Трансформатор для галогенных ламп: для чего нужен, расчет и выбор

В виду существенного преимущества галогенных лампочек перед лампами накаливания в части срока службы и эффективности, они все больше вытесняют устаревшие модели осветительного оборудования. Однако большинство обывателей сталкивается с проблемой электромонтажных работ, связанных с галогенными светильниками в виду особенностей их эксплуатации. Так как подключение галогенных приборов должно выполняться через специальный преобразователь. Именно таким устройством выступает трансформатор для галогенных ламп, у которого имеется особое назначение в схеме питания.

Для чего галогенке трансформатор?

В стремлении повысить эксплуатационные характеристики тех или иных электрических приборов происходит постоянное усовершенствование, как процессов производства, так и принципов работы. Эмпирическим путем было определено, что галогеновые лампы будут служить значительно дольше, если их электроснабжение будет производиться от пониженного напряжения. Оптимальным номиналом считается 6 В,12 В и 24 В которые от бытовой сети напрямую получить нельзя.

Из всех способов преобразования переменного напряжения на практике прижился именно понижающий трансформатор. В нем реализован принцип взаимодействия электромагнитного поля обмотки высокого напряжения с витками на низкой стороне. В результате чего напряжение одной величины преобразуется в пониженное напряжение на выходной обмотке. Преимуществом этого метода является гальваническая развязка, обеспечивающая безопасность при эксплуатации галогенных осветительных устройств.

Технические характеристики

Вольтаж галогенок бывает не только 220 и 12 вольт. В продаже можно найти лампочки на 24 и даже на 6 вольт. Мощность тоже может быть различной – 5, 10, 20 ватт. Галогеновые лампы от 220 В включаются прямо в сеть. Тем, которые работают от 12 В, необходимы специальные устройства, преобразующие ток из сети для 12 вольт, – так называемые трансформаторы или специальные блоки питания.

Двенадцативольтовые галогенки работают очень хорошо. Раньше, в 90-е годы, применялся трансформатор больших размеров на 50 Гц, который обеспечивал работу только одной галогеновой лампы. В современном освещении применяются импульсные высокочастотные преобразователи. По размерам очень маленькие, но могут потянуть 2 – 3 лампы одновременно.

На современном рынке встречаются как дорогие, так и дешевые блоки питания. В процентном соотношении дорогих продается около 5 %, а дешевки намного больше. Хотя, в принципе, дороговизна – это еще не гарантия надежности. В крутых преобразователях, к сожалению, не используются высококачественные детали, а лишь применяются хитроумные схемные «навороты», способствующие нормальной работе блока питания хотя бы в течение гарантийного срока. Как только он заканчивается, устройство сгорает.

Расчет и выбор

Чтобы подобрать конкретную модель понижающего трансформатора для галогенных ламп вам необходимо учитывать два основных параметра: мощность и напряжение на выходе, входное напряжение принимается за константу. Их можно проверить в паспорте или на корпусе, как показано на рисунке:

Рис. 1. Определение параметров трансформатора

Кроме этого нужно учитывать особенности двух принципиально отличающихся типов устройств – электромагнитные и электронные преобразователи. Для определения перспективы использования каждого из них в вашем случае, для начала, разберемся в преимуществах обоих.

Электромагнитные

К преимуществам электромагнитных электрических машин следует отнести:

• Относительно более низкую себестоимость;
• Простую конструкцию;
• Высокую степень надежности такого устройства.

Но наряду с этими плюсами, они также имеют и недостатки в сравнении с электронными понижающими приспособлениями – наличие шума во время работы и довольно крупные габариты, что ограничивает сферу применения. Также замечена чувствительность к скачкам и переходным процессам в сети.

Электронные

Электронные трансформаторы отличаются принципом работы, так как в них происходит полупроводниковое преобразование электрической энергии. Помимо этого они комплектуются устройством плавного пуска, контроля рабочих температур, перегрузки и прочими защитами.

Также к их преимуществам следует отнести:

• Относительно малую шумовую нагрузку, производимую во время работы;
• Компактность – габарит этого трансформатора для галогенных ламп значительно меньше;
• Адаптация к работе на холостом ходу.

За счет внедрения разнообразных технологий импульсные преобразователи обеспечивают более долгосрочную службу галогеновых лампочек, чем обмоточные трансформаторы. Однако имеют и некоторые недостатки: относительно большая стоимость, меньшая надежность и ограничение по минимальной мощности.

