ток в первой катушке обычно называют первичным током, а ток во втором проводе — (сюрприз, сюрприз) вторичным током. Здесь мы пропустили электрический ток через пустое пространство от одного витка провода к другому. Это называется электромагнитной индукцией, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем повысить эффективность передачи электроэнергии от одной катушки к другой, обернув их вокруг стержня из мягкого железа (иногда называемого сердечником ):
Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («витки», как любят их называть физики). Если вторая катушка имеет то же число витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такой же величины, как и в первой катушке. Но (и вот в чем хитрость), если у нас больше или меньше витков во второй катушке, мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.
Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, вы должны использовать тип постоянно реверсивного электричества, называемый переменным током (AC) с трансформатором. Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же направлении.
Понижающие трансформаторы
Если в первой катушке больше витков, чем во второй катушке, вторичное напряжение меньше первичного:
Это называется понижающим трансформатором. Если во второй катушке вдвое меньше витков, чем в первой, вторичное напряжение будет вдвое меньше первичного напряжения; если вторая катушка имеет одну десятую числа витков, она имеет одну десятую напряжения. В общем:
Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков во вторичной обмотке ÷ Количество витков в первичной
В понижающем трансформаторе ток трансформируется наоборот — увеличивается в размере:
Вторичный ток ÷ первичный ток = количество витков в первичной части ÷ количество витков во вторичной обмотке
Поэтому понижающий трансформатор со 100 витками в первичной обмотке и 10 витками во вторичной обмотке снизит напряжение в 10 раз, но одновременно умножит ток в 10 раз. Мощность электрического тока равна силе тока, умноженной на напряжение (одним из способов запомнить это является ватт = вольт x ампер), поэтому вы можете видеть, что мощность во вторичной катушке теоретически такая же, как мощность в первичной катушке. (На самом деле между первичной и вторичной обмотками происходит некоторая потеря мощности, потому что часть «магнитного потока» уходит из сердечника, часть энергии теряется из-за нагрева сердечника и т. д.)
Повышающие трансформаторы
Обратив ситуацию, мы можем сделать повышающий трансформатор, который повышает низкое напряжение до высокого:
На этот раз у нас больше витков на вторичной обмотке, чем на первичной. Верно и то, что:
Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков во вторичной обмотке ÷ Количество витков в первичной
Вторичный ток ÷ первичный ток = количество витков в первичной части ÷ количество витков во вторичной обмотке
В повышающем трансформаторе мы используем больше витков во вторичной обмотке, чем в первичной, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньший вторичный ток.
Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что общее правило состоит в том, что катушка с наибольшим количеством витков имеет самое высокое напряжение, а катушка с наименьшим количеством витков имеет наибольший ток.
Трансформеры в вашем доме
Фото: Типичные бытовые трансформеры. Против часовой стрелки сверху слева: трансформатор для модема, белый трансформатор в зарядном устройстве для iPod и зарядное устройство для мобильного телефона.
Как мы уже видели, в городах и поселках есть множество огромных трансформаторов, где высоковольтное электричество от входящих линий электропередач преобразуется в более низкое напряжение. Но в вашем доме также много трансформаторов. Большие электроприборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно маленькое напряжение: для ноутбука требуется около 15 вольт, для зарядного устройства iPod требуется 12 вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы заряжаете его аккумулятор. Таким образом, в электронные устройства, подобные этим, встроены небольшие трансформаторы (часто устанавливаемые на конце кабеля питания), чтобы преобразовать домашнее напряжение 110–240 вольт в меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у таких вещей, как сотовые телефоны, такие толстые шнуры питания, то это потому, что в них есть трансформаторы!
Фото: электрическая зубная щетка стоит на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается индукционно: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании нет прямого электрического контакта. Индукционное зарядное устройство представляет собой особый вид трансформатора, разделенного на две части: одну в основании и одну в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.
