Transformátor pro halogenové žárovky: proč ho potřebujeme, jak funguje a jak ho zapojit

Video k tématu

Jak víte, paralelní zapojení svítidel se používá všude v domácnosti. Lze však použít i sériové zapojení, které může být užitečné.

Podívejme se na nuance obou obvodů, na chyby, kterých se můžete při jejich sestavování dopustit, a na příklady, jak to provést v praxi doma.

Začněme nejjednodušší aplikací dvou žárovek zapojených do série.

• Dvě žárovky zašroubované do patic

• Dva napájecí kabely vycházející ze zásuvek

Co je třeba udělat pro jejich sériové zapojení? Nic složitého. Stačí vzít oba konce drátů od každé žárovky a stočit je k sobě.

Na zbývající dva konce je třeba přivést napětí 220 V (fáze a nula).

Jak by takový obvod fungoval? Když se na vodič přivede fáze, prochází vláknem jedné žárovky, přes závit do druhé žárovky. A pak se setká s nulou.

Proč se toto jednoduché připojení v bytech a domech téměř nepoužívá? Důvodem je to, že lampy pak svítí méně než na polovinu.

Napětí se pak na ně rozloží rovnoměrně. Pokud se například jedná o běžné 100wattové žárovky s provozním napětím 220 V, bude mít každá z nich plus minus 110 V.

Proto budou svítit méně než polovičním výkonem.

Zhruba řečeno, pokud paralelně zapojíte dvě žárovky po 100 W, získáte svítidlo o výkonu 200 W. Pokud však zapojíte stejný obvod do série, bude celkový výkon svítidla mnohem menší než výkon jedné žárovky.

Ze vzorce dostaneme, že dvě lampy svítí výkonem rovným celkovému výkonu: P=I*U=69,6W

Pokud se liší, řekněme, že jeden z nich má 60 W a druhý 40 W, bude napětí rozloženo odlišně.

Co nám to dává v praktickém smyslu při realizaci těchto obvodů?

Žárovka bude lépe a jasněji hořet, pokud má vyšší odpor vlákna.

Vezměte například žárovky s diametrálně odlišným příkonem, 25 W a 200 W, a zapojte je do série.

Který z nich bude zářit téměř naplno? Ten s P=25W.

Jak vyrobit transformátor pro lampu a schéma zapojení

Dnes se prodávají různé transformátory, takže existují určitá pravidla pro výběr správného výkonu. Neměli byste si brát příliš výkonný transformátor. Pracuje prakticky bez zátěže. Pokud není transformátor dostatečně výkonný, přehřívá se a způsobuje další škody.

Výkon transformátoru si můžete vypočítat sami. Úkol je spíše matematický a zvládne ho každý začínající elektrikář. Například chcete instalovat 8 bodových světel s napětím 12 V a příkonem 20 W. Celkový výkon je 160 wattů. Připlaťte si asi 10 % a kupte si 200wattový výkon.

Schéma 1 vypadá asi takto: na lince 220 je jeden tlačítkový spínač, přičemž oranžový a modrý vodič je připojen ke vstupu transformátoru (primární svorky).

Na 12voltovém vedení jsou všechny lampy připojeny k transformátoru (na sekundárních svorkách). Spojovací měděné vodiče musí mít vždy stejný průřez, jinak se jas žárovek bude lišit.

Ještě jedna podmínka: Drát spojující transformátor s halogenovými žárovkami musí být dlouhý alespoň 1,5 metru, nejlépe 3 metry. Pokud je příliš krátká, začne se zahřívat a jas žárovek se sníží.

Schéma č. 2 je určeno pro připojení halogenových svítidel. Zde můžete postupovat jinak. Rozdělte například šest svítidel na dvě části. Pro každý z nich nainstalujte snižovací transformátor. Důvodem této volby je, že v případě poruchy jednoho z napájecích zdrojů bude druhá část svítidel stále fungovat. Výkon jedné skupiny je 105 wattů. S malou bezpečnostní rezervou to znamená, že jsou zapotřebí dva 150wattové transformátory.

