Повышаем напряжение в электросети: практические советы

Чтобы питать электроприборы, нужно обеспечить номинальные значения параметров электропитания, заявленные в их документации. Безусловно большинство современных электроприборов работают от сети переменного тока 220 Вольт, но бывает так, что нужно обеспечить питание приборов для других стран, где напряжение другое или запитать что-нибудь от бортовой сети автомобиля. В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и что для этого нужно.

Содержание:

Повышение переменного напряжения

Повысить переменное напряжение можно двумя способами – использовать трансформатор или автотрансформатор. Основная разница между ними состоит в том, что при использовании трансформатора есть гальваническая развязка между первичной и вторичной цепью, а при использовании автотрансформатора её нет.

Интересно! Гальваническая развязка – это отсутствие электрического контакта между первичной (входной) цепью и вторичной (выходной).

Рассмотрим часто возникающие вопросы. Если вы попали за границы нашей необъятной родины и электросети там отличаются от наших 220 В, например, 110В, то чтобы поднять напряжение со 110 до 220 Вольт нужно использовать трансформатор, например, такой как изображен на рисунке ниже:

Следует сказать о том, что такие трансформаторы можно использовать «в любую сторону». То есть, если в технической документации вашего трансформатора написано «напряжение первичной обмотки 220В, вторичной – 110В» – это не значит, что его нельзя подключить к 110В. Трансформаторы обратимы, и, если на вторичную обмотку подать, те же 110В – на первичной появится 220В или другое повышенное значение, пропорциональные коэффициенту трансформации.

Следующая проблема, с которой многие сталкиваются – низкое напряжение в электросети, особенно часто это наблюдается в частных домах и в гаражах. Проблема связана с плохим состоянием и перегрузкой линий электропередач. Чтобы решить эту проблему – вы можете использовать ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Большинство современных моделей могут как понижать, так и плавно повышать параметры сети.

Схема его изображена на лицевой панели, а на объяснениях принципа действия мы останавливаться не будем. ЛАТРы продаются разных мощностей, тот что на рисунке примерно на 250-500 ВА (вольт-амперы). На практике встречаются модели до нескольких киловатт. Такой способ подходит для подачи номинальных 220 Вольт на конкретный электроприбор.

Если вам нужно дёшево поднять напряжение во всем доме, ваш выбор — релейный стабилизатор. Они также продаются с учетом разных мощностей и модельный ряд подходит для большинства типовых случаев (3-15 кВт). Устройство основано также на автотрансформаторе. О том, как выбрать стабилизатор напряжения для дома, мы рассказали в статье, на которую сослались.

Цепи постоянного тока

Всем известно, что на постоянном токе трансформаторы не работают, тогда как в таких случаях повысить напряжение? В большинстве случаев постоянку повышают с помощью дросселя, полевого или биполярного транзистора и ШИМ-контроллера. Другими словами, это называется бестрансформаторный преобразователь напряжения. Если эти три основных элемента соединить как показано на рисунке ниже и на базу транзистора подавать ШИМ сигнал, то его выходное напряжение повысится в Ku раз.

Ku=1/(1-D)

Также рассмотрим типовые ситуации.

Допустим вы хотите сделать подсветку клавиатуры с помощью небольшого отрезка светодиодной ленты. Для этого вполне хватит мощности зарядного от смартфона (5-15 Вт), но проблема в том, что его выходное напряжение составляет 5 Вольт, а распространенные типы светодиодных лент работают от 12 В.

Тогда как повысить напряжение на зарядном устройстве? Проще всего повысить с помощью такого устройства как «dc-dc boost converter» или «импульсный повышающий преобразователь постоянного напряжения».

Такие устройства позволяют повысить напряжение с 5 до 12 Вольт, и продаются как с фиксированной величиной, так и регулируемые, что позволит в большинстве случаев поднять с 12 до 24 и даже до 36 Вольт. Но учтите, что выходной ток ограничен самым слабым элементом цепи, в обсуждаемой ситуации – током на зарядном устройстве.

При использовании указанной платы выходной ток будет меньше входного во столько раз, во сколько поднялось напряжение на выходе, без учета КПД преобразователя (он в районе 80-95%).

Подобные устройства строят на базе микросхем MT3608, LM2577, XL6009. С их помощью можно сделать устройство для проверки реле регулятора не на генераторе автомобиля, а на рабочем столе, регулируя значения с 12 до 14 Вольт. Ниже вы видите видео-тест такого устройства.

Интересно! Любители самоделок часто задают вопрос «как повысить напряжение с 3,7 В до 5 В, чтобы сделать Power bank на литиевых аккумуляторах своими руками?». Ответ прост – использовать плату-преобразователь FP6291.

На подобных платах с помощью шелкографии указано назначение контактных площадок для подключения, поэтому схема вам не понадобится.

Также часто возникающая ситуация — необходимость подключить к автомобильному аккумулятору 220В прибор, а бывает что за городом очень нужно получить 220В. Если бензинового генератора у вас нет – используйте автомобильный аккумулятор и инвертор, чтобы повысить напряжение с 12 до 220 Вольт. Модель мощностью в 1 кВт можно купить за 35 долларов – это недорогой и проверенный способ подключить 220В дрель, болгарку, котёл или холодильник к 12В аккумулятору.

Если вы водитель грузовика, вам не подойдёт именно указанный выше инвертор, из-за того, что в вашей бортовой сети скорее всего 24 Вольта. Если вам нужно поднять напряжение с 24В до 220В – то обратите на это внимание при покупке инвертора.

Хотя стоит отметить, что есть универсальные преобразователи, которые могут работать и от 12, и от 24 вольт.

В случаях, когда нужно получить высокое напряжение, например, поднять с 220 до 1000В, можно использовать специальный умножитель. Его типовая схема изображена ниже. Он состоит из диодов и конденсаторов. Вы получите на выходе постоянный ток, учтите это. Это удвоитель Латура-Делона-Гренашера:

А так выглядит схема несимметричного умножителя (Кокрофта-Уолтона).

С его помощью вы можете повысить напряжение в нужное число раз. Это устройство строится каскадами, от числа которых зависит сколько вольт на выходе вы получите. В следующем видео описан принцип работы умножителя.

Кроме этих схем существует еще множество других, ниже изображены схемы учетвертителя, 6- и 8-кратных умножителей, которые используются для повышения напряжения:

В заключении хотелось бы напомнить о технике безопасности. При подключении трансформаторов, автотрансформаторов, а также работе с инверторами и умножителями будьте аккуратны. Не касайтесь токоведущихчастей голыми руками. Подключения следует выполнять при отключенном питании от устройства, а также избегать их работы во влажных помещениях с возможностью попадания воды или брызг. Также не превышайте заявленный производителем ток трансформатора, преобразователя или блока питания, если не хотите, чтобы он у вас сгорел. Надеемся, предоставленные советы помогут вам повысить напряжение до нужного значения! Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Наверняка вы не знаете:

—> Принцип работы

Часто люди сталкиваются с такой проблемой, как в сети понижается напряжение, и уже не работают бытовые электрические приборы. Несведущие люди впадают в панику и звонят в разные инстанции, чтобы вызвать специалиста. Но чтобы приборы нормально работали, нужно знать, как самостоятельно это сделать.

Причины снижения напряжения

Если в электрической сети низкое напряжение, не выходящее за границы допустимых норм, то это вполне нормально, так как при транспортировке энергии на линии теряется ее некоторая часть. При обычных условиях уровень этих потерь должен иметь допустимые значения. Но со временем оборудование изнашивается, и потребление электричества увеличивается.

Повышение расхода энергии заметно в своих домах при увеличении количества электрических устройств. Постепенно возникает такая ситуация, когда сеть не может нормально функционировать и обеспечивать энергией потребителей. При увеличении нагрузки толщина проводов, кабелей и мощность оборудования не изменяется.

Многие электрические устройства должны функционировать при нормальном напряжении 220-230 В. Если эта величина уменьшается, и становится ниже, то эффект от приборов значительно уменьшается, и большинство из них совсем не работают, либо выходят из строя.

Как повысить напряжение в сети

Для увеличения напряжения можно использовать несколько вариантов. Для начала нужно купить стабилизатор напряжения, а другим вариантом является повышающий трансформатор, который способен увеличить низкое напряжение. Также существует много других методов, которые рассмотрим подробнее.

Стабилизатор напряжения

Это наиболее приемлемый метод. Стабилизатор может быть с ручным или автоматическим управлением. Стабилизатор с системой автоматики самостоятельно удерживает необходимую мощность, а ручной приходится настраивать своими руками. Раньше такие приборы были во многих домах, так как электричество в сети имело большие перепады, да и в настоящее время подача электроэнергии часто изменяется. Когда люди на работе, то напряжение нормальное, а вечером, когда все дома, и работают многие устройства, то напряжение может давать сбои.

В таких случаях стабилизатор выполняет две задачи – во-первых, он увеличивает неожиданно уменьшившееся напряжение, позволяя приборам непрерывно функционировать, а во-вторых, он создает безопасность, и предотвращает появление замыканий из-за перепадов питания. Стабилизатор является необходимым устройством, но достаточно дорогостоящим, поэтому если у вас нет в доме старого стабилизатора, то лучше его не приобретать, а воспользоваться другим методом.

Чаще всего стабилизатор постоянно находится в подключенном состоянии, защищая устройства. Многие из них имеют световую индикацию, указывающую на уровень напряжения и  режима работы.

Принцип работы стабилизатора

Действие этого прибора основывается на изменении числа витков трансформатора, при помощи тиристоров, реле или щеток. Защитная схема от пониженного напряжения очень простая. При нормальной величине напряжения, указанного в руководстве к прибору, стабилизатор может сгладить перепады, выдавая на выходе 220 вольт с допуском не более 8%. При снижении напряжения за допустимые границы, стабилизатор отключает питание, и выдает звуковой и световой сигнал.

Необходимо выяснить, как работает алгоритм действия стабилизатора при низком напряжении. При значительном падении напряжения менее 150 вольт напряжение на выходе может достигать 130% от значения питающей величины. При уменьшении U на выходе стабилизатора до 180 вольт он обесточивает сеть, делая напряжение равным нулю.

При увеличении наибольшего напряжения сети более 260 вольт устройство может поддерживать выходную величину около 90% от значения питания. При увеличении напряжения до 255 вольт, нагрузка также отключается от электрической сети.

Восстановление характеристик напряжения питания дает возможность возобновить подключение питания на нагрузку, однако происходит это при условии, позволяющем предотвратить вредное для потребителя внезапное изменение питания.

Также, стабилизатор обладает определенной заданной эксплуатационной температурой (до 120 градусов). Если этот параметр отклоняется более, чем на 10 градусов, то питание также может отключиться. Когда температура понизится, то допустимой величины (около 85 градусов), то питание автоматически восстановится. Многие регуляторы напряжения сети имеют автоматические системы, производящие аварийное выключение питания, если напряжение превысило допустимую величину тока. Это достигается путем применения регулятора для подсоединения нагрузки, больше разрешенной величины.

Отсюда можно сделать вывод, что увеличить напряжение в сети не настолько трудно, необходимо лишь вникнуть в эту проблему более глубоко.

Повышающий трансформатор

Вторым методом является покупка трансформатора, который способен увеличить напряжение. Но для правильного выбора трансформатора, необходимо ознакомиться с определенными расчетами. Первичная обмотка должна быть рассчитана на 220 вольт, а вторичная – должна выдавать недостающую часть напряжения.

Для определения нужного числа витков следует пользоваться формулами:

Iн = Рн / Uн и Р = U2 x I2

В первом выражении можно определить ток вторичной обмотки. Далее, используя второе выражение, можно определить мощность Р. По таким данным можно узнать, какие параметры трансформатора необходимы. Основными характеристиками при подборе трансформатора являются мощность и напряжение на выходе.

Перед повышением напряжения и монтажа трансформатора, нужно спланировать место установки. Обычно их устанавливаю в подвалах. Если вы живете в квартире, то лучше установить его в кладовке или подсобном помещении, где нет людей.

Электрический генератор

Другим вариантом решения задачи стало применение электрогенератора. Но при этом есть вопросы частых остановок и запусков, так как автоматические системы, когда низкое напряжение, сразу обесточивают сеть и включают в работу генератор. Далее напряжение восстанавливается, так как сеть разгружается, и генератор снова выключается. В момент запуска генератора дом на какое-то время остается без питания, электрические устройства также отключаются, а затем включаются вместе с генератором.

Другие способы повышения напряжения

Для того, чтобы увеличить низкое напряжение, существует много разных способов, которыми пользуются многие жильцы квартир и загородных домов.

1. Применение автотрансформаторов. Их устройство дает возможность увеличить напряжение на 50 вольт. Они применяются чаще всего в электрических сетях с низким напряжением, в деревне, где напряжение падает часто, и считается обычным явлением. Используя автотрансформатор можно также и уменьшать напряжение. При их выборе следует учитывать мощность, в противном случае они будут сильно нагреваться.
2. Низкое напряжение можно привести в норму путем использования умножителя, который является особым устройством, собранным из конденсаторов и диодов. Такие умножители используются для питания кинескопов, увеличивая напряжение до 27 тысяч вольт.
3. С помощью электродвижущей силы. Если в источнике энергии можно настраивать ЭДС специальным регулятором, то можно увеличить значение ЭДС этого источника. Повышение напряжения произойдет на столько, на сколько повысится ЭДС.
4. Низкое напряжение можно повысить, изменяя сопротивление. Зависимость напряжения от сопротивления, следующая: во сколько уменьшится сопротивление, во столько и увеличится напряжение.
5. Если нельзя повысить напряжение одним из этих способов, то можно использовать их совместно. Например, для увеличения напряжения в цепи в 12 раз, нужно повысить ЭДС источника в два раза, снизить длину проводов в два раза, и повысить площадь их сечения в три раза.

Что делать, если низкое напряжение в электрической сети.

В быту и на производстве широко используются электрические и электронные приборы различного назначения. Необходимое условие их функционирования — подключение к электрической сети или иному источнику электрической энергии. Из соображений упрощения создания и последующей эксплуатации сети или источника целесообразно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение. Например 220 В бытовой сети переменного тока и 12 В автомобильной сети постоянного тока.

На практике применяются сети как постоянного, так и переменного тока. Например, бытовая 220-вольтовая сеть функционирует на переменном токе, а бортовая автомобильная сеть использует постоянный ток. В зависимости от разновидности сети повышение напряжения до нужного значения решается в них по-разному.

При обращении к современной микроэлектронной элементной базе реализующие эти функции устройства при солидной выходной мощности обладают очень хорошими массогабаритными показателями. Для иллюстрации этого положения на рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока.

В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это делать правильно.

Содержание

Повышение переменного напряжения

Разновидности трансформаторов

Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.

Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило U_выхода = K×U_входа, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.

Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: U_выхода = K×U_входа, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.

Особенности трансформаторов

Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент

• увеличивает КПД устройства за счет уменьшения рассеяния магнитного поля в окружающем пространстве;
• выполняет функцию несущей силовой основы для обмоток.

Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.

При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.

Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.

В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток. Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей. Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.

Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР

Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.

ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.

При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.

Повышение постоянного напряжения

Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз

Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока. Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.

Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.

Отдельные разновидности схем отличаются между собой:

• формой сигнала, снимаемого с выхода генератора (синусоидальное или близкое к нему, пилообразное, импульсное и т.д.);
• принципом увеличения генерируемого напряжения (трансформатор, умножитель);
• типом выпрямления и сглаживания напряжения перед подачей его на выход устройства.

В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.

Умножители

Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.

Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.

Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.

Общее для таких схем:

• мостовой принцип реализации для увеличения общего КПД устройства;
• использование конденсаторов для накапливания заряда;
• применение диодов как элемента выпрямления.

Техника безопасности

При сборке и использовании повышающих устройств вне зависимости от  их разновидности необходимо соблюдать базовые положения правил техники безопасности. Главные из них:

• ни при каких условиях нельзя касаться незащищенными частями тела токоведущих элементов схем;
• запрещается даже кратковременное превышение максимальной нагрузки;
• устройства в обычном офисном исполнении нельзя эксплуатировать во влажных помещениях;
• оборудование следует защищать от попадания брызг воды.

Заключение

Приведем несколько областей использования устройств для увеличения напряжения.

Для переменного тока наиболее распространено использование повышающих трансформаторов для подключения различной европейской электронной и электротехнической техники к бытовой 110-вольтовой сети в США.

Примеры из области постоянного напряжения:

• мощность широко распространенных USB-зарядников достаточна для питания СД-ленты, но последние требуют для работы напряжения 12 В; для такой выгодно ситуации применение повышающего преобразователя;
• на 3,3-вольтовых литиевых аккумуляторах можно собрать power bank для мобильных телефонов;
• регулируемые устройства хорошо востребованы при выполнении настроек автомобильных генераторов.

Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать за городом такие 220-вольтовые устройства как телевизор, магнитофон, дрель.

Устройства для увеличения постоянного и переменного напряжения имеют обширную область применения, серьезно отличаясь друг от друга схемотехнически.

Выбор конкретной реализации зависит от ряда факторов, основные среди которых:

• соотношение входного и выходного напряжения;
• мощность питаемой нагрузки
• уровень жесткости требований электробезопасности.

На практике можно воспользоваться как покупными, так и самодельными устройствами. Большинство самодельных схем доступны для воспроизведения при наличии даже среднего уровня подготовки в области электротехники и схемотехники.

Используемые источники:

• https://samelectrik.ru/kak-povysit-postoyannoe-i-peremennoe-napryazhenie.html
• http://ostabilizatore.ru/kak-uvelichit-naprjazhenie.html
• https://www.asutpp.ru/kak-povysit-napryazhenie.html