Индукционные зарядные устройства
Многие домашние трансформаторы (например, те, что используются в iPod и мобильных телефонах) предназначены для зарядки аккумуляторов. Вы можете увидеть, как именно они работают: электричество поступает в трансформатор от электрической розетки на стене, преобразуется в более низкое напряжение и поступает в аккумулятор вашего iPod или телефона. Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет шнура питания? Он заряжается с помощью трансформатора немного другого типа, у которого одна катушка находится в основании щетки, а другая — в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Как работают подобные трансформаторы, вы можете узнать из нашей статьи об индукционных зарядных устройствах.
Трансформеры на практике
Если у вас дома есть такие трансформаторные зарядные устройства (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как поработают какое-то время. Поскольку все трансформаторы производят некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является абсолютно эффективным: вторичная обмотка производит меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и большая часть разницы приходится на отработанное тепло. На небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он пропускает, и тем больше тепла он производит. Для трансформатора подстанции, такого как тот, что на нашей фотографии вверху, шириной примерно с небольшой автомобиль, отработанное тепло может быть очень значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным ( не будем забывать, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но и из года в год). Поэтому вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором при его конструкции. Типичная «нагрузка» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота над уровнем моря (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, насколько эффективно он что-то охлаждает) — все это необходимо принять во внимание, чтобы выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.
На практике большинство крупных трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, в которых используется воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с прикрепленными к нему теплообменником, насосом и ребрами охлаждения. Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, готовое к повторению цикла. Иногда масло перемещается по контуру охлаждения только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы оснащены электрическими вентиляторами, которые продувают воздух мимо охлаждающих ребер теплообменника для более эффективного отвода тепла.
Иллюстрация: большие трансформаторы имеют встроенные системы охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красные) находятся внутри большого масляного бака (серого). Горячее масло, отбираемое из верхней части резервуара, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые рассеивают отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем масло возвращается в тот же резервуар внизу. Иллюстрация из патента США 4 413 674: Структура охлаждения трансформатора, автор Randall N. Avery et al., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Что такое твердотельные трансформаторы?
Из вышеизложенного вы поняли, что трансформеры могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными. С середины 20-го века все виды изящных электрических трюков, которые раньше выполнялись с помощью больших (а иногда и механических) компонентов, вместо этого выполнялись электронными средствами с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, переключающие и усилительные реле были заменены на транзисторы, а магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких вещах, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и USB-накопители).
В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над созданием так называемых твердотельных трансформаторов (SST). По сути, это компактные, мощные, высокочастотные полупроводниковые схемы, которые повышают или понижают напряжение с большей надежностью и эффективностью, чем традиционные трансформаторы; они также гораздо более управляемы, поэтому лучше реагируют на изменения спроса и предложения. Таким образом, «умные сети» (будущие системы передачи электроэнергии, питаемые периодическими источниками возобновляемой энергии, такими как ветряные турбины и солнечные фермы) станут основным применением. Несмотря на огромный интерес, технология SST до сих пор используется относительно мало, но, вероятно, в будущем она станет самой интересной областью проектирования трансформаторов.
В вашей домашней печи есть трансформатор, который регулирует напряжение в вашем доме в соответствии с выходной мощностью системы. Как и любой другой компонент системы HVAC, ваш печной трансформатор может выйти из строя и вызвать проблемы с функционированием вашего устройства.
Если вы подозреваете, что трансформатор вашей печи вышел из строя, и думаете, не следует ли вам начать поиск лучшей компании по ремонту печей в Сан-Диего, было бы неплохо получить представление о его общем назначении в вашей печи. В этой статье мы объясним, что такое трансформатор, как он работает и что может привести к его поломке.
Что такое печной трансформатор?