Tip! Každý snižovací transformátor napájejte vlastními vodiči a propojte je v rozvodné skříni. Přípojná místa ponechte volně přístupná.

Pravidla pro výběr snižovacího zařízení

Při výběru transformátoru pro halogen halogenové světelné zdroje, je třeba zvážit mnoho faktorů. Začněte dvěma důležitými charakteristikami: výstupním napětím zařízení a jeho jmenovitým výkonem. První z nich by se měl striktně vztahovat k provoznímu napětí svítidel připojených k zařízení. Druhý určuje celkový výkon světelných zdrojů, které transformátor zvládne.

Transformátor je na krytu vždy označen štítkem, který poskytuje úplné informace o zařízení.

Pro přesné určení požadovaného výkonu je vhodné provést jednoduchý výpočet. Za tímto účelem sečtěte příkony všech světelných zdrojů, které budou připojeny ke snižovací jednotce. K tomuto číslu připočtěte 20 % "rezervy" potřebné pro správnou funkci zařízení.

To ilustrujeme na příkladu. V obývacím pokoji budou instalovány tři skupiny halogenových žárovek, každá po sedmi. Jedná se o 12voltové reflektory s výkonem 30 wattů. Pro každou skupinu budete potřebovat tři transformátory. Vybereme ten správný. Začněme výpočtem jmenovitého výkonu.

Vypočítejme, že celkový výkon skupiny je 210 W. S ohledem na potřebnou rezervu dostaneme 241 wattů. Každá skupina proto vyžaduje transformátor s výstupním napětím 12 V a jmenovitým výkonem 240 W.

Pro tyto vlastnosti jsou vhodné jak elektromagnetické, tak pulzní jednotky.

Při jejich výběru je třeba věnovat zvláštní pozornost jmenovitému výkonu. To by mělo být znázorněno dvěma číslicemi

První udává minimální provozní výkon. Měli byste vědět, že celkový výkon žárovek musí být vyšší než tato hodnota, jinak zařízení nebude fungovat.

A krátká poznámka od odborníků týkající se volby výkonu. Upozorňují vás, že výkon transformátoru, který je uveden v technické dokumentaci, je maximální. To znamená, že v normálním stavu bude dodávat přibližně o 25-30 % méně. Proto je nezbytná takzvaná "rezerva" energie. Pokud totiž budete jednotku nutit pracovat na maximální výkon, nebude mít dlouhou životnost.

U halogenových svítidel je důležité zvolit správný výkon snižovacího transformátoru, aby byla zajištěna dlouhá životnost. Transformátor musí mít určitou rezervu, aby nepracoval na plný výkon. Další důležitý detail se týká velikosti zvoleného transformátoru a místa jeho umístění.

Čím je zařízení výkonnější, tím je masivnější. To platí zejména pro elektromagnetické jednotky. Doporučujeme ihned najít vhodné místo pro jeho umístění. Pokud je svítidel více, uživatelé je často raději rozdělí do skupin a pro každou z nich nainstalují samostatný transformátor.

Dalším důležitým aspektem je velikost zvoleného transformátoru a jeho umístění. Čím je zařízení výkonnější, tím je masivnější. To platí zejména pro elektromagnetické jednotky. Doporučujeme najít vhodné místo hned na začátku. Pokud je svítidel více, uživatelé je často raději rozdělí do skupin a pro každou z nich nainstalují samostatný transformátor.

Důvod je velmi jednoduchý. Za prvé, pokud dojde k poruše snižovacího zařízení, budou zbývající skupiny osvětlení fungovat normálně. Za druhé, každý transformátor instalovaný v takových skupinách bude mít menší kapacitu než celkový transformátor, který by musel být napájen pro všechny lampy. V důsledku toho budou jeho náklady znatelně nižší.

Jaké transformátory jsou k dispozici

Transformátory jsou zařízení elektromagnetického nebo elektronického typu. Poněkud se liší principem fungování a některými dalšími vlastnostmi. Elektromagnetické varianty mění parametry standardního síťového napětí na charakteristiky vhodné pro halogenový provoz, přičemž elektronická zařízení kromě této práce převádějí také proud.

