Как работает трансформатор напряжения — наши статьи

Если используется электроэнергия, ее необходимо постоянно преобразовывать. Чтобы свести потери во время перемещения к минимуму, напряжение приходится повышать до сотен киловольт. Максимальное значение здесь равняется 1150 кВ. Там, где электричество используется, напряжение падает до 380 (220) вольт. Для компонентов электрических приборов тоже часто требуются напряжения ниже привычного значения.

Трансформация переменного напряжения до нужных значений зависит от силовых ТН (трансформаторов напряжения). Это специальные приборы, куда на контакты первичных обмоток электричество подается под исходным напряжением, а со вторичных снимается уже под необходимым. Для потребителей и для линий электропередач напряжение изменяется при помощи силовых трехфазных трансформаторов подстанций или масляных трансформаторов, которые могут выдерживать высокие номинальные мощности. Для питания электроприборов используются понижающие однофазные трансформаторы.

Сейчас набирают распространение импульсные блоки питания с более высокими частотами переменного тока. Они используются в любых электрических приборах. Там не используются силовые трансформаторы номинальной частоты пятьдесят герц, так что такие блоки питания меньше весят и занимают места. Но даже в них используются импульсные трансформаторы, для которых нужны частоты в десятки кГц.

Действие любых трансформаторов основано на электромагнитной индукции, и силовые модели здесь не исключение. Электромагнитная индукция представляет собой физическое явление, от которого зависит появление электрического поля в проводниках, когда меняется внешнее магнитное поле.

Чтобы разобраться в том, как работает трансформатор, необходимо рассмотреть его упрощенную схему. Это обычно две обмотки (первичная и вторичная) из медного изолированного провода. Они объединены одним замкнутым магнитопроводом. Как бы ни располагались обмотки, то есть, на общей катушке или двумя отдельными катушками на разных сердечниках общего магнитопровода, их суть остается неизменной: магнитный поток идет через центральные оси обеих катушек.

При этом тело магнитопровода может быть как навито из стальной ленты, так и составлено из пластин электротехнической стали. Во втором случае уменьшаются вихревые токи. При производстве импульсных трансформаторов магнитопроводы делаются ферритовыми.

Рассмотрим трансформацию переменного тока в ТН. Когда переменное напряжение подается в трансформатор, вокруг витков первичной катушки появляется электромагнитное поле. Переменные магнитные поля появляются при участии сердечника магнитопровода. Переменное магнитное поле, когда оно проходит через обмотки вторичной катушки, наводит там ЭДС индукции. Та, если подключена нагрузка, создает ток во вторичных цепях.

Во сколько раз выходное напряжение отличается от входного, определяется коэффициентом трансформации. На него влияет соотношение витков обеих обмоток. При этом у понижающего трансформатора витков первичной обмотки больше, чем вторичной. Ну а у повышающего — наоборот, больше вторичной обмотки.

Если же число витков одинаково, то есть, коэффициент трансформации равняется единице, то равны будут и напряжения. Именно в этом заключается конструкция разделительных трансформаторов. Они используются для того, чтобы обеспечивать гальваническую развязку сетей. Хотя мы объяснили работу силового трансформатора на примере однофазного, примерно так же можно описать и действие трехфазных моделей.

Как работает трансформатор тока

В процессе эксплуатации энергетических систем довольно часто решаются вопросы, связанные с необходимостью каких-либо установленных электрических величин в аналогичные величины с измененными значениями в определенной пропорции. Для этого необходимо знать, как работает трансформатор тока, действие которого основано на законе электромагнитной индукции, применяемого для электрических и магнитных полей. В процессе работы выполняется преобразование первичной величины вектора тока, протекающего в силовой цепи, во вторичный ток с пониженным значением. Во время такого преобразования соблюдается пропорциональность по модулю и точная передача угла.

В каком режиме работает трансформатор тока

Работа трансформатора может осуществляться в нескольких режимах. Одним из них является режим холостого хода, при котором вторичная обмотка находится в разомкнутом состоянии. Потребление тока первичной цепью самое минимальное, поэтому он называется током холостого хода. Магнитное поле холостого хода образуется вокруг первичной обмотки. Данный режим считается абсолютно безвредным для трансформатора.