Печной трансформатор — это устройство, предназначенное для уменьшения или увеличения напряжения переменного тока (AC), чтобы сделать его пригодным для использования в вашей системе отопления. Он передает электрическую энергию от одной цепи к другой с помощью электромагнитной индукции. Основная роль трансформатора в печи заключается в регулировании входного напряжения в соответствии с требованиями системы. В зависимости от количества энергии, необходимой печи, трансформатор может уменьшить или увеличить потребление электроэнергии. В системе HVAC трансформатор обычно находится внутри печи, но в некоторых случаях он может быть расположен в наружном блоке переменного тока.
Что вызывает перегорание печного трансформатора?
Ваш печной трансформатор может выйти из строя по нескольким причинам, включая следующие:
- Неисправный подрядчик: плохой подрядчик является одной из наиболее распространенных причин перегорания трансформатора. Это связано с тем, что неисправный подрядчик может создать нагрузку на всю систему, что приведет к взрыву трансформатора, как только напряжение станет слишком большим.
- Проблемы с проводкой: если внутри трансформатора есть незакрепленные кабели или провода, это может привести к короткому замыканию и пожару трансформатора.
- Скачки напряжения: аналогичным образом скачок напряжения может привести к взрыву трансформатора, что приведет к проблемам со всем устройством.
Как узнать, неисправен ли мой печной трансформатор?
Если вы подозреваете, что ваш трансформатор HVAC неисправен, обратите внимание на следующие признаки и симптомы.
Визуальные знаки
Иногда визуальный осмотр печного трансформатора может помочь сразу выявить проблемы с оборудованием. Например, если вы заметили какие-либо следы ожогов или выпуклости снаружи, вполне вероятно, что трансформатор необходимо заменить. Если вы заметили какие-либо визуальные повреждения, не пытайтесь проверить устройство самостоятельно. Вместо этого обратитесь к профессиональному подрядчику по ОВКВ, чтобы осмотреть ваше устройство и определить правильный план действий. Если вы попытаетесь проверить или отремонтировать устройство самостоятельно, оно может перегреться и полностью выйти из строя.
Вибрация и жужжание
Гудящий звук трансформатора — это нормально. Это связано с тем, что железный сердечник или пластины трансформатора расширяются и сжимаются, создавая гудящий звук. Однако, если вы заметили резкое усиление гудения, сопровождаемого вибрациями, возможно, ваш трансформатор неисправен. Кроме того, вы должны иметь в виду, что гудящий звук может быть результатом других проблем, таких как неисправный конденсатор печи. Вот почему обычно лучше, чтобы профессиональный технический специалист осмотрел вашу печь и увидел, в чем проблема.
Сработал автоматический выключатель
Если трансформатор вашей печи неисправен, это обычно приводит к срабатыванию автоматического выключателя, чтобы предотвратить скачок напряжения. Всплеск напряжения может поджечь различные компоненты вашей печи, что приведет к серьезным повреждениям. Если автоматический выключатель продолжает срабатывать или в вашей печи перегорают предохранители, причиной может быть трансформатор.
Печь не работает должным образом
Если у вас плохой трансформатор, ваша печь может не работать даже при подходящем блоке питания. Система делает это, чтобы защитить себя от серьезных повреждений, вызванных проблемами с электричеством.Если вы не являетесь экспертом, маловероятно, что вы сможете с уверенностью подтвердить, что ваша печь неисправна из-за неисправного трансформатора. Если вы не можете заставить свою печь работать, обязательно свяжитесь с надежной компанией HVAC для ее проверки.
Что происходит, когда трансформатор выходит из строя?
Когда трансформатор в вашей печи выйдет из строя, устройство будет получать слабую мощность или вообще не будет получать ее. Вы можете проверить, есть ли питание на вашем устройстве, выключив и снова включив его. Если мощности очень мало или ее нет вообще, возможно, вам потребуется заменить или отремонтировать устройство. В качестве альтернативы можно также проверить точки напряжения вашей печи. Если напряжение слабое или отсутствует, причин может быть несколько, например неисправность платы управления.
Могу ли я самостоятельно заменить трансформатор?