Toroidní elektromagnetické zařízení

Nejjednodušší toroidní transformátor se skládá ze dvou vinutí a jádra. Ten se také nazývá magnetické jádro. Je vyroben z feromagnetického materiálu, obvykle z oceli. Vinutí je umístěno na jádře. Primární vinutí je připojeno ke zdroji energie, sekundární vinutí ke spotřebiči. Mezi sekundárním a primárním vinutím není žádné elektrické spojení.

Navzdory nízké ceně a provozní spolehlivosti se dnes toroidní elektromagnetické transformátory pro připojení halogenových žárovek používají jen zřídka.

Energie mezi nimi se tedy přenáší pouze elektromagneticky. Ke zvýšení indukční vazby mezi vinutími se používá magnetický vodič. Když se na svorku připojenou k prvnímu vinutí přivede střídavý proud, vytvoří se uvnitř jádra střídavý magnetický tok. Ten se spojí s oběma vinutími a indukuje v nich elektromotorickou sílu neboli EMF.

V sekundárním vinutí vytváří střídavý proud s napětím odlišným od napětí v primárním vinutí. V závislosti na počtu vinutí se určuje typ transformátoru, který může být zvyšovací nebo snižovací, a transformační poměr. U halogenových žárovek se vždy používají pouze snižovače.

Za výhody navíjecích zařízení se považují tyto.

• Vysoká provozní spolehlivost.
• Snadné připojení.
• Nízké náklady.

Toroidní transformátory se však vyskytují i v moderních halogenových zařízeních. obvody halogenových žárovek jsou poměrně vzácné. Je to dáno tím, že vzhledem ke konstrukčním vlastnostem mají tato zařízení poměrně působivé rozměry a hmotnost. Je tedy obtížné je zamaskovat například při instalaci nábytku nebo stropního osvětlení.

Pravděpodobně hlavní nevýhodou toroidních elektromagnetických transformátorů je jejich objemnost a značná velikost. V případě potřeby skryté instalace je velmi obtížné je zamaskovat.

Mezi další nevýhody tohoto typu zařízení patří zahřívání během provozu a citlivost na případné změny napětí v síti, což negativně ovlivňuje životnost halogenů. Kromě toho mohou vinuté transformátory během provozu bzučet, což není vždy přijatelné. Proto se tato zařízení používají převážně v nebytových prostorách nebo v průmyslových budovách.

Impulzní nebo elektronická zařízení

Transformátor se skládá z magnetického jádra nebo jader a dvou vinutí. Podle tvaru jádra a způsobu uspořádání vinutí na něm existují čtyři typy transformátorů: tyčové, toroidní, pancéřové a pancéřové. Počet sekundárních a primárních vinutí se může rovněž lišit. Změnou jejich poměrů se získají zařízení pro snižování a zvyšování napětí.

Pulzní transformátor je vybaven nejen vinutím jádra, ale také elektronickými součástkami. To umožňuje integrovat ochranu proti přehřátí, ochranu proti měkkému startu a další.

Princip činnosti pulzního transformátoru je poněkud odlišný. Primární vinutí je napájeno krátkými unipolárními impulsy, takže jádro je trvale zmagnetováno. Impulzy na primárním vinutí jsou charakterizovány krátkodobými obdélníkovými signály. Vytvářejí indukčnost se stejnými charakteristickými poklesy.

Ty pak vytvářejí impulsy na sekundární cívce. Tato vlastnost přináší elektronickým transformátorům řadu výhod:

• Nízká hmotnost a kompaktní rozměry.
• Vysoká úroveň účinnosti.
• Možnost začlenění dodatečné ochrany.
• Rozšířený rozsah provozního napětí.
• Při provozu se nezahřívá ani nehlučí.
• Možnost nastavení výstupního napětí.

Nevýhodou je minimální limit zatížení a poměrně vysoká cena. Důvodem je určitá složitost výrobního procesu těchto zařízení.

Řidič

Použití ovladače namísto transformátorové jednotky vzhledem ke zvláštnostem LED, jako nedílného prvku moderního osvětlovacího zařízení. Jde o to, že každá LED je nelineární zátěž, jejíž elektrické parametry se mění v závislosti na provozních podmínkách.

Obr. 3. Voltampérová charakteristika LED diody

Jak vidíte, i při malých výkyvech napětí dojde k výrazné změně intenzity proudu. Tyto výkyvy jsou patrné zejména u výkonných LED. Při provozu se projevuje také teplotní závislost, takže se zahříváním prvku klesá úbytek napětí a roste proud. To má velmi nepříznivý vliv na provoz LED diody a způsobuje její rychlejší selhání. Nelze jej připojit přímo k síťovému usměrňovači, k čemuž se používají ovladače.

Vlastností ovladače LED je, že z výstupního filtru vystupuje stejný proud bez ohledu na velikost vstupního napětí. Moderní konstrukce Ovladače LED lze vyrobit pomocí tranzistorů nebo na bázi čipu. Druhá varianta je stále oblíbenější díky lepšímu výkonu ovladače a jednoduššímu ovládání provozních parametrů.

Níže je uveden příklad zapojení ovladače:

Obrázek 4. Příklad obvodu ovladače

Zde se na vstup usměrňovače síťového napětí VDS1 přivádí proměnná hodnota, usměrněné napětí se pak přes vyhlazovací kondenzátor C1 a poloviční šířky R1 až R2 přivádí do ovladače čipu BP9022. Ten generuje sérii pulzů PWM a přenáší ji přes transformátor do výstupního usměrňovače D2 a výstupního filtru R3 - C3, který slouží ke stabilizaci výstupních parametrů. Díky zavedení přídavných rezistorů do napájecího obvodu čipu může tento ovladač regulovat hodnotu výstupního výkonu a řídit intenzitu světelného výstupu.

Konstrukce a princip činnosti

Elektronické a elektromagnetické modely transformátorů se liší svou konstrukcí i principem činnosti, proto je třeba je posuzovat odděleně:

Elektromagnetický transformátor.

Jak bylo uvedeno výše, základem této konstrukce je toroidní jádro z elektrotechnické oceli, na které je navinuto primární a sekundární vinutí. Mezi vinutími není elektrický kontakt a spojení mezi nimi se uskutečňuje pomocí elektromagnetického pole, jehož účinek je způsoben jevem elektromagnetické indukce. Schéma snižovacího elektromagnetického transformátoru je znázorněno na obrázku níže, kde:

• primární vinutí je připojeno k síťovému napájení 220 V (U1 na obrázku) a protéká jím elektrický proud "i1";
• Když se na primární vinutí přivede napětí, vzniká v jádře elektromotorická síla (EMF);
• EMF vytváří rozdíl potenciálů v sekundárním vinutí (U2 na obrázku) a v důsledku toho přítomnost elektrického proudu "i2" s připojenou zátěží (Zn na obrázku).

Elektronické a schéma toroidního transformátoru

Napětí sekundárního vinutí vzniká navinutím určitého počtu závitů drátu kolem jádra zařízení.

Transformátor je elektronický.

Tyto modely jsou vybaveny elektronickými součástkami, které se používají k převodu napětí. Na níže uvedeném schématu je síťové napětí přivedeno na vstup INPUT a poté je pomocí diodového můstku převedeno na stejnosměrné napětí, na kterém pracují elektronické součásti spotřebiče.

Řídicí transformátor je navinutý na feritovém kroužku (vinutí I, II a III) a je to vinutí, které řídí činnost tranzistorů a zajišťuje spojení s výstupním transformátorem, který dodává transformované napětí na výstup zařízení (OUTPUT). Kromě toho jsou v obvodu přítomny kondenzátory, které zajišťují požadovaný průběh výstupního napětí.

Schéma zapojení elektronického transformátoru 220 na 12 V

Tento elektronický obvod transformátoru lze použít k připojení halogenových žárovek a jiných světelných zdrojů pracujících s napětím 12 V.

Užitečné rady

Při připojování halogenových světel je třeba dodržovat několik užitečných rad:

• Svítidla se často vyrábějí s nestandardním značením vodičů. To se zohledňuje při propojování fáze a nulového vodiče. Nesprávné připojení způsobí problémy.
• Při instalaci svítidel prostřednictvím stmívače je rovněž nutné použít speciální LED žárovky.
• Zapojení musí být uzemněno.
• Výstupní vodič nesmí být delší než 2 metry, jinak dojde ke ztrátám proudu a lampy budou svítit mnohem slaběji.
• Transformátor se nesmí přehřívat, proto nesmí být umístěn blíže než 20 cm od samotné světelné jednotky.

• Pokud je transformátor umístěn v malé dutině, musí být zatížení sníženo na 75 %.
• Instalace bodových světel se provádí po kompletním dokončení povrchů.
• Instalaci halogenových reflektorů lze provést svépomocí při dodržení montážních pravidel.
• Pokud je svítidlo čtvercové, nejprve vyřízněte kruh s korunkou a poté ořízněte rohy (u plastových, sádrokartonových podhledů).
• Při instalaci v koupelně je nutné použít 12 V transformátor. Toto napětí lidem neškodí.

Podívejte se na instruktážní video:

Schéma zapojení snižovacího transformátoru

Jak připojit transformátor 220 na 12 voltů, zajímá mnoho lidí. Je to jednoduché. Postup je znázorněn na značkách v místech připojení. Svorky na připojovacím panelu jsou označeny latinkou. Svorky, ke kterým je připojen nulový vodič, jsou označeny N nebo 0. Výkonová fáze je označena L nebo 220. Výstupní svorky jsou označeny 12 nebo 110. Zbývá zabránit záměně svorek a odpovědět na otázku, jak prakticky zapojit snižovací transformátor 220.

Továrně označené svorky zajišťují bezpečné připojení osobou neznalou těchto operací. Dovážené transformátory podléhají národní certifikaci a nejsou v provozu nebezpečné. 12voltový výrobek se připojuje podle výše popsaného principu.

Nyní je jasné, jak připojit továrně vyráběný snižovací transformátor. Rozhodování o domácím zařízení je obtížnější. Potíže nastanou, když při instalaci zařízení zapomenete označit svorky.

Pro bezchybné zapojení je důležité naučit se vizuálně určit tloušťku vodičů. Primární cívka je vyrobena z drátu menšího průřezu než koncová cívka.

Schéma zapojení je jednoduché.

Je nutné si osvojit pravidlo, že je možné získat rostoucí elektrické napětí, zařízení je zapojeno v opačném pořadí (zrcadlová varianta).

Princip snižovacího transformátoru je snadno pochopitelný. Bylo empiricky a teoreticky zjištěno, že vazba elektronových hladin v obou cívkách by měla být vyhodnocena jako rozdíl magnetického toku, který vytváří kontakt s oběma cívkami, a elektronového toku, který se vyskytuje ve vinutí s nižším počtem závitů. Připojením koncové cívky se zjistí, že v obvodu vzniká proud. Jinými slovy, vyrábí se elektřina.

Zde dochází k elektrotechnické kolizi. Počítá se s tím, že energie dodaná z generátoru do primární cívky se rovná energii nasměrované do vytvořeného obvodu. K tomu dochází, když mezi vinutími není žádný kovový galvanický kontakt. Energie se přenáší vytvořením silného magnetického toku, který má proměnlivé vlastnosti.

V elektrotechnice existuje pojem "rozptyl". Magnetický tok po cestě ztrácí výkon. A to není dobře. To je řešeno konstrukční vlastností transformátorů. Navržené konstrukce kovových magnetických cest neumožňují rozptýlení magnetického toku v obvodu. V důsledku toho jsou magnetické toky první cívky stejné nebo téměř stejné jako magnetické toky druhé cívky.

Jak fungují

Všechny žárovky jsou konstrukčně stejné a skládají se z patice, žárovkového tělesa a skleněné baňky. Halogenové žárovky se však liší obsahem jódu nebo bromu.

Jejich funkce je následující. Atomy wolframu ve vlákně se uvolňují a reagují s halogeny jódem nebo bromem (tím se zabrání jejich vysrážení uvnitř žárovky), čímž vzniká proud světla. Plnění plynem výrazně prodlužuje životnost zdroje.

Poté se proces obrátí - vysoká teplota způsobí, že se nové sloučeniny rozpadnou na své složky. Wolfram se uvolňuje na povrchu nebo v blízkosti povrchu vlákna.

Díky tomuto principu je světelný tok intenzivnější a prodlužuje se životnost halogenové žárovky (12 V nebo vyšší - na tom nezáleží, tvrzení platí pro všechny typy).

Účel zátěže

Povinné elektrické charakteristiky svítidla pro denní svícení

1. Odběr proudu.
2. Startovací napětí.
3. Frekvence proudu.
4. Faktor amplitudy proudu.
5. Úroveň svítivosti.

Tlumivka poskytuje vysoké počáteční napětí, které iniciuje žhavicí výboj, a poté rychle omezuje proud, aby se bezpečně udržela správná úroveň napětí.

Hlavní funkce předřadníkového transformátoru jsou popsány níže.

Bezpečnost

Předřadník reguluje střídavé napájení elektrod. Při průchodu střídavého proudu tlumivkou se napětí zvyšuje. Současně je omezen proud, čímž se předchází zkratům, které by zářivkové svítidlo zničily.

Ohřev katod

K provozu svítidla je nutný výboj vysokého napětí: Tehdy se otevře mezera mezi elektrodami a zapálí se oblouk. Čím chladnější je lampa, tím vyšší je potřebné napětí. Napětí "protlačí" proud argonem. Plyn má však odpor, který je tím větší, čím je plyn chladnější. Proto je nutné vytvořit vyšší napětí při co nejnižší teplotě.

To vyžaduje zavedení jednoho ze dvou okruhů:

• Se startovacím spínačem (startérem) s malou 1 wattovou neonovou nebo argonovou výbojkou. Tím se zahřeje bimetalový pásek ve startéru a usnadní se iniciace plynového výboje;
• wolframové elektrody, kterými prochází proud. Tím se elektrody zahřívají a plyn v trubici se ionizuje.

Zajištění vysoké úrovně napětí

Když se obvod přeruší, přeruší se i magnetické pole, vysokonapěťový puls je svítidlem vyslán výboj a je vyvolán výboj. Používají se následující vysokonapěťová schémata:

1. Předehřívání. V tomto případě se elektrody před zahájením výboje zahřívají. Spínač startéru se sepne a umožní průchod proudu každou elektrodou. Spínač startéru se rychle ochladí, rozepne spínač a spustí napájecí napětí do obloukové trubice, což vede k výboji. Během provozu není k elektrodám přiváděno žádné pomocné napájení.
2. Rychlý start. Elektrody jsou zahřívány nepřetržitě, a proto předřadníkový transformátor obsahuje dvě speciální sekundární vinutí, která udržují nízké napětí na elektrodách.
3. Okamžitý start. Elektrody se před spuštěním nezahřívají. U zařízení s okamžitým startem poskytuje transformátor poměrně vysoké startovací napětí. V důsledku toho se výboj snadno vybuzuje mezi "studenými" elektrodami.

Omezení elektrického proudu

To je nutné, pokud je zátěž (např. obloukový výboj) doprovázena poklesem napětí na svorkách s rostoucím proudem.

Stabilizace procesu

Na zářivková svítidla jsou kladeny dva požadavky:

• Ke spuštění světelného zdroje je zapotřebí vysokého napětí, které ve rtuťových parách vytvoří oblouk;
• Jakmile je lampa spuštěna, plyn klade klesající odpor.

Tyto požadavky se liší v závislosti na výkonu zdroje.