Основным является режим нагрузки, в который трансформатор переходит из режима холостого хода. Во вторичной обмотке начинается течение тока, создающего магнитный поток, направленный против магнитного поля в первичной обмотке. В первый момент значение этого магнитного потока уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции в первичной обмотке.

Поскольку внешнее напряжение, приложенное к генератору, не изменяется, это приводит к нарушению электрического равновесия между приложенным напряжением и ЭДС самоиндукции, а ток в первичной обмотке увеличивается. Соответственно увеличивается и магнитный поток, а также электродвижущая сила самоиндукции. Однако значение тока в первичной обмотке будет выше, чем в режиме холостого хода. Таким образом, сумма магнитных потоков первичной и вторичной обмоток в режиме нагрузки, будет равна магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

В режиме нагрузки, когда появляется вторичный ток, происходит возрастание первичного тока. Это приводит к падению напряжения во вторичной обмотке и его уменьшению. В случае снижения нагрузки, при которой вторичный ток уменьшается, наступает уменьшение и размагничивающего действия вторичной обмотки. Наблюдается рост магнитного потока в сердечнике и соответствующий рост самоиндукции ЭДС. Данный процесс, касающийся электрического равновесия, продолжается до тех пор, пока оно полностью не восстановится.

Одним из основных считается и режим короткого замыкания, при котором во вторичной цепи будет практически нулевое сопротивление. Ток во вторичной цепи достигает максимального значения, магнитное поле во вторичной обмотке также будет иметь наивысший показатель. Одновременно, магнитное поле в первичной обмотке уменьшается и становится минимальным. Следовательно, происходит и снижение индуктивного сопротивления в этой обмотке. В то же время возрастает ток, потребляемый первичной цепью. Данная ситуация приводит к возникновению режима короткого замыкания, опасного не только для самого трансформатора, но и для всей цепи. Защита от короткого замыкания обеспечивается путем установки предохранителей в первичной или вторичной цепи.

Особенности работы трансформатора тока в разных условиях:

• Режим работы приближается к короткому замыканию, поскольку сопротивление нагрузки, подключаемой совместно со вторичной обмоткой, имеет минимальное значение. Фактически, работа трансформатора тока происходит в режиме короткого замыкания.
• Трансформатор тока своим режимом работы существенно отличается от других трансформаторных устройств. При изменении нагрузки в обычном трансформаторе, значение магнитного потока в сердечнике не изменяется при условии постоянно приложенного напряжения.

В каком режиме работает измерительный трансформатор напряжения

Важнейшими элементами высоковольтных цепей являются измерительные трансформаторы напряжения. Данные устройства предназначены для понижения высокого напряжения, после чего пониженное напряжение может питать измерительные цепи, релейную защиту, автоматику и учет, а также другие элементы. Таким образом, трансформаторы напряжения позволяют измерять напряжение в высоковольтных сетях, от них поступает питание на катушки реле минимального напряжения, счетчики, ваттметры, фазометры, а также на аппаратуру, контролирующую состояние изоляции сети.

С помощью трансформатора осуществляется понижение высокого напряжения до стандартных значений. С их помощью происходит разделение измерительных цепей и релейной защиты с первичными цепями высокого напряжения. Подключение первичной обмотки производится к источнику входного напряжения сети, а вторичная обмотка соединяется параллельно с катушками реле и измерительных приборов. Работа трансформатора напряжения осуществляется в режиме, приближенном к холостому ходу. Это связано с высоким сопротивлением приборов, подключенных параллельно и низким током, потребляемым ими.

Для обеспечения нормальной работы вторичных цепей установка трансформаторов напряжения может выполняться не только на шинах подстанции, но и на каждой точке подключения. Перед началом электромонтажных работ необходимо осмотреть устройство, проверить целостность изоляции, исправность узлов и элементов. С целью дальнейшей безопасной эксплуатации трансформатора, его корпус и вторичная обмотка заземляется. В результате, создается защита от возможного перехода высокого напряжения во вторичные цепи в случае пробоя изоляции.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Закон Ома для переменного тока

Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя

Топ лучших мультиметров

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Электрический трансформатор

: как это работает?

Уже более века трансформатор (TF) работает в качестве важного элемента в системах распределения электроэнергии, как для промышленности и предприятий, так и для жилых домов.

Если бы не трансформатор, необходимо было бы сократить расстояние между электростанциями и различными типами потребителей , поэтому можно сказать, что это устройство действительно делает распределение электроэнергии более эффективным.

Сегодня вы узнаете немного больше о том, что такое трансформатор, о принципе работы и доступных на рынке типах, а также об их важности и пользе. Давайте начнем.

Что делает трансформатор?

Трансформатор — это машина, работающая по принципу электромагнитной индукции.

В основном это устройство позволяет увеличивать или уменьшать напряжение и силу электрического тока (переменного), но сохраняя мощность постоянной.

Эти машины вносят большой вклад в безопасность и эффективность систем распределения электроэнергии на большие расстояния, поскольку лучший способ передачи электрического тока от электростанции — это высокое напряжение.

Проблема в том, что этот ток высокого напряжения не может попасть в дома таким образом, так как он может повредить всю электроустановку и подключенные к ней приборы, поэтому его необходимо снизить до допустимых пределов, чтобы использовать в домах и на предприятиях.

безопасным способом.

Таким образом, трансформаторы выполняют не только распределительную работу, но и защищают электроустановки.

Как работает трансформатор?

Три основных компонента трансформатора: магнитопровод, первичная обмотка и вторичная обмотка.

С точки зрения физики, работа TF основана на Законе электромагнитной индукции Фарадея :

«Скорость изменения потокосцепления во времени прямо пропорциональна индуцированному электромагнитному полю в катушке или проводнике ».

Итак, работа ТП заключается во взаимной электромагнитной индукции между двумя цепями, связанными общей магнитной связью. Эта взаимная индукция, которая происходит между этими цепями, помогает передавать энергию из одной точки в другую.

Основная обмотка – это та, которая подключена к источнику электричества, от которого создается начальный магнитный поток.

Обе катушки изолированы друг от друга. Первоначальный электрический поток индуцируется в основной обмотке, откуда проходит магнитопровод и соединяется со вторичной по малому магнитному сопротивлению; это помогает максимизировать соединение или ссылку.

На самом деле сердечник действует как мост, ретранслируя электрический поток на вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая завершает протекание тока.

Также обратите внимание, что в некоторых типах ТФ вторичная обмотка может достигать импульса, когда обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, что позволяет генерируемому магнитному полю производить движение.

Технически все типы трансформаторов имеют магнитопровод, собранный из стальных листов, с минимальным воздушным зазором, необходимым для обеспечения непрерывности магнитного пути.

Первичная обмотка — это то, что создает переменный поток в сердечнике, и это способ, которым TF передает энергию переменного тока из одной цепи в другую, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое, изменяя напряжение, но сохраняя частоту .

Различные типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов, которые, в свою очередь, относятся к разным классификациям, среди прочего, либо по функциональности, либо по применению.

Мы не будем перечислять все типы существующих трансформаторов, так как их много и это не является целью данной статьи, но мы немного поговорим о некоторых из наиболее актуальных.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор является одной из основных и наиболее распространенных классификаций ТП и широко применяется для повышения и понижения напряжения на электростанции и на подстанциях.

Как правило, они работают при полной нагрузке и проводят высокое напряжение, потому что они предназначены для этого, а также они большие и тяжелые из-за высокого уровня внутренней изоляции, которую они имеют.

Обычно они не связаны напрямую с домами и/или предприятиями.

В этой классификации мы можем найти несколько типов трансформаторов:

• Пластинчатый сердечник
• Тороидальный
• Автотрансформатор
• Индукционный регулятор

Распределительный трансформатор

Распределительные трансформаторы также называются сервисными трансформаторами и представляют собой тип силовых ТФ, обеспечивающих конечное напряжение в системе распределения электроэнергии.

Короче говоря, они преобразуют и доставляют ток конечному потребителю, будь то дома, предприятия и т. д.

Их также можно классифицировать следующим образом:

• Класс напряжения
• Место установки – опора или подземное хранилище
• Жидкая или сухая изоляция
• Однофазная или трехфазная

Тяговый трансформатор

Тяговые ТФ специально используются для преобразования электроэнергии, вырабатываемой за счет тягового эффекта при движении поездов. Затем эта энергия передается электродвигателям.

Этот тип TF может работать на более низких частотах, вплоть до 16,67 Гц, в то время как обычные TF обычно работают на 50 или 60 Гц.

Приборный трансформатор

В этой классификации мы можем найти:

Трансформатор напряжения или напряжения

Этот тип TF может понизить напряжение от цепи высокого напряжения до цепи низкого напряжения с целью измерения падения напряжения. Этот тип TF подключается поперек или параллельно линиям, которые необходимы для различных задач измерения, таких как, например, запись фазовых ошибок.

В эту категорию входят ТФ электромагнитного, конденсаторного и оптического типов.

Трансформатор тока

Трансформатор тока — это еще один тип измерительного и защитного ТП, который используется аналогично трансформатору напряжения, только для этого они обычно соединяются последовательно, обеспечивая более высокий уровень точности. Они могут обеспечить поток во вторичной обмотке, аналогичный потоку в первичной обмотке.

Другие типы трансформаторов включают:

• Импульсные трансформаторы
• ВЧ-трансформаторы
• ПЧ-трансформаторы
• Аудиотрансформаторы

Советы по безопасности при работе с трансформаторами

Поскольку трансформаторы тока являются устройствами, способными работать с высоким напряжением, жизненно важно соблюдать ряд мер безопасности, которые необходимо соблюдать, когда необходимо непосредственное обращение с ними, и все это с целью предотвращения несчастных случаев.

Во-первых, они должны соответствовать требованиям ISO 9001. Но в любом случае, когда вы заметили, что ваш трансформатор работает странно, лучше всего удалить его из системы, чтобы выполнить соответствующие работы по проверке и техническому обслуживанию.

• Выполните осмотр перед установкой и убедитесь в отсутствии запаха гари или любых поврежденных или неправильно установленных деталей.
• Держите токовый вход отключенным при работе с трансформаторами.
• Всегда носите соответствующее защитное снаряжение и внимательно следите за индикацией выходного напряжения оборудования.
• Убедитесь, что вы знаете максимальное напряжение ваших трансформаторов. Помните также, что несколько трансформаторов помогают сбалансировать нагрузку.
• Всегда держите мелкие металлические предметы, такие как гайки и болты, подальше от трансформаторов.
• Убедитесь, что ваш трансформатор заземлен во избежание статического электричества.
• Всегда защищайте трансформаторы и компоненты от контакта с водой или другими жидкостями.

Подведение итогов

Как вы, возможно, уже поняли, важность наличия качественных трансформаторов в системе распределения электроэнергии нельзя недооценивать, поскольку трансформаторы являются жизненно важным компонентом, гарантирующим хорошее электроснабжение и безопасность сети.

В дополнение к этому, хотя это правда, что нет единого решения для всех, когда речь идет о трансформаторах, поскольку у разных типов потребителей разные типы потребностей. Верно также и то, что в большинстве случаев, как для бытового использования, так и для коммерческого использования, обычно наиболее широко используются силовые и распределительные трансформаторы.

Если вам нужен качественный силовой трансформатор, силовой трансформатор CHINT может стать тем решением, которое вам нужно, с гарантией качества и поддержкой.

Рекомендуем к прочтению

Новая Энергия

Что такое Utility Scale Solar

Содержание Солнечная энергия как возобновляемый источник энергии пользуется все большим спросом. Чтобы удовлетворить этот растущий спрос, солнечная энергетика коммунального масштаба появилась как

. Подробнее »

Новая Энергия

Автономный инвертор: работа, преимущества и цена

Содержание Солнечные энергетические системы — отличный способ уменьшить выбросы углекислого газа и сэкономить на ежемесячных счетах за электроэнергию. Необходимый

Подробнее »

Как работают электрические трансформаторы — Академия MEP

Как работают электрические трансформаторы. Узнайте, почему мы используем трансформаторы между пунктами выработки и передачи электроэнергии, а также рядом с вашим домом или офисом, как они работают, включая повышающие и понижающие трансформаторы, и как они устроены.

Любые работы с электрической системой должны выполняться квалифицированным лицензированным подрядчиком, так как это может привести к серьезным травмам или смерти.

Трансформатор был разработан при участии Уильяма Стэнли для решения проблемы эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния. Трансформатор используется для изменения напряжения между двумя отдельными цепями с помощью индукции.

Чтобы посмотреть версию этой презентации на YouTube, прокрутите вниз.

Повышающий трансформатор повышает напряжение электроэнергии в линиях электропередач, что позволяет передавать электроэнергию, вырабатываемую на электростанции, на большие расстояния туда, где она необходима.

Использование электрических трансформаторов от производства электроэнергии до вашего дома или бизнеса

Передача электроэнергии на большие расстояния дешевле и эффективнее при более высоких напряжениях. Когда электричество поступает в ваш дом или на работу, напряжение понижается (понижается) через трансформатор до более низкого напряжения. На электростанции трансформаторы повышают (повышают) напряжение, а затем, когда это необходимо для домашнего или офисного использования, напряжение снижают (понижают) до более безопасного уровня.

Трансформатор получает электроэнергию в своих первичных обмотках и преобразует ее в электроэнергию во вторичных обмотках той же частоты. Напряжение может быть увеличено или уменьшено, но будет иметь пропорциональное уменьшение или увеличение тока.

Физическая конструкция трансформаторов

В трехфазном трансформаторе обмотки плотно размещены в какой-либо форме контейнера из листового металла. Слой изоляции будет отделять обмотки друг от друга и от корпуса. Катушки располагаются между слоем изоляции, чтобы держать их разделенными, но при этом допуская возникновение магнитной индукции.

Как устроен электрический трансформатор

Корпус будет заполнен маслом или синтетической жидкостью, которая служит двум целям: во-первых, для охлаждения трансформатора, а во-вторых, в качестве дополнительного изоляционного материала. Вы можете увидеть трансформаторы с гофрированными сторонами, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности для охлаждения. Тепло передается от сердечника и обмоток к маслу, а затем к оболочке трансформатора, где оно излучается в атмосферу.

Как устроен трансформатор

Электрические провода проникают в корпус трансформатора через защитные втулки из фарфора или маслонаполненные и емкостные для высоковольтных применений.

Как работает трансформатор

Трансформатор имеет две цепи: первичную и вторичную обмотки, связанные общим магнитным потоком. Первичная и вторичная обмотки представляют собой отдельные катушки, но магнитно связанные.

Когда ток течет по проводнику, подобно проводу, вокруг провода создается магнитное поле. Когда пучок этого провода намотан близко друг к другу, как в трансформаторе, магнитное поле становится намного сильнее, что позволяет передавать мощность за счет магнитной индукции от первичной катушки к вторичной катушке. Это магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке трансформатора, если цепь замкнута. Переменный ток будет толкать и тянуть электроны, заставляя течь ток.

Как работает трансформатор за счет магнитной индукции

Когда линии магнитного потока от расширяющегося и сжимающегося магнитного поля первичных обмоток перекрываются вторичными обмотками, в этой катушке индуцируется напряжение.

С помощью магнитной индукции мы можем передавать энергию от одного набора катушек в трансформаторе к другому набору катушек. Переменный ток создает этот магнитный поток. Электричество течет от первичной катушки, которая получает мощность переменного тока от генератора, во вторичную катушку, которая будет обслуживать нагрузку, в которой будет использоваться электричество. Эта передача электричества происходит без изменения частоты.

Чтобы во вторичных обмотках протекал ток, цепь должна быть замкнута и подключена к нагрузке, например к двигателю.

Магнитопровод трансформатора намагничивается от переменного тока, который создается при попадании входящего переменного напряжения на первичные обмотки.

Трансформаторы могут работать только с электричеством переменного или переменного тока, но не с электричеством постоянного или постоянного тока.

Повышающие и понижающие трансформаторы

Мы упомянули, что напряжение на электростанции повышается, чтобы увеличить напряжение для большей эффективности при передаче мощности на большие расстояния, потому что более высокие напряжения требуют меньшего тока или ампер, что означает меньшие провода для передачи, что означает меньшую стоимость передачи.

Схема повышающего электрического трансформатора

Повышающий трансформатор Увеличивает напряжение при уменьшении тока. Это достигается за счет большего количества витков обмотки катушки на вторичной стороне по сравнению с первичной, что определяется коэффициентом витков. Схема понижающего электрического трансформатора

Понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток. Это достигается за счет меньшего количества витков обмотки катушки на вторичной стороне по сравнению с первичной.

Коэффициент витков катушек трансформатора

Каждая катушка трансформатора содержит определенное количество витков провода, намотанного внутри трансформатора. Коэффициент витков сравнивает количество витков провода на первичной обмотке катушки и на вторичной стороне. Этот коэффициент поворота может быть выражен уравнением.

Коэффициент витков = Np/Ns

Np = количество витков первичной обмотки катушки

Ns = количество витков вторичной обмотки катушки

Коэффициент напряжения

Напряжение витков катушки трансформатора прямо пропорционально количеству витков витков катушки.

Vp/Vs = Np/Ns

• Vp = напряжение на первичной обмотке
• Vs = напряжение на вторичной обмотке
• Np = число витков первичной обмотки
• Ns = число витков вторичной обмотки

Коэффициент напряжения (VR) выражается как отношение первичного напряжения к вторичному напряжению.

Коэффициент напряжения 1:4 означает, что на каждый вольт на первичной обмотке приходится 4 вольта на вторичной. Это будет повышающий трансформатор, так как напряжение на вторичной обмотке увеличилось. (См. изображение выше)

Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 вольта на первичной обмотке приходится 1 вольт на вторичной обмотке. Это будет понижающий трансформатор, так как напряжение на вторичной стороне уменьшилось. (см. изображение выше)

Например, если у нас есть трансформатор, который снижает напряжение со 120 вольт в первичной обмотке до 12 вольт во вторичной, а первичная обмотка имеет 300 витков и вторичная обмотка имеет 30 витков , напряжение и коэффициент трансформации будут следующими:

VR = Vp/Vs = 120/12 = 10:1 10:1

Трехфазные трансформаторы

Использование трехфазного трансформатора похоже на однофазный трансформатор, за исключением того, что у нас есть три однофазные обмотки вместо одной. С помощью этих трех обмоток мы можем соединить их вместе по схеме «звезда» или «треугольник» или их комбинации.

Трехфазное питание является наиболее распространенным способом производства электроэнергии. Крупные электростанции вырабатывают напряжение 13 кВ и выше. Эта электроэнергия передается по проводам передачи с гораздо более высоким напряжением 110, 132, 275, 400 и 750 кВ. Эти напряжения увеличиваются с помощью трехфазных повышающих трансформаторов для повышения эффективности передачи. Затем напряжения передачи  поступают в центры нагрузки, где они уменьшаются до напряжений распределения  6600, 4600 и 2300 вольт. Затем это распределительное напряжение уменьшается или понижается до  эксплуатационные напряжения , которые потребитель использует при напряжении 440, 220 или 110 вольт. Трансформаторы очень эффективны при полной нагрузке с эффективностью 95% или выше.

Соединение треугольником

Все три фазы соединены последовательно для образования замкнутого контура с использованием соединения треугольником.