Если вы не являетесь квалифицированным и опытным специалистом, хорошо разбирающимся в трансформаторах ОВКВ, вы можете выполнить замену самостоятельно. Если вы домовладелец, у которого нет опыта ремонта печей, мы настоятельно рекомендуем вам не пытаться ремонтировать или заменять трансформатор. Подумайте об этом: вы бы предпочли платить обученному и надежному специалисту за выполнение работы в соответствии с последними отраслевыми стандартами? Или вы предпочли бы рискнуть повредить свою печь и заплатить за новый блок? Ответов на эти вопросы должно быть достаточно, чтобы помочь вам принять решение.
Кто лучше всего ремонтирует печи в Сан-Диего?
Если вы подозреваете неисправность трансформатора или хотите проверить двигатель вентилятора, обязательно свяжитесь с компанией Action Air Conditioning, Heating & Solar. Имея многолетний опыт работы в этой области, наши технические специалисты обладают высокой квалификацией в поиске и устранении неисправностей систем ОВКВ и решении как простых, так и сложных проблем. Если мы решим, что ремонт вашего устройства уже невозможен, мы можем порекомендовать лучшую замену для ваших нужд и выполнить установку в соответствии с самыми высокими отраслевыми стандартами.
Вы можете положиться на наших технических специалистов, где бы вы ни находились в округе Сан-Диего. Мы известны своей быстрой реакцией и неустанным стремлением обеспечить удовлетворенность наших клиентов. Свяжитесь с компанией Action Air Conditioning, Heating & Solar сегодня и добейтесь максимального комфорта в помещении.
В некоторых проектах с нагревательными элементами используется трансформатор.
Объяснение: "мы используем трансформатор, потому что нам нужен больший ток".
Предполагается, что мощность на обеих сторонах трансформатора одинакова.
Разве нагревательный элемент не будет рассеивать одинаковую энергию с трансформатором и без него?
\$\begingroup\$ Почему вы говорите о «мощности», когда цитируете некоторые текущие рассуждения? \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ @EugeneSh. поскольку я не понимаю текущих рассуждений, я думал, что мощность одинакова в соответствии с P=IV \$\endgroup\$
\$\begingroup\$ Мощность одинаковая, но напряжение и ток могут различаться. Если вашему нагревателю требуется большее (или меньшее) напряжение, чем предусмотрено, вам нужен трансформатор. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Резистор рассеивает \$V^2/R\$. Где \$V\$ будет зависеть от трансформатора. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ То же, что и что? Если напряжение на вашем источнике намного выше, чем указанное выше \$V\$, то, если вы подключите резистор напрямую к нему, мощность также будет намного выше. Мощность (с обеих сторон) определяется нагрузкой, а не трансформатором. \$\конечная группа\$
3 ответа 3
Мощность нагревателя определяется уравнением \$ P = VI \$, где P — мощность (ватты), V — приложенное напряжение (вольты) и < em>I ток (амперы). Вы можете видеть, что существует несколько способов достижения заданной мощности - высокое напряжение / низкий ток - низкое напряжение / высокий ток.
Для трансформатора соотношение между входом и выходом определяется выражением \$ P_ = P_ \$ (без учета потерь в несколько процентов в трансформаторе). Из предыдущей формулы мы можем написать \$ V_I_ = V_I_ \$ . Это позволяет нам повышать или понижать напряжение в соответствии с требованиями нагрузки.
<блочная цитата>. но поскольку предполагается, что мощность на обеих сторонах трансформатора одинакова, не будет ли нагревательный элемент рассеивать одинаковую энергию с трансформатором и без него?