Выбор физических параметров трансформатора

Определившись с типом трансформатора для галогенных ламп, необходимо выбрать нужную разность потенциалов и номинал. Напряжение на входе каждого из них составляет 220В, однако для подключения галогенных осветительных приборов номинал может варьироваться на 6, 12 или 24 Вольта. Поэтому напряжение нужно подбирать исходя из характеристик ламп, которые вы будете использовать.

Величина мощности выбирается по принципу, не менее требуемой для питания электроламп. При выборе номинала трансформатора выходную мощность преднамеренно увеличивают для запаса электрической прочности. В противном случае может произойти перегрев, полное отключение или даже выход со строя.

Для расчета вам необходимо учитывать следующие параметры:

• Мощность одной лампы;
• Число подключаемых к трансформатору ламп;
• Схема подключения.

Для примера рассмотрим вариант подключения девяти электрических ламп с мощностью в 10 Вт. Исходя из этого, вам понадобиться 9 × 10 = 90 Вт, а с учетом запаса прочности 90 + 9 = 99 Вт, соответственно, необходимо выбирать электромагнитные или электронные устройства не менее 100 Вт. После этого составляется схема освещения на галогенных светильниках.

Основная область применения

Необходимость подобного масштабирования сопротивления существует практически во всех областях, связанных с передачей электрических сигналов и энергии. Но наибольшее применение согласующие трансформаторы получили в следующих сферах:

1. В усилителях низкой частоты (звуковых усилителях) в качестве межкаскадных и выходных трансформаторов. Необходимость в подобных устройствах была связана с тем, что старые усилители изготавливались на ламповой компонентной базе. При этом практически все лампы отличались высоким внутренним сопротивлением и подключение к ним 4 или 8-омных динамиков напрямую к ним было невозможно. Даже с появлением транзисторов, операционных усилителей ситуация в корне не изменилась, так как без согласования сопротивлений увеличивался уровень искажений сигнала.
2. В качестве входных согласующие трансформаторы применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов, звукоснимателей различных типов. Сопротивление этих устройств варьируется в пределах от десятка до сотни ом, а для подключения к усиливающей аппаратуре требуются значения, которые будут на порядок больше.
3. Еще одна сфера связана с передачей радиосигнала. Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приемным и передающим устройствам. Без их применения получить качественный сигнал не удается. Отметим, что в этих целях используются высокочастотные согласующие трансформаторы.

Также читайте: Назначение диэлектрических ковриков в электроустановках

На этом область применения не ограничивается. Так, даже обычный сварочный трансформатор в какой-то степени можно считать согласующим, что обусловлено требованиями к величине нагрузки на электрические сети.

Варианты и схемы подключения

Следует сразу оговориться, что будет практичнее, если в схемах подключения вы будете использовать параллельное соединение ламп, чтобы к каждому прибору освещения подводилось напряжение от низковольтного импульсного источника. Первый вариант питания галогенных светильников будет предусматривать одинаково параллельное включение к одному трансформатору всех приборов освещения.

Рис. 2. Схема параллельного включения

Как видите на схеме, питание от внешней сети подводится к входу трансформатора, который обозначается как Input, а с выходных клемм (Output) снимается пониженное напряжение 12В. Далее вывод каждой из клемм подводится к точкам A и B на схеме, от которых они соединяются с контактами ламп, как показано на рисунке. В этом случае каждая лампа имеет независимое питание и при перегорании любой из них остальные продолжат светиться, но все они будут зависеть от исправности источника.

Также существует схема включения нескольких групп от разных импульсных блоков. В качестве примера мы рассмотрим схему из двух устройств и четырех низковольтных галогенных ламп для каждого из них.

Рис. 3. Схема включения на несколько групп

Как видите на рисунке, здесь применяется два трансформатора, между которыми разделяется потребляемая мощность от ламп. Преимуществом этой схемы является возможность независимого включения каждой группы осветительных приборов. Выключатель рассчитан на две клавиши, отдельно для каждого преобразователя, но можно использовать один сразу для обеих групп. Такой метод позволяет взять трансформатор для галогенных ламп вдвое меньшей мощности для каждой группы, но и требует больших затрат на реализацию схемы.

Модели с диодным мостом

Трансформатор (12 Вольт) данного типа производится на базе селективных триггеров. Показатель порогового сопротивления у моделей в среднем равняется 35 Ом. Для решения проблем с понижением частоты устанавливаются трансиверы. Непосредственно диодные мосты используются с различной проводимостью. Если рассматривать однофазные модификации, то в этом случае резисторы подбираются на две обкладки. Показатель проводимости не превышает 8 мк.

Тетроды у трансформаторов позволяют значительно повысить чувствительность реле. Модификации с усилителями встречаются очень редко. Основной проблемой трансформаторов данного типа является отрицательная полярность. Возникает она вследствие повышения температуры реле. Чтобы исправить ситуацию, многие эксперты рекомендуют использовать триггеры с проводниками.

Рекомендации и советы

При монтаже трансформатора для галогенных ламп необходимо учитывать ряд нюансов, которые помогут вам избежать неприятных ошибок и их последствий:

• подключая высокую и низкую сторону, не перепутайте выводы, иначе агрегат придется выбросить – Input ввод для высокой стороны 220В, Output – вывод с низкой, могут иметь сокращение In и Out или PRI и SEC соответственно;

Рис. 4. Пример обозначения входа и выхода на трансформаторе

• трансформаторы в процессе эксплуатации сильно греются, поэтому галогенные лампы должны располагаться не менее чем в 200мм от них;
• если трансформатор будет располагаться в нише, то объем пространства для одного устройства должен быть не менее 12л, иначе он будет перегреваться при номинальных нагрузках;
• во избежание возгорания трансформатор обязательно устанавливается на пластину из негорючего материала;
• диммер плохо совмещается с импульсным током, поэтому для регулировки яркости светового потока выбирайте специальные модели трансформаторов, на которых указана возможность диммирования, пример такого обозначения приведен на рисунке:

Рис. 5. Диммируемый трансформатор

Преобразование мощности

• Компоненты Силовые трансформаторы, выходные или резонансные дроссели, дроссели сетевого фильтра.

Номенклатура изделий

Компания FERROXCUBE предлагает широкий ассортимент планарных Ш-образных сердечников в диапазоне размеров 14–64 мм. В базовой версии для склеивания поперечное сечение всегда является однородным, что позволяет оптимальным образом использовать объем феррита. Для каждого размера имеется Ш-образный сердечник (обозначается буквой E) и соответствующая ему пластина (обозначается буквами PLT). Набор может состоять из Ш-образного сердечника и пластины или двух Ш-образных сердечников. В последнем случае высота окна намотки удваивается. Для самых маленьких размеров имеется также набор из Ш-образного сердечника и пластины в варианте с зажимным соединением. В нем используется Ш-образный сердечник с выемками (обозначается E/R) и пластина с канавкой (обозначается PLT/S). Зажим (обозначается CLM) защелкивается в выемки сердечника и обеспечивает прочное соединение, прижимая пластину в двух точках. Канавка предотвращает смещение пластины даже при сильных ударах или вибрации, а также обеспечивает выравнивание. Для комбинации из двух Ш-образных сердечников зажимное соединение не предусмотрено.

Таблица 9. Материалы сердечников с зажимным соединением

(1) — половины сердечников для использования в комбинации с пластиной.

A63 – P — половина сердечника с асимметричным зазором. AL = 63 нГн (измерено в комбинации с пластиной).

1280 — половина сердечника без зазора.

AL = 1280 нГн (измерено в комбинации с пластиной).

Значение AL (нГн) измерялось при B≤0,1 мТл, f≤10 кГц, T = 25 °C.

Допуск AL:

Таблица 10. Зависимость характеристик от мощности (сердечники с зажимным соединением)

Сердечники из мощных ферритов 3F3 (рабочая частота до 500 кГц) и 3F4 (500 кГц — 3 МГц) имеются во всех размерах. Сердечники наибольшего размера изготавливаются также из феррита 3C85 (рабочая частота до 200 кГц), так как большие сердечники часто используются в мощных низкочастотных устройствах. Имеются также сердечники наименьшего размера, изготавливаемые из высокопроницаемого феррита 3E6 (μi = 12000), для использования в дросселях сетевых фильтров и широкополосных трансформаторах.

Конструкция обмотки

• Сопротивление на постоянном токе

Чаще всего используются медные дорожки толщиной 35, 70, 100 и 200 мкм. Если площадь поперечного сечения дорожки недостаточна для того, чтобы получить приемлемое сопротивление на постоянном токе, можно параллельно соединить дорожки для всех или части витков.

• Сопротивление на переменном токе

Потери меди на переменном токе, обусловленные скин-эффектом и эффектом близости, оказываются меньше для плоских медных дорожек, чем для круглого провода с той же площадью поперечного сечения. Вихревые токи, индуцируемые в окрестности воздушного зазора, можно снизить, удалив несколько витков в том месте, где индукция является максимальной и направлена перпендикулярно плоскости намотки. Комбинация Ш-образного сердечника и пластины характеризуется несколько меньшим потоком рассеяния, чем комбинация двух Ш-образных сердечников, из-за местоположения воздушного зазора.

• Индуктивность утечки

При расположении обмоток одна над другой магнитная связь является очень сильной, и достижимы значения коэффициента связи, близкие к 100% (рис. 13, a).

• Паразитная емкость

Предыдущая конструкция ведет к более высокой межобмоточной емкости. Эту емкость можно уменьшить, расположив дорожки соседних обмоток в промежутках друг между другом (рис. 13, b).

Более того, повторяемость значения емкости позволяет скомпенсировать ее в оставшейся части цепи, а также использовать в резонансных конструкциях. В последнем случае можно целенаправленно создать большую емкость, расположив дорожки соседних обмоток друг напротив друга (рис. 13, c).

Импульсная передача

• Компоненты Широкополосные трансформаторы.
• S0-интерфейсы (абонентская телефонная линия).
• U-интерфейсы (абонентская ISDN-линия).
• T1/T2-интерфейсы (магистральная линия между сетевыми переключателями).
• ADSL-интерфейсы.
• HDSL-интерфейсы.

Таблица 4. Характеристики материалов

Таблица 5. Сердечники для склеивания (без выемок)

(*) Amin = A

Таблица 6. Материалы сердечников для склеивания

(*) — половины сердечников для использования в комбинации с Ш-образным сердечником без зазора или пластиной.

(**) — половины сердечников с высокой магнитной проницаемостью.

E160 – E — половина сердечника с симметричным зазором. AL = 160 нГн (измерено в комбинации с половиной сердечника с симметричным зазором).

A25 – E — половина сердечника с асимметричным зазором. AL = 25 нГн (измерено в комбинации с половиной сердечника без зазора).

A25 – P — половина сердечника с асимметричным зазором. AL = 25 нГн (измерено в комбинации с пластиной).

1100/1300 — половина сердечника без зазора. AL = 1100/1300 нГн (измерено в комбинации с половиной сердечника без зазора/пластиной).

Значение AL (нГн) измерялось при B≤0,1 мТл, f≤10 кГц, T = 25 °C.

Допуск AL:

Таблица 7. Зависимость характеристик от мощности (сердечники для склеивания)

Таблица 8. Сердечники с зажимным соединением

Блок защиты

Галогенная лампочка имеет один значительный минус – способность перегорать при включении. Это происходит из-за того, что на остывшую нить накаливания подается ток с большой мощностью.

Для устранения неприятного момента служит блок защиты галогенных ламп. Принцип работы блока: при последовательном подключении к лампе, он сдерживает наплыв тока на короткий промежуток (до 2 секунд). При этом свет наберет яркость тоже через две секунды.

Места установки блока:

• В потолке, рядом с расположенной лампой.
• В коробке под выключателем (при наличии свободного пространства, мощность не более 300 Вт).

Если выключатель содержит подсветку, то блок устанавливается параллельно с резистором (33 кОм, 2 Вт). Без резистора подсветка работать не будет или очень тускло.

Если применяется электронный трансформатор, то устанавливается специальный блок, обычный с двумя выводами непригоден. Специальный блок содержит в себе четыре вывода.

При покупке блока учитывается суммарная мощность галогенных лампочек с добавление запаса до 40 процентов.

Упаковка

В качестве стандартной упаковки для планарных Ш-образных сердечников и пластин используется пластиковая пленка.

Таблица 11. Упаковка

Таблица 12. Коробка с сердечниками

Таблица 13. Коробка с зажимами

Таблица 14. Ленточная упаковка

Для сердечников E14/3.5/5 и E18/4/10 был разработан прототип ленточной упаковки для использования с аппаратурой автоматического монтажа SMD-компонентов. Метод упаковки соответствует стандарту IEC-286, часть 3. Пластины имеют ту же упаковку, что и соответствующие Ш-образные сердечники.