Да, если сопротивление провода одинаковое. Высоковольтный нагреватель будет использовать очень тонкий провод с высоким сопротивлением. Если это окажется слишком хрупким или слишком тонким для приложения, тогда можно использовать более толстый провод, но ток должен будет увеличиться, чтобы получить ту же плотность тока в проводе. Поскольку провод толще, он имеет более низкое сопротивление, поэтому можно использовать и более низкое напряжение.Примером может служить машина для запечатывания пакетов мясника, в которой для запечатывания пакета используется нихромовая (или аналогичная) проволока с «импульсным» элементом. Здесь может потребоваться определенная толщина уплотнения, поэтому требуется более низкое напряжение и более высокий ток. Трансформатор «трансформирует» напряжение и ток в соответствии с нагревателем, и обеспечивает электрическую изоляцию от сети, исключая опасность поражения электрическим током.
\$\begingroup\$ "и обеспечивает электрическую изоляцию от сети, исключающую опасность поражения электрическим током." таким образом, преимущество подключения трансформатора после бытовой розетки заключается в том, что большой ток не включит выключатель? \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Я имею в виду, если предположить, что у нас есть более толстый кабель, как вы говорите, и нам нужно пропустить через него больший ток, мы теоретически можем подключить его к розетке 110 В без выключателя, и это потенциально может обеспечить много ток больше, чем пониженное напряжение на трансформаторе. так что «обход предела тока выключателя» - единственное преимущество, которое я вижу сейчас для использования трансформатора. (но я уверен, что мое понимание еще не полностью щелкнуло, так что это не может быть единственным использованием трансформатора) \$\endgroup\$
\$\begingroup\$ Поскольку сопротивление фиксировано, для установки мощности необходимо варьировать напряжение и ток. Для этого есть трансформатор. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ @soundslikefiziks Я думаю, вы упустили два момента: 1) Понижение напряжения делает его более безопасным - если напряжение меньше 50 В, вы вряд ли получите удар током, если прикоснетесь к элементу. 2) Для заданной мощности можно использовать высокое напряжение и малый ток или низкое напряжение и большой ток. Высокое напряжение и низкий ток означают высокое сопротивление — длинный тонкий провод сопротивления, который может быть хрупким. Низкое напряжение и высокий ток предполагают использование короткого провода с толстым сопротивлением, который является более прочным. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ @soundslikefiziks - Я думаю, что ваш основной камень преткновения заключается в том, что вы думаете, что НОМИНАЛЬНАЯ мощность - это потребляемая мощность. Блок питания может обеспечить определенную мощность, прежде чем он перестанет работать в пределах спецификации (обычно за счет падения напряжения). Но это МАКСИМАЛЬНАЯ мощность. Нагревательный элемент будет потреблять мощность в зависимости от подаваемого напряжения, а не от мощности источника питания. Вы путаете МАКСИМАЛЬНО возможную мощность источника питания с мощностью в цепи \$\endgroup\$
Если у вас есть чайник на 1000 Ватт, предназначенный для использования в Северной Америке, где у нас на кухне 120 В, то берите его в Европу, где у них 240 В, чайник будет потреблять 4000 Ватт (сопротивление без изменений, но двойное напряжение, мощность представляет собой квадрат напряжения по отношению к сопротивлению).
Для безопасного использования чайника в Европе вам понадобится понижающий трансформатор для преобразования напряжения питания 240 В в напряжение 120 В, на которое рассчитан чайник. С понижающим трансформатором чайник будет потреблять 1000 Вт, а трансформатор будет потреблять 1000 Вт от источника 240В.
Нагреватель представляет собой резистор с некоторым сопротивлением \$R\$, выраженным в омах ( \$Ω\$ ). Предположим, у нас есть (например) обогреватель мощностью \$36 Вт\$, рассчитанный на \$12 В\$ . Этот нагреватель будет иметь сопротивление \$4 Ω\$ . Если к нагревателю подключено \$12 В\$, то будет протекать ток \$I = V/R = 12 В/4 Ом = 3 А\$ (закон Ома). Это рассеет мощность \$P = V\times I = 12V\times3A = 36 Вт\$ .
но поскольку предполагается, что мощность на обеих сторонах трансформатора одинакова, не будет ли нагревательный элемент рассеивать одинаковую энергию с трансформатором и без него?
Если мы подключим нагреватель (номинально \$36Вт\$) напрямую к сети (\$220В\$) (без трансформатора \$220В\$ в \$12В\$), то ток \$220 V/4 Ω=55A\$ будет течь, вызывая рассеивание мощности \$220V\times55A=12100W\$ . Это приведет к выходу из строя нагревателя и/или перегоранию предохранителя/выключателя.
Нагреватель \$36Вт\$, рассчитанный на \$220В\$, должен иметь сопротивление \$1344Ом\$ . Если бы мы подключили этот нагреватель к \$12В\$, он бы рассеивал только \$0,1Вт\$ .
Мощность, рассеиваемая нагревателем, зависит от приложенного к нему напряжения. Если вы подключите нагреватель к слишком высокому напряжению, он будет нагреваться слишком сильно, если вы подключите нагреватель к слишком низкому напряжению, он не будет достаточно нагреваться. Трансформатор необходим для получения правильного напряжения.
Трансформатор увеличивает ток при уменьшении напряжения (или наоборот). В сценарии, когда нагреватель \$36Вт\$ подключен к трансформатору \$220В\$ в \$12В\$, нагреватель потребляет \$3А\$ от источника питания \$12В\$ (обеспечиваемого трансформатором) , а трансформатор, в свою очередь, потребляет всего \$0,16А\$ из сети \$220В\$ (без учета потерь в трансформаторе). Так что трансформатор "увеличивает" ток, но это только часть дела.
Проблема с нагревом трансформатора. ИК
Я использовал TNY290PG для проектирования блока питания, созданного с помощью PI Design Expert. Входной диапазон составляет 85–265 В переменного тока, а выход – 12 В, 1,1 А (макс.).
Проблема в том, что трансформатор нагревается постепенно, и примерно через 2 часа питание отключается из-за избыточного тепла в цепи. Трансформатор также разработан в соответствии с проектом, созданным на основе проекта PI Expert.
Предполагалось, что эта плата будет размещена в корпусе, который будет крепиться к стене. Тепловыделение происходит, когда плата даже не находится внутри корпуса.
Пожалуйста, дайте мне знать, что можно сделать, чтобы уменьшить избыточное тепло на трансформаторе. Я прикрепил схему и конструкцию трансформатора.
Файлы
Комментарии
Не могли бы вы прислать мне файл проекта PI Expert, пожалуйста?
Спасибо за ответ. Файл дизайна прикреплен
Можете ли вы убедиться, что нагревается именно трансформатор, а не другие компоненты рядом с трансформатором? Индуктивность рассеяния трансформатора проверяли? Возможно, это какой-то другой компонент рядом с трансформатором, который нагревается и, в конечном итоге, нагревает и трансформатор.
Извините за поздний ответ. Я проводил дополнительные испытания, чтобы убедиться, что трансформатор греется. Да, греется трансформатор. Тепло накапливается в ядре. Компоненты вокруг трансформатора нагреваются через некоторое время, но первым нагревается трансформатор.
Основываясь на мнении нашего конструктора трансформаторов, я также увеличил размер сердечника с EE19 до EE20. С EE20 он нагревался, но работал еще некоторое время. С EE19 плата использовала отключение в течение 10-15 минут. С EE20 он проработал более 1 часа, а затем выключился.
Измерение индуктивности рассеяния заняло больше времени, так как у меня нет с собой LCR-метра. В конце концов я получил данные от продавца: 7,6 мкГн с трансформатором EE20 и 8 мкГн с трансформатором EE19.
Я посмотрел на вашу схему и обнаружил, что входная объемная емкость слишком мала для этого приложения. В качестве начального теста попробуйте подать питание на плату с помощью высоковольтного источника постоянного тока и проверьте, сохраняется ли проблема. Кроме того, это может быть проблема с макетом; так что попробуйте проверить все ваши сильноточные дорожки переключения.
Читайте также: