Соотношение — число — витки

Соотношение — число — витки

Cтраница 2

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков первичной и вторичной обмоток.  [16]

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке приблизительно равно напряжению, подведенному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подводимого к первичной обмртке.  [18]

Выполнив образцовое сопротивление Zo постоянным, баланса моста можно достичь изменением

соотношения числа витков трансформаторов. Так как влияние шунтирующих емкостей в трансформаторах невелико, то метод позволяет получить достаточно точные результаты. Область применения трансформаторных мостов может быть расширена до сотен мегагерц.  [19]

Таким образом, трансформатор преобразует подведенное к нему напряжение в соответствии с соотношением числа витков его обмоток Идеализированный трансформатор передает форму преобразуемого переменного напряжения без искажения.  [20]

Как видим, величина вторичного напряжения при трансформировании трехфазного тока зависит не только от соотношения чисел витков фазы

/ Cgj, но и от группы соединения трансформатора.  [21]

Фильтр тока обратной последовательности аналогичен фильтру реле РТФ-7 и отличается от него только способом включения и соотношением числа витков первичных обмоток промежуточных трансформаторов тока.  [23]

В этих обмотках создаются напряжения и %, и Е о величина которых определяется напряжением первичной цепи и соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток. Эти напряжения включены встречно на нагрузочное сопротивление ZH — Кроме основных обмоток имеется обмотка подмагничивания wa для создания разностной напряженности поля.  [24]

Сравнивая измеренные величины токов возбуждения разных обмоток, создающие одно и то же напряжение на якоре ЭМУ, можно получить соотношение числа витков этих обмоток, а при желании по основной, подробно снятой характеристике построить остальные характеристики намагничивания.  [25]

Минимальное значение этого напряжения зависит от соотношения числа витков катушки 1.2 и суммарного числа витков первичной обмотки, а максимальное — от соотношения числа витков вторичной и первичной обмоток.  [26]

Вторичные обмотки трансформаторов тока должны быть всегда замкнуты на обмотку приборов или накоротко. Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток подбирают таким образом, чтобы при номинальном токе в первичной обмотке во вторичной обмотке ток был равен 5 А. Это дает возможность присоединять к трансформатору тока стандартные приборы, обмотка которых рассчитана на 5 А.  [28]

Напряжение, возникающее во вторичной обмотке трансформатора, зависит от напряжения первичной обмотки: оно прямо пропорционально напряжению первичной обмотки. Кроме того, оно определяется

соотношением числа витков обеих обмоток. Если первичная и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков, то на выводах вторичной обмотки получают такое же напряжение, которое подается на выводы первичной.  [29]

При токе управления / упр 0 индуктивное сопротивление рабочей обмотки имеет максимальное, а ток в ней минимальное значение / ро. Следует заметить, что на вид характеристики управления дросселя влияет также напряжение, приложенное к рабочей обмотке, материал сердечника и соотношение чисел витков рабочей обмотки и обмотки управления дросселя.  [30]

Страницы:      1    2    3

правила расчета для разных типов

Автор otransformatore На чтение 5 мин Опубликовано 09.08.2019

При необходимости самостоятельно изготовить устройство питания электронной аппаратуры вопрос, как самостоятельно рассчитать количество витков трансформатора и как определить данные для проводов первичной и вторичных обмоток, стоит наиболее часто.

Правильный расчет возможен при наличии исходных данных по характеристикам мощности потребителей, напряжений входа и выхода. показатели массы и габаритов устройства, также могут накладывать ограничения.

На что влияет количество витков в трансформаторе

Если говорить о вторичных обмотках трансформатора, то значение числа витков в них в основном влияет на выходное напряжение. Сложнее все обстоит с первичной обмоткой, поскольку напряжение на ней задано питающей сетью. Параметры первичная обмотка  оказывают влияние на ток холостого хода, а, следовательно, на коэффициент полезного действия. При изменении параметров первичной обмотки потребуется перерасчет всех вторичных обмоток.

И стоит заметить, что лучше не размыкать вторичную обмотку ТТ.

Методика расчета

Полный расчет трансформатора довольно сложен и учитывает такие параметры:

• напряжение и частоту питающей сети;
• число вторичных обмоток;
• ток потребления каждой вторичной обмотки;
• тип материала сердечника;
• массогабаритные показатели.

На бытовом уровне для изготовления устройств с питанием от стандартной сети 220В 50Гц, проектирование можно значительно упростить.

Методика не требует особенных знаний сложности, и при наличии опыта занимает немного времени.

Для расчета требуются следующие данные:

1. Количество выходов.
2. Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.

В основе конструирования любого трансформатора лежит суммарная мощность всех вторичных нагрузок:

P_с=I₁∙U₁+ I

2∙U₂+… I_n∙U_n

Для учета потерь введено понятие габаритной мощности, для вычисления которой применяется несложная  формула:

P=1.25∙ P_с

Зная мощность, можно определить сечение сердечника:

S=√P

Полученное значение сечения будет выражено в квадратных сантиметрах!

Дальнейшие расчеты зависят от типа и материала выбранного сердечника. Магнитопроводы бывают следующих типов:

• броневые;
• стержневые;
• О-образные.

Также различаются и способы изготовления магнитопроводов:

• наборные – из отдельных пластин;
• витые, разрезные или сплошные.

Разрезными обычно бывают броневые или стержневые магнитопроводы, а О-образные конструктивно выполняются исключительно цельные. В этом отношении они ничем не отличаются от не разрезных стержневых сердечников.

Для определения числа витков используют следующее соотношение, показывающее, сколько необходимо витков на 1 вольт напряжения:

W=K/S,

где К – коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.

Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:

1. Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
2. Для разрезных магнитопроводов К=50.
3. Для О-образных сердечников К=40.

Как видно, наименьшая длина обмоточного провода, а следовательно, и наилучшие массогабаритные показатели будут у О-образных сердечников. Кроме этого, конструкции с такими сердечниками имеют малое поле паразитного магнитного рассеивания и максимальный КПД. Их редко применяют только потому, что намотать обмотку на замкнутый сердечник трудно технически.

Зная параметр W, легко определить количество витков для каждой из обмоток:

n=U∙W

Для учета падения напряжения на первичной обмотке, намотанной большим количеством тонкого провода, следует увеличить количество витков в ней на 5%. Особенно это касается малогабаритных конструкций малой мощности.

Можно снизить ток холостого хода, увеличив значение W для каждой из обмоток, но следует знать, что чрезмерное увеличение может привести к  насыщению магнитопровода, что приведет к резкому увеличению тока холостого хода и снижению напряжения на выходе.

На заключительном этапе определяют диаметр проводников каждой обмотки. Формула расчета имеет следующий вид:

d=0.7√I

Определение диаметра обмоточного провода выполняют для всех без исключения обмоток.

Полученные значения округляют до ближайшего большего значения из стандартных диаметров проводов.

Альтернативный метод по габаритам

Ориентировочные параметры трансформатора, исходя из имеющегося в наличии сердечника, допускается определить иным путем., а затем сделать выводы о возможности дальнейшего использования.

Зная площадь сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, можно оценить максимальную мощность, которую способен обеспечить данный преобразователь:

P_Г=S²

Следует иметь в виду, что данная мощность является габаритной, а реальная будет иметь меньшее значение:

P=0.8 P_Г

Обычно, при условии соответствия расчетной мощности и требуемой, первичную обмотку, подключаемую в сеть 220 В, можно оставить нетронутой, заново рассчитав только параметры на выходах.

Использование мультиметра

Используя мультиметр, можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого необходимо выполнить дополнительную катушку из любого имеющегося в наличии провода. После подключения устройства в сеть необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь можно легко подсчитать необходимое число витков на вольт и выполнить перерасчет трансформатора под нужные требования.

Таблица количества вольт на виток

Для того, чтобы постоянно не выполнять расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой приведены усредненные данные обмоток в зависимости от мощности:

Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W	Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W
1	1.4	32	50	9.0	5.0
2	2.1	21	60	9.8	4.6
5	3.6	13	70	10.3	4.3
10	4.6	9.8	80	11.0	4.1
15	5.5	8.4	90	11.7	3.9
20	6.2	7.3	100	12.3	3.7
25	6.6	6.7	120	13.4	3.4
30	7.3	6.2	150	15.0	3.0
40	8.3	5.4	200	17.3	2.6

Примеры реальных расчетов

В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:

• напряжение сети – 220В;
• выходное напряжение – 14В;
• ток вторичной обмотки – 10А;

Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт

Габаритная мощность: P=1.25∙ 140=175 Вт.

Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см²

Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см².

Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт

Для обмоток общее количество витков равняется:

• первичная обмотка n₁=220∙3.6= 792 витка;
• вторичная обмотка n₂=14∙3.6=50 витков.

Поскольку трансформатор мощный, то падение напряжения на первичной обмотке можно не учитывать.

Определяем диаметр обмоточных проводов: d₂=0.7√10=2.2 мм.

Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.

Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0.8А.

Данному току соответствует диаметр: d₁=0.7√0.8=0.63 мм.

Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.

Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это и есть обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто
1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Отсюда известно, что отношение тока между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6(В)/0,06(А)=100 (Ом), то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6А
При максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I,  P=6(В)*0,06(А)=0,36(Вт) минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резистор.
Как смог рассказал о принципе работы, добавить тут нечего. Если вам интересны и полезны мои статьи, подписывайтесь на обновления в Контакте и Одноклассниках, что бы всегда быть в курсе новых тем.
С ув. Эдуард

 

Похожие материалы: Загрузка…

Трансформаторы напряжения. Всё, что о них нужно знать

Что необходимо о них знать? Расскажем об этом в предлагаемой статье.

Трансформаторы незаменимы в электроэнергетике, электронике и радиотехнике. Их востребованность объясняется многофункциональностью, простотой устройства, высоким качеством работы (КПД – 99%), долговечной эксплуатацией.

Трансформаторы напряжения – это разновидность трансформаторов, задача которых не преобразовывать, а гальваническая развязка.

От источника электроэнергии или станции ток с высоким напряжением не может использоваться потребителями. Чтобы понизить его на входе устанавливаются понижающие трансформаторы. Они дают возможность работать на расчетном напряжении для бытовой техники, электроприборов и электроники. Их использование позволяет осуществлять работу типовых измерительных приборов. Трансформатор изолирует их от высокого сетевого напряжения, что крайне необходимо для их безопасного обслуживания и эксплуатации.

По назначению они разделяются на два основных вида – повышающие и понижающие. Преобразование напряжения в домашних условиях крайне необходимо. Бытовые приборы, питающиеся от сети 380 или 220 вольт, нуждаются в напряжении в несколько раз меньше. Во избежание выхода из строя бытового оборудования нужны понижающие. При необходимости используют повышающие аналоги.

Кроме главной функции – преобразования напряжения и тока, ТН могут быть источниками питания для автоматики, релейной защиты электролиний от замыкания, сигнализаций и т.п. Также они используются в качестве измерителей напряжения и мощности.

По сути – трансформатор напряжения – это статический электромагнитный прибор, который преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. По конструктивным решениям и по принципу действия он сходен с силовым аналогом.

Устройство трансформатора напряжения

ТН состоят из двух главных элементов:

• Стального магнитопровода.

• Обособленных друг от друга, изолированных обмоток (первичной и вторичной).

На первичную обмотку ТН подается ток, а со вторичной он идет к объекту потребления.

Принцип работы

В основе работы ТН лежит его конструкция и явление электромагнитной индукции, возникающей между элементами:

• Трансформатор подсоединяется к сети. На его первичную обмотку поступает ток.

• Ток переменного характера проходит по магнитопроводу, вызывает магнитный поток, который в свою очередь проходит через обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

• К вторичной обмотке поступает ток, возникший под действием ЭДС.

Величина ЭДС тесно связана с числом витков в каждой обмотке. Меняя число витков можно увеличить или уменьшить напряжение, идущее на потребителя с вторичной обмотки.

Виды трансформаторов напряжения

Существует довольно много трансформаторов напряжения. Их функции соответствуют определенному назначению. Поэтому, прежде чем выбирать тот или иной вариант трансформатора, необходимо определиться, для чего он нужен. Все разнообразие этих приборов отличается друг от друга конструкцией, которая и определяет особенности их эксплуатации.

Все ТН условно делятся на виды по определенным критериям:

• Число фаз: одно- и трехфазные.

• Количество обмоток – две или три.

• Класс точности – диапазон допустимых параметров погрешности.

• Тип охлаждения – масляные и сухие (воздушное охлаждение).

• Способ размещения – внутренние или внешние.

ТН делятся также на группы согласно сферам применения и особенностям эксплуатации:

• Заземляемый. Этот вариант представляет собой однофазное или трехфазное устройство. Один из его концов должен быть заземлен – это нейтраль обмотки. В маркировках этих моделей присутствует буква «З», например, ЗНОЛ, ЗНОМ.

• Наземляемый. Он не нуждается в заземлении. Обязательно изолируются все уровни, зажимы. В зависимости от уровня напряжения, трансформатор может монтироваться на определенной высоте.

• Каскадный. Его основная часть первичная обмотка, состоящая из нескольких секций. Они расположены на разном расстоянии от земли в виде каскада. Все части трансформатора соединены между собой дополнительными обмотками. Особенностью каскадных трансформаторов является то, что с увеличением числа элементов, увеличивается количество погрешностей в работе всей системы.

• Емкостный. У этого прибора в отличие от других есть емкостный делитель. Этот вид устройств является пассивным, так как не добавляет мощности. Но хорошо справляется с контролем проходящей энергии по сети и выдает высокий КПД.

• Двухобмоточный. Имеет две обмотки. Он может преобразовывать одно напряжение U1 в другое U2.

• Трехобмоточный. Имеет кроме первичной обмотки еще две вторичные. Отлично заменяет два двухобмоточных прибора, что выгодно с точки зрения экономии затрат на приобретение электрооборудования.

Что такое трансформатор и как он работает?

Трансформаторы – устройства для преобразования электрической энергии. Они встречаются везде, где используется электричество. Эти устройства необходимы, потому что в каждой конкретной жизненной ситуации нам требуется только какая-то доля той энергии, которая вырабатывается и накапливается единой сетью электрических станций.

Притом, что даже эта доля получаемой энергии должна быть стандартизована по потребительским параметрам, для удобства пользования. С этой целью производятся различные по назначению трансформаторы (силовые, согласующие, измерительные, специальные и т.д.), среди которых ведущую роль играют силовые трансформаторы, предназначенные для преобразования напряжения или тока, используемого потребителем.

Силовые трансформаторы

Силовыми трансформаторами называются пассивные преобразователи тока и напряжения промышленной частоты, предназначенные для питания промышленных и бытовых электроустановок. Промышленными считаются частоты величиной 50, 60 и 400Гц. Последняя частота используется в автономных транспортных средствах авиации и флота. Принцип работы силового трансформатора основан на явлении электромагнитной взаимоиндукции, действующей между двумя близко расположенными проводниками с током.

Трансформаторное оборудование вы можете заказать в Новосибирске в нашеий компании. По всем вопросам обращайтесь к нашим менеджерам по телефону или e-mail.

Типичный силовой трансформатор имеет две изолированные обмотки (катушки), первичную и вторичную, которые могут быть намотаны на общий каркас или на отдельные каркасы. Каркас катушек одевается на магнитопровод (металлический или керамический сердечник), обеспечивающий циркуляцию магнитного потока, который может иметь различную форму, но должен обладать хорошей магнитной проницаемостью и способностью быстро перемагничиваться (магнитомягкий материал).

На первичную катушку подаётся преобразуемое напряжение или ток, а к вторичной катушке подключается потребитель (нагрузка). Подбором соотношения количества витков в обмотках и толщины проводников, от которых зависит коэффициент взаимоиндукции, можно получить нужную величину напряжения или тока, подаваемого в нагрузку. Промышленностью выпускаются различные типы силовых трансформаторов, отличающиеся по мощности, типу и форме магнитопровода, количеству фаз, специфике применения, системе охлаждения, количеству обмоток и т.д. По типу преобразуемого параметра силовые трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы тока

Пассивные преобразователи, изменяющие силу переменного электрического тока при неизменном напряжении питания, называются трансформаторами тока. Первичная обмотка трансформаторов тока включается в цепь питания последовательно. Чтобы она не влияла на величину протекающего тока, сопротивление первичной обмотки должно быть очень маленьким. Поэтому она имеет небольшое число витков и выполнена из толстого проводника. Вторичная обмотка выполняется из тонкого провода и может иметь большое количество витков в зависимости от необходимого коэффициента трансформации.

Особенностью эксплуатации трансформаторов тока является то, что вторичная обмотка работает в режиме короткого замыкания. Чтобы сопротивление нагрузки не оказывало влияния на силу тока, оно должно быть во много раз меньше сопротивления витков вторичной обмотки. Поэтому недопустимо включать трансформатор в сеть без подключённой нагрузки. При обрыве цепи нагрузки напряжение на обмотке возрастает до таких величин, что происходит электрический пробой изоляции и трансформатор выходит из строя.

Трансформаторы тока делятся по своему назначению на измерительные, защитные, лабораторные и согласующие.

Трансформаторы напряжения

Это наиболее распространённые представители силовых трансформаторов. В отличие от трансформаторов тока они включаются в электрическую цепь параллельно и практически не имеют каких-либо ограничений по сопротивлению обмоток.

В зависимости от назначения, повышающий это трансформатор или понижающий, входные и выходные сопротивления устройства могут изменяться в широких пределах. Коэффициент трансформации определяется, как соотношение количества витков вторичной и первичной обмоток. Идеальным режимом работы для трансформатора напряжения является режим холостого хода, когда сопротивление нагрузки во много раз больше сопротивления вторичной обмотки.

Промышленность выпускает огромное количество разнообразных трансформаторов напряжения, которые применяются практически во всех сферах деятельности человека, начиная от мощных трансформаторных станций, питающих города, заканчивая миниатюрными их вариантами в домашних бытовых приборах.

 

Трансформаторы тока — описание, принципы работы, схемы

В числе задач, которые решает электротехника – проведение профессиональных измерений при больших значениях величин. В качестве вспомогательного оборудования при проведении «исследований» выступает трансформатор тока. Основными элементами прибора выступают его обмотки. Для производства «измерений» осуществляется последовательное подключение первичной обмотки к сети переменного (исследуемого) тока. При этом вторичный контур прибора замыкается на контрольно-измерительную аппаратуру. В числе ведущих характеристик трансформатора высокая точность, которая достигается постоянным пропорциональным соотношением значений тока между обмотками. В целях исследований могут применяться прибора с большим количеством обмоток.

Главным отличием прибора для измерения токов от аналогичных устройств мощности или напряжения является использование нескольких витков. Первичная обмотка изготавливается в виде катушки или плоского, установленных на сердечник. Есть и другие варианты исполнения, например, в виде шины, расположенной на центральном отверстии. В нашем случае применяются трансформаторы тока Т-0,66 и ТШП.

Особенности вспомогательных приборов

Компоновка первичной обмотки трансформатора обычно не имеет более одного витка. Такое расположение позволяет подключать прибор в последовательную цепь. Вторичная же обмотка выполняется с большим количеством витков, посаженных на многослойный сердечник, что обеспечивает низкую плотность магнитного поля. В этой части трансформатора будет происходить короткое замыкание (при подаче на амперметр), либо ток будет подаваться на резистивную нагрузку. Во втором случае происходит эффект насыщения сердечника с одновременным пробоем напряжения до отказа.

Вне зависимости от подаваемого на первичную обмотку тока, значение на вторичном контуре будет равняться 1 или 5 Ампер. В отличие от последовательного прибора, на трансформаторе напряжения зависимость входящего и выходного значений сохраняется.

Типы вспомогательных приборов, используемых в промышленных целях:

1. Обмоточный трансформатор. Первичная обмотка устройства имеет постоянное последовательное соединение с проводником. На этом участке цепи протекает замеренный ток. Вторичная обмотка выдает электрическую величину, значение которой будет зависеть от количества витков.
2. Тороидальный трансформатор. Такие устройства не имеют первичной обмотки. Для изготовления приборов используется рулонная сталь. Ток проходит через специальное окно практически без потерь, при этом наблюдается высокая индукция насыщения. Сам сердечник может быть выполнен в раздельном виде, что позволяет отключать его без разрыва цепи. В числе преимуществ тороидального трансформатора меньшие вес, объем и уровень шума, экономия энергии и простой монтаж. Среди недостатков отмечаются более высокая стоимость, отсутствие магнитного зазора и повышенная чувствительность к сетевому напряжению.
3. Стержневой трансформатор. В качестве первичной обмотки используется подключаемый кабель или шина основной цепи. Элементы фиксируются на жесткой сцепке, подключаются только при выполнении измерений.

Сухой силовой трансформатор обеспечивает снижение больших значений тока до нормативных 1 или 5 Ампер. При таких условиях может работать контрольно-измерительная аппаратура или управляющая автоматика. Таким образом проявляется защитная функция приборов, в паре с которыми могут подключаться к высоковольтным линиям передач защитные реле, магнитные выключатели, измерители мощности или МСВ (модульные автоматические расцепители). Также устройства используются при оборудовании комплектных трансформаторных подстанций (КТП).

Конструктивные особенности

На практике трансформаторы тока не используются в качестве одиночной компоненты. Включаются в цепь как вспомогательные приборы. Примером такой связки служит согласованная пара трансформатора и амперметра. При этом под различные типы контрольно-измерительной аппаратуры подбирается подходящий тип устройства. В случае с трансформатором осуществляется калибровка на предмет установления пропорциональной зависимости между первичной и вторичной обмотками.

В технических характеристиках вспомогательных приборов чаще можно найти стандартное значение вторичной мощности 5 А. Соотношение на первичной и вторичной обмотках при этом устанавливается как 100/5. Расшифровка пропорции означает, что входящий ток больше выходного в 20 раз. Для соотношения 500/5 будет применяться соответственно стократное превышение на первичной обмотке.

Учитывая стандартные параметры трансформаторов и их возможности, появляется возможность регулирования значений выходного тока за счет увеличения количества вторичных обмоток. В этом случае используется обратная пропорциональность между количеством витков между двумя контурами устройства. Исходя из этого подтверждаются два уравнения электрической цепи:

1. Соотношение витков T.R.=N=Np/Ns=Is/Ip.
2. Для вычисления выходного тока (на вторичной обмотке) Is=Ip*Np/Ns.

Коэффициент тока как параметр трансформатора устанавливает соотношение для витков в обмотках. Если в первичном контуре может быть один или несколько оборотов проводника, то на втором их число может достигать нескольких сотен. При этом соотношения 100/5 и 20/1 не определяют аналогичные трансформаторы, поскольку входные токи будут разные. Что касается преобразования трансформаторов, это можно сделать за счет изменения проходов на входной обмотке. Так, для преобразования прибора 300/5А в меньший достаточно поменять (увеличить) число витков на первичном контуре. Наращивание числа витков позволит получить трансформатор с максимальными выходными параметрами.

Примеры расчетов

Назначением трансформатора стержневого типа с количеством витков 1 и 160 на первичной и вторичной обмотках соответственно будет использование в паре с амперметром 0.2 Ом. Измерительный прибор рассчитан на максимальный входной ток в 800 А. Для расчета выходных параметров будет использоваться формула:

Is=Ip*Np/Ns=800/160=5 A.

Напряжение на амперметре рассчитается следующим образом: vs=Is*Ra=5*0.2=1 V

Формула показывает, что при использовании силового трансформатора тока в паре с амперметром малого сопротивления падение напряжения будет незначительным. При условиях подачи максимального тока составит 1 В.

При удалении из связки измерительного прибора произойдёт размыкание вторичной обмотки. При таком условии трансформатор станет повышающим, поскольку на выходном сердечнике будет наблюдаться значительное увеличение намагничивающего потока. Для расчета возрастающего напряжения используется формула Vp*Ns/Np. К примеру, если трансформатор включен в цепь линии электропередач с расчетным напряжением 480 В, то на выходе значение будет 76.8 кВ. Указанное значение получится по формуле Vp*Ns/Np=480 В*160 витков первичной обмотки/1 проход первичного контура.

Исходя из этого использование трансформатора без нагрузки не допускается. Аналогично вспомогательные приборы для напряжения не могут включаться без короткого замыкания. Для того чтобы исключить поражение электрическим током, перед удалением измерительной аппаратуры следует закоротить вторичный контур.

Возвращаясь к расчетной формуле, растущее напряжение является только показателем высокого насыщения. Отсутствие сдерживающих факторов может привести к повреждению изоляционного слоя проводника и пробою цепи. В этом случае на выходе трансформатора возрастает риск поражения электрическим током.

Дополнительная классификация устройств

Промышленное назначение трансформаторов задается не только конструкцией первичной обмотки. Включение в цепь осуществляется по таким параметрам рабочих условий, принципу работы или типу установки:

• Назначение приборов. Промежуточные, защитные или измерительные трансформаторы используются в паре с соответствующими устройствами. Назначение задает схему подключения, в том числе для проведения лабораторных испытаний, где важны коэффициенты трансформации;
• Тип установки. Трансформаторы могут быть встраиваемыми, накладными или переносными. Тип установки внутренний или наружный учитывается при включении устройств в схему промышленного оборудования или специальных аппаратов. При монтаже также учитываются опорные или проходные способы;
• При активной эксплуатации трансформаторов имеет значение тип изоляции. В технических характеристиках приборов встречаются описания конденсаторных, сухих, фарфоровых или бакелитных исполнений. Самый надежных вид изоляции – заливка компаундом;
• Количество ступеней трансформации. Этот параметр определяет возможности приборов по корректировке значений входного тока. Существуют одноступенчатые или каскадных устройства.

Технические характеристики трансформаторов тока, определяющие практическое применение

Поскольку вспомогательные приборы используются в промышленных условиях, выбор устройств должен осуществляться профессионально, по ряду параметров. В их числе следующие:

1. Номинальный ток. Это не максимальное значение цепи, а параметр, при котором будет сохраняться отказоустойчивость трансформатора. Запас перегрева обычно находится на уровне 20% от номинального тока.
2. Коэффициент трансформации. Отличается от установленного значения номинального тока. Определяет соотношение между токами на входной (первичной) и выходной (вторичной) обмотках.
3. Номинальное напряжение. Аналогично нормативному значению для тока задает нормальные для прибора условия работы. Номинальное напряжение определяет качество изоляции, способность к отказоустойчивости в режиме перегрузок.
4. Токовая погрешность. Явление, возникающее под действием намагничивающего тока. Обозначает разницу между параметрами входного и выходного токов. Возрастает при увеличении намагничивания сердечника в трансформаторе.
5. Нагрузка номинальная. Под этим параметром понимается значение в Ом, определяющее нормативные условия работы устройства. Нормированными остаются значение входного тока и класс точности.
6. Номинальная предельная кратность. Соотношение тока первичного к току номинальному.
7. Максимальное значение кратности для вторичного контура. Соотношение токов на выходной обмотке к номинальному току задает предельный уровень насыщения магнитопровода.

Трансформаторы тока остаются популярными приборами с широким спектром применения в электроэнергетике. Используются для измерений, защиты или в качестве промежуточных устройств корректировки цепи. Самый высокий класс точности применяется в лабораторных условиях.

Расчет коэффициента трансформации для трансформаторов: формула

Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства. Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.

Устройство трансформатора

Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).

Свойства трансформатора

Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.

К сведению. На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.

Соответственно, можно говорить о трансформаторах:

• напряжения;
• тока;
• сопротивления.

Трансформатор напряжения

Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках. Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Включение трансформатора напряжения

Обратите внимание! В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Пример. Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

Автотрансформатор

Трансформатор тока

Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.

Включение трансформатора тока

Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.

Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.

Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:

• По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;
• По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;
• По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;
• По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;
• По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;
• По номинальному первичному току. Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;
• По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;
• По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;
• По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.

К сведению. Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.

Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:

N=I1/I2.

В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.

Трансформатор сопротивления

Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.

Включение согласующего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:

Ri=N2·Rn.

Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:

N=√Ri/Rn.

В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.

Видео

Оцените статью:

Основные операции трансформатора

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Принцип работы трансформатора.
• • Передаточное число.
• • Коэффициент мощности.
• • Коэффициент трансформации.
• • Потери в трансформаторе: медь, гистерезис и вихревые токи.
• • КПД трансформатора и ток холостого хода.

Трансформаторы.

Трансформатор использует принципы электромагнетизма для переключения одного уровня переменного напряжения на другой. Работа Фарадея в 19 веке показала, что изменяющийся ток в проводнике (например, первичной обмотке трансформатора) создает изменяющееся магнитное поле вокруг проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) поместить в это изменяющееся магнитное поле, в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Передаточное число.

Фарадей также рассчитал, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, будет иметь величину, которая зависит от ОТНОШЕНИЯ ОБОРОТОВ трансформатора. т.е. если вторичная обмотка имеет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет вдвое меньше напряжения на первичной обмотке. Аналогично, если вторичная обмотка имеет вдвое больше витков первичной обмотки, вторичное напряжение будет вдвое больше первичного напряжения.

Коэффициент мощности.

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом (у него нет внешнего источника питания), он не может выдавать больше мощности из вторичной обмотки, чем подается на первичную обмотку. Следовательно, если вторичное напряжение больше, чем первичное напряжение на определенную величину, вторичный ток будет меньше первичного тока на аналогичную величину, то есть, если напряжение увеличится вдвое, ток будет уменьшен вдвое.

Рис. 11.1.1 Основные операции трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Работа базового трансформатора

может быть описана двумя формулами, связывающими коэффициент трансформации с числом витков обмоток трансформатора.

• В _P = первичное напряжение.
• I _P = первичный ток.
• В _S = вторичное напряжение.
• I _S = вторичный ток.
• N _P = количество витков первичной обмотки.
• N _S = количество витков вторичной обмотки.

Потери трансформатора.

Формулы на рис. 11.1.1 относятся к идеальному трансформатору, то есть трансформатору без потерь мощности, в котором первичный вольт-ампер = вторичный вольт-ампер.

Хотя практические трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными, некоторые потери будут происходить из-за того, что не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет связываться со вторичной обмоткой. Потери мощности, возникающие в трансформаторе, бывают трех типов;

1.Медные потери.

Эти потери также можно назвать потерями в обмотке или потерями I2R, потому что они могут возникать в обмотках, сделанных не из меди, а из других металлов. Потери проявляются в виде тепла, выделяемого в обмотках (медных) проводов, поскольку они рассеивают мощность из-за сопротивления провода.

Потери мощности в обмотке трансформатора можно рассчитать, используя ток в обмотке и ее сопротивление в формуле для мощности P = I ² R. Эта формула является причиной того, что потери в меди иногда называют I ² R убытки.Чтобы свести к минимуму потери, сопротивление обмотки должно быть низким с использованием провода подходящей площади сечения и низкого удельного сопротивления.

2. Гистерезисные потери.

Каждый раз, когда переменный ток меняет направление на противоположное (один раз в каждом цикле), крошечные «магнитные домены» в материале сердечника меняются местами. Это физические изменения в основном материале, отнимающие некоторую энергию. Количество используемой энергии зависит от «сопротивления» материала сердечника; в больших сердечниках силовых трансформаторов, где потери на гистерезис могут быть проблемой, они в значительной степени решаются за счет использования специальной стали с низким сопротивлением «ориентированной зернистостью» в качестве материала сердечника.

3. Вихретоковые потери.

Поскольку железный или стальной сердечник является электрическим проводником, а также магнитной цепью, изменяющийся ток в первичной обмотке будет иметь тенденцию создавать ЭДС внутри сердечника, а также во вторичной обмотке. Токи, индуцируемые в сердечнике, будут противодействовать изменениям магнитного поля, происходящим в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть как можно меньше. Это достигается разделением металлического сердечника на тонкие листы или «пластинки», каждый из которых изолирован друг от друга изолирующим слоем лака или оксида.Ламинированные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не влияя на магнитные свойства сердечника.

Ферритовые сердечники.

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревые токи уменьшаются за счет использования сердечника из керамического материала, содержащего большую часть мельчайших металлических частиц, железной пыли или марганцево-цинкового сплава. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, давая аналогичный эффект ламинатам и лучше работая на высоких частотах.

Благодаря способам снижения потерь, описанным выше, практические трансформаторы по своим характеристикам близки к идеальным.В мощных силовых трансформаторах может быть достигнут КПД около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно предположить, что трансформатор «идеален», если не указаны его потери. Фактические вторичные напряжения в практическом трансформаторе будут лишь немного меньше, чем рассчитанные с использованием теоретического коэффициента трансформации.

Ток выключения.

Поскольку трансформатор работает почти идеально, мощность как в первичной, так и во вторичной обмотках одинакова, поэтому, когда на вторичную обмотку не подается нагрузка, вторичный ток не течет, а мощность во вторичной обмотке равна нулю (V x I = 0).Следовательно, несмотря на то, что к первичной обмотке приложено напряжение, ток не будет течь, поскольку мощность в первичной обмотке также должна быть равна нулю. В практических трансформаторах «ток холостого хода» в первичной обмотке на самом деле очень низкий.

Вольт на оборот.

Трансформатор с первичной обмоткой на 1000 витков и вторичной обмоткой на 100 витков имеет соотношение витков 1000: 100 или 10: 1. Следовательно, 100 вольт, приложенное к первичной обмотке, создаст вторичное напряжение 10 вольт.

Другой способ измерения напряжения трансформатора — вольт / виток; если 100 вольт, приложенное к 1000 витков первичной обмотки, дает 100/1000 = 0.1 вольт на виток, тогда каждый отдельный виток 100-витковой вторичной обмотки будет производить 0,1 В, поэтому общее вторичное напряжение будет 100 × 0,1 В = 10 В.

Тот же метод можно использовать для определения значений напряжения, возникающего на отдельных ответвлениях автотрансформатора, если известно количество витков на ответвление.

Просто разделите общее напряжение всей обмотки на общее количество витков и умножьте этот результат на количество витков в конкретном ответвлении.

Трансформаторов — Университетская физика, Том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Объясните, почему электростанции передают электроэнергию при высоком напряжении и малом токе и как они это делают
• Установление взаимосвязей между током, напряжением и количеством обмоток в повышающих и понижающих трансформаторах

Хотя электроэнергия переменного тока вырабатывается при относительно низком напряжении, она передается по линиям передачи с очень высоким напряжением (до 500 кВ).Одна и та же мощность может передаваться при разных напряжениях, потому что мощность — это продукт (для простоты мы игнорируем фазовый коэффициент. Таким образом, конкретная потребность в мощности может быть удовлетворена при низком напряжении и высоком токе или при высоком напряжении и низком токе. Преимущество выбора высокого напряжения / низкого тока заключается в том, что он приводит к более низким омическим потерям в линиях передачи, которые могут быть значительными в линиях длиной много километров ((Рисунок)).

Среднеквадратичное значение напряжения электростанции в конечном итоге необходимо понизить с 12 кВ до 240 В, чтобы его можно было безопасно ввести в дом.Линия передачи высокого напряжения позволяет передавать слабый ток через подстанцию ​​на большие расстояния.

Обычно переменные ЭДС, производимые на электростанциях, «повышаются» до очень высоких напряжений перед передачей по линиям электропередачи; затем они должны быть «понижены» до относительно безопасных значений (110 или 220 В, действующее значение), прежде чем они будут введены в дома. Устройство, которое преобразует напряжение из одного значения в другое с помощью индукции, — это трансформатор ((рисунок)).

Трансформаторы

используются для понижения высокого напряжения в линиях электропередачи до 110–220 В, используемых в домах. (кредит: модификация работы «Fortyseven» / Flickr)

Как показано на рисунке, трансформатор в основном состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных вокруг сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка имеет петли или витки и подключена к переменному напряжению.Вторичная обмотка имеет витки и подключена к нагрузочному резистору. Мы предполагаем идеальный случай, когда все силовые линии магнитного поля ограничены сердечником, так что одинаковый магнитный поток проникает в каждый виток как первичной, так и вторичной обмоток.Мы также пренебрегаем потерями энергии на магнитный гистерезис, на омический нагрев в обмотках и на омический нагрев индуцированных вихревых токов в сердечнике. У хорошего трансформатора потери могут составлять всего 1% от передаваемой мощности, так что это неплохое предположение.

Повышающий трансформатор (во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной). Две обмотки намотаны на сердечник из мягкого железа.

Для анализа схемы трансформатора сначала рассмотрим первичную обмотку.Входное напряжение равно разности потенциалов, индуцированной на первичной обмотке. Согласно закону Фарадея, индуцированная разность потенциалов равна потоку, проходящему через один виток первичной обмотки. Таким образом,

Точно так же выходное напряжение, подаваемое на нагрузочный резистор, должно равняться разности потенциалов, индуцированной во вторичной обмотке. Поскольку трансформатор идеален, магнитный поток через каждый виток вторичной обмотки также составляет

Объединяя последние два уравнения, получаем

Следовательно, с соответствующими значениями для входного напряжения может быть «повышено» или «понижено» () до выходного напряжения.Это часто сокращенно называют уравнением трансформатора,

.

, который показывает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках. Для повышающего трансформатора, который увеличивает напряжение и уменьшает ток, это отношение больше единицы; для понижающего трансформатора, который снижает напряжение и увеличивает ток, это отношение меньше единицы.

Согласно закону сохранения энергии, мощность, вводимая в первичную обмотку в любой момент, должна быть равна мощности, рассеиваемой в резисторе вторичной цепи; таким образом,

В сочетании с (Рисунок) это дает

Если напряжение повышается, ток понижается, и наоборот.

Наконец, мы можем использовать вместе с (Рисунок) и (Рисунок), чтобы получить

, который говорит нам, что входное напряжение «видит» не сопротивление, а скорее сопротивление.

Наш анализ основан на мгновенных значениях напряжения и тока. Однако полученные уравнения не ограничиваются мгновенными значениями; они справедливы также для максимальных и среднеквадратичных значений.

Проверьте свое понимание Трансформатор понижает линейное напряжение с 110 до 9.0 В, чтобы на дверной звонок можно было подавать ток 0,50 А. а) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? б) Какой ток в первичной обмотке? (c) Какое сопротивление видит источник 110 В?

а. 12: 1; б. 0,042 А; c.

Сводка

• Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
Трансформаторы
• используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
• Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

Почему линии передачи работают при очень высоком напряжении, в то время как бытовые цепи работают при довольно низком напряжении?

Тепловые потери меньше, если линии передачи работают при низких токах и высоких напряжениях.

Как отличить первичную обмотку от вторичной в повышающем трансформаторе?

Аккумуляторы в некоторых электронных устройствах заряжаются с помощью адаптера, подключенного к сетевой розетке. Подумайте о назначении адаптера.

В адаптере есть понижающий трансформатор, обеспечивающий более низкое напряжение и, возможно, более высокий ток, при котором устройство может работать.

Будет ли трансформатор работать, если на входе постоянное напряжение?

Почему первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на один и тот же замкнутый железный контур?

, поэтому каждый контур может испытывать одинаковое изменение магнитного потока

Проблемы

Повышающий трансформатор спроектирован так, что выход его вторичной обмотки составляет 2000 В (действующее значение), когда первичная обмотка подключена к линейному напряжению 110 В (среднеквадратичное значение).(а) Если в первичной обмотке 100 витков, сколько витков во вторичной обмотке? (b) Если резистор, подключенный ко вторичной обмотке, потребляет действующий ток 0,75 А, каков ток в первичной обмотке?

Повышающий трансформатор, подключенный к линии 110 В, используется для питания водородно-газовой газоразрядной трубки с напряжением 5,0 кВ (действующее значение). Трубка рассеивает мощность 75 Вт. (а) Каково отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки? (b) Каковы среднеквадратичные токи в первичной и вторичной обмотках? (c) Какое эффективное сопротивление видит источник 110 В?

а.45: 1; б. 0,68 А, 0,015 А; c.

Источник ЭДС переменного тока выдает мощность 5,0 мВт при действующем токе 2,0 мА, когда он подключен к первичной обмотке трансформатора. Среднеквадратичное значение напряжения на вторичной обмотке составляет 20 В. (a) Какое напряжение на первичной обмотке и ток через вторичную обмотку? (б) Какое отношение витков вторичной обмотки к первичной у трансформатора?

Трансформатор используется для понижения напряжения 110 В от настенной розетки до 9,0 В для радио. (а) Если у первичной обмотки 500 витков, сколько витков у вторичной обмотки? (b) Если радиостанция работает при токе 500 мА, каков ток через первичную обмотку?

Трансформатор используется для питания поезда модели на 12 В от сетевой розетки на 110 В.Поезд работает при мощности 50 Вт. (а) Какое среднеквадратичное значение тока во вторичной обмотке трансформатора? (b) Каков среднеквадратичный ток в первичной обмотке? (c) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? (г) Какое сопротивление поезда? (e) Какое сопротивление видит источник 110 В?

Дополнительные проблемы

Конденсатор емкостью 700 пФ подключен к источнику переменного тока с амплитудой напряжения 160 В и частотой 20 кГц. (а) Определите емкостное сопротивление конденсатора и амплитуду выходного тока источника.(b) Если частота изменяется на 60 Гц при сохранении амплитуды напряжения 160 В, каковы емкостное реактивное сопротивление и амплитуда тока?

Катушка индуктивности 20 мГн подключена к источнику переменного тока с переменной частотой и амплитудой постоянного напряжения 9,0 В. (a) Определите реактивное сопротивление цепи и максимальный ток через катушку индуктивности, когда частота установлена ​​на 20 кГц. . (b) Проделайте те же вычисления для частоты 60 Гц.

а. ; б.

Конденсатор подключен к источнику переменного тока частотой 60 Гц с амплитудой напряжения 50 В.а) Каков максимальный заряд конденсатора? (б) Каков максимальный ток в конденсаторе? (c) Каково соотношение фаз между зарядом конденсатора и током в цепи?

Катушка индуктивности 7,0 мГн подключена к источнику переменного тока частотой 60 Гц, амплитуда напряжения которого составляет 50 В. (a) Каков максимальный ток через катушку индуктивности? (b) Каково соотношение фаз между сквозным током и разностью потенциалов в катушке индуктивности?

а. 19 А; б. индуктор ведет по

Каков импеданс последовательной цепи RLC на резонансной частоте?

Какое сопротивление R в схеме, показанной ниже, если амплитуда переменного тока через катушку индуктивности равна 4.24 А?

Источник переменного тока с амплитудой напряжения 100 В и частотой 1,0 кГц управляет последовательной цепью RLC с,, и. (а) Определите среднеквадратичное значение тока в цепи. (б) Каковы среднеквадратичные значения напряжения на трех элементах? (c) Каков фазовый угол между ЭДС и током? (d) Какова выходная мощность источника? (e) Какая мощность рассеивается на резисторе?

Генератор электростанции вырабатывает 100 А при 15 кВ (действующее значение).Трансформатор используется для повышения напряжения в линии передачи до 150 кВ (действующее значение). (а) Какой действующий ток в линии передачи? (b) Если сопротивление на единицу длины линии равно потерям мощности на метр в линии? (c) Каковы были бы потери мощности на метр, если бы линейное напряжение составляло 15 кВ (действующее значение)?

Рассмотрим электростанцию, расположенную в 25 км от города, поставляющую в город мощность 50 МВт. Линии электропередачи выполнены из алюминиевых кабелей с поперечным сечением.Найдите потерю мощности в линиях передачи, если она передается при (a) 200 кВ (среднеквадратичное значение) и (b) 120 В (среднеквадратичное значение).

а. ; б.

Для работы неоновых вывесок требуется напряжение 12 кВ. Трансформатор должен использоваться для изменения напряжения с 220 В (действующее значение) переменного тока на 12 кВ (действующее значение) переменного тока. Какое должно быть соотношение витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки? (b) Какой максимальный среднеквадратичный ток могут потреблять неоновые лампы, если предохранитель в первичной обмотке сработает при 0,5 А? (c) Сколько энергии потребляет неоновая вывеска, когда она потребляет максимальный ток, допустимый предохранителем в первичной обмотке?

Проблемы с вызовом

Электроэнергия 335 кВ переменного тока от ЛЭП подается в первичную обмотку трансформатора.Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет. (а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

а. 335 МВ; б. результат получается слишком высоким, намного превышающим напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях; c. входное напряжение слишком высокое

Резистор и индуктивность 30 мГн соединены последовательно, как показано ниже, через источник переменного тока напряжением 120 В (среднеквадратичное значение), колеблющийся с частотой 60 Гц.(а) Найдите ток в цепи. (б) Найдите падение напряжения на резисторе и катушке индуктивности. (c) Найдите полное сопротивление цепи. (d) Найдите мощность, рассеиваемую на резисторе. (e) Найдите мощность, рассеиваемую в катушке индуктивности. (f) Найдите мощность, производимую источником.

Найдите реактивные сопротивления следующих конденсаторов и катушек индуктивности в цепях переменного тока с заданными частотами в каждом случае: (a) индуктивность 2 мГн с частотой цепи переменного тока 60 Гц; (б) индуктор 2 мГн с частотой 600 Гц цепи переменного тока; (c) индуктор 20 мГн с частотой цепи переменного тока 6 Гц; d) индуктор на 20 мГн с частотой переменного тока 60 Гц; д) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой цепи переменного тока 60 Гц; и (е) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой 600 Гц цепи переменного тока.

Выходной импеданс аудиоусилителя имеет импеданс, равный и не соответствует низкоомному громкоговорителю. Вас попросят вставить соответствующий трансформатор, соответствующий импедансу. Какое передаточное число вы будете использовать и почему? Используйте упрощенную схему, показанную ниже.

Покажите, что единицей СИ для емкостного реактивного сопротивления является ом. Покажите, что единицей СИ для индуктивного реактивного сопротивления также является ом.

Единицы измерения индуктивного реактивного сопротивления (рисунок) указаны ниже.Радианы можно игнорировать при модульном анализе. Генри можно определить как. Их объединение дает единицу реактивного сопротивления.

Катушка с самоиндукцией 16 мГн и сопротивлением подключена к источнику переменного тока, частоту которого можно изменять. На какой частоте напряжение на катушке приведет к току через катушку на

?

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 120 мГн, сопротивление катушки которойИсточник для схемы имеет среднеквадратичное значение ЭДС 240 В на частоте 60 Гц. Рассчитайте среднеквадратичные значения напряжения на резисторе (а), конденсаторе (б) и катушке индуктивности (в).

а. 156 В; б. 42 В; c. 154 В

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 50 мГн. Источник переменной частоты 110 В (среднеквадратичное значение) подключен к комбинации. Какова выходная мощность источника, если его частота установлена ​​на половину резонансной частоты контура?

Глоссарий

трансформатор понижающий

трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток

повышающий трансформатор

трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток

трансформатор

устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора

Уравнение

, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Transformer Formula

Трансформатор — это электрическое устройство, которое позволяет увеличивать или уменьшать напряжение в электрической цепи переменного тока, сохраняя при этом мощность.Мощность, которая поступает в оборудование, в случае идеального трансформатора равна мощности, получаемой на выходе. Реальные машины имеют небольшой процент потерь. Это устройство, которое преобразует переменную электрическую энергию определенного уровня напряжения в переменную энергию другого уровня напряжения на основе явления электромагнитной индукции. Он состоит из двух катушек из проводящего материала, намотанных на замкнутое ядро ​​из ферромагнитного материала, но электрически изолированных друг от друга.Единственная связь между катушками — это общий магнитный поток, установленный в сердечнике. Катушки называются первичными и вторичными в соответствии с входом или выходом рассматриваемой системы соответственно.

Значение мощности для электрической цепи — это значение напряжения по значению силы тока. Как и в случае с трансформатором, значение мощности первичной обмотки такое же, как и мощность вторичной обмотки:

: входное напряжение первичной катушки * входной ток первичной катушки = выходное напряжение вторичной катушки * выходной ток вторичной катушки.

Уравнение записано

Мы также можем рассчитать выходное напряжение трансформатора, если мы знаем входное напряжение и количество витков (катушек) на первичной и вторичной катушках, используя приведенное ниже уравнение;

входное напряжение на первичной катушке / выходное напряжение на вторичной катушке = количество витков провода на первичной катушке / количество витков провода на вторичной катушке

Уравнение записано

имеем:

В _p = входное напряжение на первичной катушке.

В _с = входное напряжение на вторичной обмотке.

I _p = входной ток первичной обмотки.

I _с = входной ток вторичной обмотки.

n _p = количество витков провода на первичной обмотке.

n _s = количество витков провода на катушке вторичной обмотки.

Trasnformer Вопросы:

1) У нас есть трансформатор с током в первичной катушке 10 А и входным напряжением в первичной катушке 120 В, если напряжение на выходе вторичной катушки 50 В, рассчитайте ток на выходе вторичная обмотка.

Ответ: Поскольку мы хотим определить выходной ток во вторичной катушке, мы используем первое уравнение

, →,

= 2,4 * 10 А = 24 А.

I _с = 24 А.

2) У нас есть трансформатор с выходным током на вторичной катушке 30 А и входным током на первичной катушке 2000 витков 6 А, определяем количество витков на вторичной катушке.

Ответ: Мы будем использовать два уравнения: первое уравнение для определения выходного напряжения на вторичной катушке и второе уравнение для определения количества витков на вторичной катушке.

, →,

, →,

Подстановка,

n _s = 400

Идеальный трансформатор — обзор

13.3.2 Трансформаторы

Трансформатор — это устройство, которое позволяет передавать электрическую энергию в виде переменного тока от одной цепи к другой через магнитное поле. Это также позволяет преобразовывать эту энергию из одного уровня напряжения и тока в другой с минимальными потерями.Электрическая энергия наиболее эффективно передается на большие расстояния при очень высоких напряжениях, в сотни киловольт и, соответственно, умеренных уровнях тока. Распределение на месте при 230 В (или 115 В в США) безопасно и удобно. Преобразование высокого напряжения, используемого для передачи, в гораздо более низкое, используемое для распределения, выполняется трансформаторами. Они играют ключевую роль в системе электроснабжения. В дополнение к их использованию в распределении энергии и источниках питания, трансформаторы также используются во многих электронных системах, особенно в радиочастотной беспроводной связи.Трансформаторы могут быть размером с железнодорожный локомотив или меньше, чем пуговица на рубашке. Они могут работать на низких частотах (50 Гц и менее) или на радиочастотах (порядка гигагерц). Их можно сравнить с механическими коробками передач (которые используются в автомобилях, велосипедах и т. Д.), Которые преобразуют механическую энергию, передаваемую им, скажем, на высокой скорости и с низким крутящим моментом, в более низкую скорость, но с более высоким крутящим моментом, или наоборот.

На рисунке 13.5 (a) показана катушка или обмотка из N ₁ витков, намотанных на магнитопровод.Катушка подключена к источнику постоянного тока. источник напряжения В ₁ . Ток I ₁ определяется сопротивлением катушки R ₁ , как показано эквивалентной схемой, показанной на рисунке 13.5 (b). Магнитный поток, индуцированный током I ₁ , определяется следующим образом (см. Также Hughes, 1995; R. J. Smith, 1984; Slemon and Straughen, 1980).

Рис. 13.5. Простая магнитная цепь, возбуждаемая постоянным током.источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

Ток I ₁ создает магнитодвижущую силу (ммс), F , Н ₁ I ₁ ампер (иногда используемую единицу измерения называют ампер-витками).

(13,1) F = N1I1

соответствующая напряженность магнитного поля H (измеряется в ампер / метр или ампер-виток / метр) составляет

(13,2) H = Fl

, где l — длина магнитный путь.

Связь между напряженностью поля H и плотностью потока B (измеряется в теслах) является свойством рассматриваемого материала. Для свободного пространства (и воздуха) эти две величины линейно пропорциональны соотношению (называемому проницаемостью) μ ₀ = 4π × 10 ⁻⁷ (измеряется в генри / метр). Для ферромагнитных материалов, таких как железо, сталь или ферриты, зависимость сильно нелинейна, как описано в хорошо известной петле B – H .При заданной напряженности поля H в этих материалах создается более высокая плотность потока B , чем в воздухе. Относительная магнитная проницаемость μ _r описывает, насколько больше плотность потока для данной напряженности поля. Он может иметь значение от нескольких сотен и более. Обратите внимание, что поскольку взаимосвязь между B и H является нелинейной, μ _r не является константой для конкретного материала; это зависит от значения H или B.

(13.3) B = μ0μrH

Магнитный поток Φ (измеренный в веберах) рассчитывается из плотности потока как

(13,4) ϕ = BA

, где A — площадь поперечного сечения материала, перпендикулярного потоку. .

На рис. 13.6 (а) показана та же магнитная цепь, что и на рис. 13.5 (а), но возбуждение изменено на переменное. источник напряжения (вида v = V _p sin ω t ). В этом случае поток также является синусоидальным (без учета влияния нелинейности петли B – H).Однако, согласно закону Фарадея, напряжение v индуцируется в проводнике, если он находится в изменяющемся магнитном поле, где

Рис. 13.6. Простая магнитная цепь, возбуждаемая переменным током. источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13,5) ν = Ndϕdt

Это индуцированное напряжение противостоит приложенному, в дополнение к резистивному падению напряжения i ₁ R ₁ . Он представлен в эквивалентной схеме на Рисунке 13.6 (б) индуктором L _M . Катушка индуктивности используется, поскольку i находится в фазе с Φ, но v не совпадает по фазе на 90 ° (из-за производного члена). Следовательно, ток в этом случае определяется как сопротивлением катушки, так и ее индуктивностью. Последнее зависит от магнитных свойств сердечника. Подстановка соотношений из (13.1) — (13.4) в (13.5) приводит к

(13.6) ν = N1dϕdt = μ0μrAlN12didi

Поскольку напряжение v представляет собой напряжение на катушке индуктивности, можно сравнить уравнение (13.6) с соотношением для катушки индуктивности v = L d i / d t . Следовательно, индуктивность с точки зрения магнитных свойств выражается как

(13,7) L = μ0μrAlN12

Предполагая, что поток синусоидален, его можно выразить как Φ = Φ _пик sin ω t . Тогда из (13.5)

(13.8) ν1 = N1dϕdt = N1ωϕpeakcosωt

Среднеквадратичное значение v ₁ ( V ₁ ) равно

(13.9) V1 = N1ωϕpeak2 = 2π2N1fϕpeak = 4⋅44N1fϕpeak

Это важное соотношение показывает выбор, доступный проектировщикам. Например, на высоких частотах и ​​количество витков, и / или магнитный поток (и, следовательно, площадь поперечного сечения сердечника) могут быть уменьшены для данного входного напряжения.

На рис. 13.7 (а) показана та же магнитная цепь, что и раньше, с добавлением второй обмотки из N ₂ витков. Две обмотки обычно называются первичной и вторичной .Выходное напряжение холостого хода этой второй (вторичной) обмотки v ₂ можно найти с помощью уравнения (13.5). Предполагая, что поток одинаков в обеих обмотках, v ₂ равно

Рис. 13.7. Трансформатор с разомкнутой вторичной обмоткой: а) магнитопровод; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13.10) ν2 = N2dϕdt

Объединение уравнений (13.5) и (13.10) приводит к важному соотношению напряжений для идеального трансформатора.

(13.11) ν1ν2 = N1N2

Идеальным трансформатором в данном контексте является трансформатор, где

1.

Нет потерь мощности ни в обмотках, ни в сердечнике (механизмы потерь в трансформаторах описаны более подробно см. Slemon and Straughen, 1980).

2.

Поток в обеих обмотках одинаковый.

3.

Для создания магнитного потока в сердечнике требуется пренебрежимо малый ток (ток намагничивания).Другими словами, реактивное сопротивление L _M на рисунке 13.6 очень велико.

Эквивалентная схема практического сердечника с двумя обмотками показана на рисунке 13.7 (b). Здесь показан идеальный трансформатор, резистор R ₁ и катушка индуктивности L _M . Резистор R ₁ представляет сопротивление первой обмотки и используется для учета того факта, что в практическом трансформаторе потери мощности в обмотках не пренебрежимо малы, как указано для идеального в предположении (1) выше. .В результате выходное напряжение холостого хода вторичной обмотки, v ₂ немного меньше, чем было бы получено уравнением (13.11) с использованием входного напряжения v ₁ и отношения витков. В эквивалентной схеме это представлено падением напряжения на резисторе R ₁ , которое представляет собой разницу между реальным входным напряжением v ₁ и v ′ ₁ = v ₂ N ₁ / N ₂ .Точно так же в практическом трансформаторе током намагничивания не всегда можно пренебречь, как в предположении (3) выше. Это индуктор L _M .

На рис. 13.8 (а) показан трансформатор с нагрузкой R _L , подключенной к вторичной обмотке. В результате наведенного напряжения v ₂ во вторичной обмотке по вторичной цепи протекает ток i ₂ . Однако этот ток, протекающий во вторичной обмотке, создает МДС, которая, согласно закону Ленца, противодействует потоку в сердечнике, который в первую очередь индуцировал v ₂ .Таким образом, чистый mmf в магнитной цепи уменьшается, и это, в свою очередь, уменьшает магнитный поток Φ. Согласно уравнению (13.5), уменьшенный поток приводит к уменьшению напряжения, индуцированного в первичной обмотке, которое противодействует входному напряжению v ₁ . Увеличенная разница между ними приводит к увеличению текущего i ₁ до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия. Следовательно, увеличение тока во вторичной обмотке приводит к увеличению тока в первичной обмотке.

Рис. 13.8. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой: а) магнитопровод, принципиальная схема трансформатора; (б) электрическая эквивалентная схема.

Первичный ток состоит из двух компонентов. Один из них — ток намагничивания i _M (ток, который течет в первичной обмотке, когда ток не течет во вторичной). Другой — i ′ ₁ компонент, возникающий в результате протекания тока во вторичной обмотке. Следовательно,

(13.12) i1 = i′1 + iM

Эквивалентная схема на Рисунке 13.8 (b) показывает это соотношение.

В идеальном трансформаторе магнитный поток одинаков в обеих обмотках (предположение (2) выше), и МДС, создаваемые двумя обмотками, можно считать равными и противоположными друг другу. Следовательно,

(13.13) N1i′1 = N2i2

или

(13.14) i′i2 = N1N2

Обратите внимание, что объединение уравнений (13.11) и (13.14) приводит к

ν1i′1 = ν2i2

As Можно ожидать, что потребляемая мощность идеального трансформатора такая же, как и выходная мощность, поскольку отсутствуют потери.

Аналогично, использование уравнений (13.11) и (13.14) приводит к соотношению

(13.15) RL = ν2i2 = ν1N2N1i′1N1N2 = ν1i′1 [N2N1] 2 = R′L [N2N1] 2

, где R ′ _L — это кажущееся сопротивление, «видимое при взгляде на первичную обмотку» в результате подключения R _L к вторичной обмотке. Это соотношение составляет основу использования трансформаторов для согласования импеданса . Возможно, более полезно выразить это как

(13.16) R′L = RL [N1N2] 2

На практике поток в двух обмотках не совсем одинаковый, и предположение (2) для идеального трансформатора не относится строго к практическому.Как показано на рисунке 13.9 (а), часть потока «утекает» из сердечника и связана только с одной из обмоток. В описании схемы на рис. 13.9 (а) показано, что эффект потока рассеяния должен индуцировать напряжение, которое противодействует входному напряжению. Этот эффект представлен в эквивалентной схеме катушкой индуктивности. Таким образом, пересмотренная эквивалентная схема трансформатора включает две катушки индуктивности L ₁ и L ₂ , чтобы учесть индуктивность рассеяния двух обмоток.Эквивалентная схема показана на рисунке 13.9 (b). При проектировании и изготовлении трансформаторов уделяется большое внимание минимизации потока утечки с помощью таких мер, как наматывание двух обмоток друг на друга и использование сердечников тороидальной формы, если это возможно.

Рис. 13.9. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой, показывающий поток рассеяния и результирующую индуктивность: (а) магнитная цепь, показывающая поток рассеяния; (б) электрическая эквивалентная схема.

Эквивалентная схема, показанная на рисунке 13.9 (б) чаще используется в упрощенном виде. Упрощение выполняется в два этапа. Во-первых, предположим, что падением напряжения в R ₁ и L ₁ из-за тока намагничивания i ′ _M можно пренебречь. Следовательно, L _M может быть подключен напрямую через источник на другой стороне R ₁ и L ₁ без внесения каких-либо ошибок. Компонент R _M добавлен, чтобы представить потерю энергии в сердечнике, вызванную переменным магнитным потоком.На втором этапе используется уравнение (13.16). Это позволяет объединить вторичное сопротивление и индуктивность рассеяния с первичными. Резистор R ₂ отображается на первичной обмотке как R ′ ₂ , и его можно комбинировать с R ₁ , чтобы сформировать R _W как

(13,17) RW = R1 + R2 [N2N1] 2

Аналогично

(13,18) LW = L1 + L2 [N2N1] 2

Упрощенная эквивалентная схема показана на рисунке 13.10.

Рис. 13.10. Упрощенная схема замещения трансформатора.

Это можно использовать для расчета регулирования трансформатора. Это мера изменения напряжения между током холостого хода и током полной нагрузки. Он определяется как

(13.19) Регулировка = Vout (без нагрузки) −Vout (полная нагрузка) Vout (полная нагрузка)

Эквивалентная схема на рисунке 13.10 обычно используется на низких частотах (50 и 60 Гц). На высоких частотах необходимо учитывать паразитную емкость обмоток.Это можно смоделировать как конденсатор на первичной обмотке. Этот конденсатор эффективно включен последовательно с катушкой индуктивности, представляющей индуктивность рассеяния, и поэтому цепь является резонансной. В некоторых схемах трансформатор спроектирован как часть настроенной нагрузки усилителя, как в разделе 9.2 (см. J. Smith, 1986). На высоких частотах влияние индуктивности намагничивания может быть меньше, но индуктивности рассеяния больше.

В следующих разделах будет видно, что форма волны тока, потребляемого выпрямителями, подключенными к накопительным конденсаторам (см. Рисунок 13.21) далека от синусоидальности. Об этом всегда нужно помнить при проектировании источников питания и используемых в них трансформаторов. Информацию о практическом проектировании трансформаторов можно найти в нескольких специализированных текстах. Уиттингтон и др. . (1992) занимается проектированием трансформаторов для импульсных источников питания (см. Раздел 13.4).

Рис. 13.21. Входное напряжение и ток, а также осциллограммы напряжения нагрузки.

SAQ 13.1

Напряжение, ток и мощность были измерены на первичной стороне трансформатора вместе с вторичным напряжением при разомкнутой и короткозамкнутой вторичной обмотке.Результаты измерений, выполненных на частоте 50 Гц, следующие:

	Первичное напряжение (В)	Ток (А)	Мощность (Вт)	Вторичное напряжение (В)
Обрыв	240	0,1	12	20
Короткий	10	1	8	0

900 эквивалентная сторона Упрощенная сторонаТакже определите мощность, рассеиваемую в трансформаторе, и выходное напряжение вторичной обмотки, когда она обеспечивает вторичный ток 8 А от первичного источника питания 240 В.

Уравнение трансформатора — Высшее — Трансформаторы — Edexcel — GCSE Physics (Single Science ) Revision — Edexcel

Соотношение разностей потенциалов на катушках трансформатора соответствует отношению количества витков на катушках.

Это уравнение можно использовать для расчета выходного сигнала конкретного трансформатора или для определения того, как спроектировать трансформатор для определенного изменения напряжения:

\ [\ frac {primary ~ Voltage} {вторичное ~ напряжение } = \ frac {число ~ витков ~ ~ ~ первичной ~ катушки} {~ ~ ~ ~ витков ~ ~ ~ вторичной ~ катушки} \]

\ [\ left [\ frac {V_p} {V_s} = \ frac {N_p} {N_s} \ right] \]

Это когда:

• V _p — разность потенциалов в первичной (входной) катушке в вольтах (V)
• V _s — разность потенциалов вторичной (выходной) катушки в вольтах (В)
• N _p — количество витков на первичной катушке
• N _s — количество витков на вторичной катушке

В повышающем трансформаторе В _с > В _p .В понижающем трансформаторе В _с < В _p .

Пример

Сетевой трансформатор (230 В) имеет 11 500 витков на первичной обмотке и 600 витков на вторичной обмотке. Рассчитайте напряжение, полученное от вторичной обмотки.

\ [\ left [\ frac {V_p} {V_s} = \ frac {N_p} {N_s} \ right] \]

Переставьте, чтобы найти V _s :

\ [V_s = V_p \ times \ frac {N_s} {N_p} \]

\ [V_s = 230 \ times \ frac {600} {11,500} \]

напряжение вторичной обмотки, \ (V_s = 12 ~ V \)

Трансформатор в примере выше — понижающий трансформатор.Это потому что на вторичной катушке меньше витков, и на вторичной катушке меньше напряжения.

ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор изменяет электрическую энергию заданного напряжения в электрическую энергию на другом уровне напряжения. Он состоит из двух катушки, которые электрически не связаны, но которые расположены в таких способ, которым магнитное поле, окружающее одну катушку, прорезает другую катушка.Когда на одну катушку подается переменное напряжение, изменяющееся магнитное поле вокруг этой катушки создает переменное напряжение в другой катушке за счет взаимной индукции. Трансформатор также можно использовать с пульсирующий постоянный ток, но нельзя использовать чистое постоянное напряжение, так как напряжение создает переменное магнитное поле, которое является основой взаимного индукционный процесс. Трансформатор состоит из трех основных частей, как показано на рисунке 8-197. Это железный сердечник, который обеспечивает цепь с низким сопротивлением для магнитного поля. силовые линии, первичная обмотка, которая получает электрическую энергию от источника приложенного напряжения и вторичной обмотки, которая получает электрическая энергия за счет индукции от первичной катушки.

Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора с закрытым сердечником намотаны. на замкнутом сердечнике для получения максимального индуктивного эффекта между двумя катушками.

Существует два класса трансформаторов: (1) Используемые трансформаторы напряжения. для повышения или понижения напряжения и (2) трансформаторы тока используется в схемах приборов.

В трансформаторах напряжения первичные обмотки соединены параллельно через напряжение питания, как показано в A на рисунке 8-198.Первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в первичной цепи (B на рисунке 8-198). Из двух типов напряжение трансформатор является более распространенным.

Есть много типов трансформаторов напряжения. Большинство из них либо повышающие или понижающие трансформаторы. Фактор, определяющий, трансформатор — это повышающий или понижающий тип — это коэффициент «витков». В Коэффициент витков — это отношение количества витков в первичной обмотке. к количеству витков вторичной обмотки.Например, повороты передаточное отношение понижающего трансформатора, показанного на А рисунка 8-199 — это 5 к 1, поскольку в первичной обмотке в пять раз больше витков. как во вторичном. Повышающий трансформатор, показанный на рисунке B 8-199 имеет передаточное число от 1 до 4 витков.

Отношение входного напряжения трансформатора к выходному напряжению равно то же, что и коэффициент трансформации, если трансформатор имеет 100-процентный КПД. Таким образом, когда на первичную обмотку трансформатора подается 10 вольт, в A на рисунке 8-199 индуцируются два вольта в вторичный.Если на первичную обмотку трансформатора подано 10 вольт в B на рисунке 8-199 выходное напряжение на клеммах вторичной обмотки. будет 40 вольт.

Невозможно построить трансформатор со 100-процентным КПД, хотя Трансформаторы с железным сердечником могут приблизиться к этой цифре. Это потому, что все магнитные силовые линии, установленные в первичной обмотке, не пересекают витки вторичной обмотки. Определенное количество магнитного потока, называемое утечкой. магнитный поток выходит из магнитной цепи.Мера того, насколько хорошо флюс первичной обмотки, соединенной с вторичной, называется «коэффициент муфты ». Например, если предполагается, что первичная обмотка трансформатора развивает 10000 силовых линий и только 9000 пересекает второстепенные, коэффициент связи будет 0,9 или, другими словами, трансформатор будет на 90 процентов эффективнее.

Когда напряжение переменного тока подается на первичные выводы трансформатора, будет течь переменный ток и самовосстанавливать напряжение в первичной обмотке. катушка, которая находится напротив и почти равна приложенному напряжению.Различия между этими двумя напряжениями позволяет току в первичной обмотке намагнитите его ядро. Это называется возбуждающим или намагничивающим током. Магнитное поле, вызванное этим возбуждающим током, проходит через вторичную обмотку. катушка и индуцирует напряжение за счет взаимной индукции. Если нагрузка подключена через вторичную обмотку ток нагрузки протекает через вторичную обмотку. катушка будет создавать магнитное поле, которое будет стремиться нейтрализовать магнитное поле. поле, создаваемое первичным током.Это уменьшит самоиндуцированное (противодействие) напряжение в первичной катушке и допускает больший первичный ток течь. Первичный ток увеличивается по мере увеличения вторичного тока нагрузки, и уменьшается по мере уменьшения тока вторичной нагрузки. Когда вторичный нагрузка снимается, первичный ток снова снижается до малого возбуждающего тока, достаточного только для намагничивания железного сердечника трансформатора.

Если трансформатор увеличивает напряжение, он понижает ток в таком же соотношении.Это должно быть очевидно, если принять во внимание формулу мощности: для мощности (I x E) выходной (вторичной) электрической энергии такая же, как входная (первичная) мощность за вычетом потерь энергии при преобразовании процесс. Таким образом, если в сети используются 10 В и 4 А (мощность 40 Вт) в первую очередь для создания магнитного поля, будет развиваться мощность 40 Вт. во вторичном (без учета потерь). Если у трансформатора есть ступенька 4: 1, напряжение на вторичной обмотке будет 40 вольт и ток будет 1 ампер.Напряжение в 4 раза больше, а ток составляет одну четвертую от значения первичной цепи, но мощность (значение I x E) составляет одинаковый.

Когда соотношение витков и входное напряжение известны, выходное напряжение можно определить следующим образом:

Где E — напряжение первичной обмотки, E2 — выходное напряжение первичной обмотки. вторичный, а N1 и N2 — количество витков первичной и вторичной обмоток, соответственно.

Транспонирование уравнения для определения выходного напряжения дает: Чаще всего используются следующие типы трансформаторов напряжения: (1) Силовые трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения и ток во многих типах блоков питания.Они варьируются по размеру от маленьких силовой трансформатор, показанный на рисунке 8-200, используемый в радиоприемнике для большие трансформаторы, используемые для понижения напряжения высоковольтной линии до 110 — Уровень 120 вольт, используемый в домах.

На рисунке 8-201 схематический символ трансформатора с железным сердечником. Показано. В этом случае вторичная обмотка состоит из трех отдельных обмоток. Каждая обмотка питает разные цепи с определенным напряжением, которое экономит вес, место и стоимость трех отдельных трансформаторов.Каждый вторичный имеет соединение средней точки, называемое «центральным отводом», которое обеспечивает выбор половины напряжения по всей обмотке. Ведет от различные обмотки имеют цветовую маркировку производителя, как указано на рисунок 8-201. Это стандартный цветовой код, но другие коды или числа может быть использовано. (2) Звуковые трансформаторы напоминают силовые трансформаторы. У них только один вторичные и предназначены для работы в диапазоне звуковых частот (От 20 до 20 000 с / с). (3) ВЧ трансформаторы предназначены для работы в оборудовании, которое функционирует в радиодиапазоне частот. Обозначение ВЧ трансформатора: то же, что и для дроссельной катушки RF. Он имеет воздушный сердечник, как показано на рисунке. 8-202.

(4) Автотрансформаторы обычно используются в силовых цепях; однако они может быть разработан для других целей. Два разных символа для автотрансформаторов используемые в силовых или звуковых цепях, показаны на рисунке 8-203.Если используется в Радиочастотная связь или навигационная схема (B на рисунке 8-203), это то же самое, за исключением того, что здесь нет символа железного сердечника. Автотрансформатор использует часть обмотки в качестве первичной; и, в зависимости от от того, идет ли он вверх или вниз, он использует все или часть того же обмотка как вторичная. Например, автотрансформатор, показанный в А из На рисунке 8-203 можно использовать следующие возможные варианты для первичных и вторичных клемм.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока используются в системах питания переменного тока для определения генератора линейный ток и чтобы обеспечить ток, пропорциональный линейному току, для устройств защиты и управления цепями.

Трансформатор тока представляет собой трансформатор кольцевого типа, использующий токопроводящий провод питания в качестве первичного (провод питания или заземляющий провод генератор переменного тока). Ток в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке. магнитной индукцией.

Стороны всех трансформаторов тока обозначены на корпусе обозначениями «h2» и «h3». единица базы. Трансформаторы необходимо устанавливать стороной «h2» в сторону генератор в цепи, чтобы обеспечить правильную полярность.Вторичный трансформатора никогда не следует оставлять открытым во время работы системы. эксплуатируется; это может вызвать опасно высокое напряжение и привести к перегреву. трансформатор. Следовательно, выходные соединения трансформатора всегда должны быть соединенным перемычкой, когда трансформатор не используется, но осталось в системе.

Потери трансформатора

Помимо потерь мощности, вызванных несовершенным соединением, трансформаторы подвержены «медным» и «железным» потерям.Потеря меди вызвана сопротивление проводника, содержащего витки катушки. Железо потери бывают двух типов, называемых гистерезисными потерями и потерями на вихревые токи. Гистерезис потеря — это электрическая энергия, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, сначала в одном направлении, а затем в другом, одновременно с нанесенным переменное напряжение. Потери на вихревые токи вызваны электрическими токами (вихревые токи), индуцированные в сердечнике трансформатора переменными магнитными полями.Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники изготовлены из пластин, покрытых изоляция, уменьшающая циркуляцию наведенных токов.

Мощность в трансформаторах

Поскольку трансформатор не добавляет электричества в цепь, а просто изменяет или преобразует электричество, которое уже существует в цепь от одного напряжения к другому, общее количество энергии в цепи должен оставаться таким же. Если бы можно было построить идеальный трансформатор, в нем не было бы потери силы; власть будет передана в неизменном виде от одного напряжения к другому.

Поскольку мощность — это произведение вольт на ампер, увеличение напряжения трансформатором должно приводить к уменьшению тока и наоборот. Во вторичной обмотке трансформатора не может быть больше мощности, чем есть в первичном. Произведение ампер на вольт остается такой же.

Передача электроэнергии на большие расстояния осуществляется с помощью трансформаторы. На источнике питания повышается напряжение, чтобы уменьшить потери в линии при передаче.В момент использования, напряжение понижается, так как невозможно использовать высокое напряжение для управления двигателями, осветительными приборами или другими электрическими приборами.

Соединительные трансформаторы в цепях переменного тока

Прежде чем изучать различные способы подключения трансформаторов в цепях переменного тока, различия между однофазными и трехфазными цепями должны быть четко обозначены. понял. В однофазной цепи напряжение генерируется одним генератором переменного тока. катушка.Это однофазное напряжение может быть снято с однофазного генератора переменного тока. или от одной фазы трехфазного генератора переменного тока, как объяснено далее в исследование генераторов переменного тока.

В трехфазной цепи три напряжения генерируются генератором переменного тока. с тремя катушками, расположенными внутри генератора так, что три напряжения сгенерированные равны, но достигают своих максимальных значений в разное время. В каждой фазе 400-тактного трехфазного генератора цикл генерируется каждые 1/400 секунды.

При вращении магнитный полюс проходит одну катушку и генерирует максимум Напряжение; через одну треть цикла (1/1200 секунды) этот же полюс проходит другой катушка и генерирует в ней максимальное напряжение; и следующий цикл 1/3 позже он проходит еще одну катушку и генерирует максимальное напряжение в Это. Это приводит к тому, что максимальное напряжение, генерируемое в трех катушках, всегда быть на расстоянии одной трети цикла (1/1200 секунды).

Первые трехфазные генераторы были подключены к их нагрузки с шестью проводами и всеми шестью выводами в цепи пропускают ток.Позже эксперименты показали, что генератор будет давать столько же энергии, сколько и с катушками, соединенными так, что для всех трех потребовалось всего три провода фазы, как показано на рисунке 8-204. Использование трех проводов стандартно для передача трехфазного питания сегодня. Обратный ток от любого одна катушка генератора всегда течет обратно через два других провода в трехфазная цепь. Трехфазные двигатели и другие трехфазные нагрузки связаны с их катушки или элементы нагрузки расположены так, что требуются три линии передачи для доставки мощности.Трансформаторы, которые используются для повышения напряжения вверх или вниз в трехфазной цепи электрически соединены так, чтобы мощность передается на первичный и снимается со вторичного по стандарту трехпроводная система.

Однако однофазные трансформаторы и однофазные лампы и двигатели может быть подключен к любой одной фазе трехфазной цепи, как показано на рисунке 8-205.Когда однофазные нагрузки подключены к трехфазным цепям, нагрузки распределяются поровну между тремя фазами, чтобы сбалансировать нагрузки на три катушки генератора. Другое применение трансформатора однофазный трансформатор с несколькими отводами во вторичной обмотке. С этот тип трансформатора, напряжение может быть понижено, чтобы обеспечить несколько рабочие напряжения, как показано на рисунке 8-206.

Трансформатор с центральным ответвлением, питающий двигатель, требующий 220 вольт вместе с четырьмя лампами, требующими 110 вольт, показано на рисунке. 8-207.Двигатель подключен ко всему выходу трансформатора, и светильники подключаются от центрального ответвителя к одному концу трансформатора. При таком подключении используется только половина вторичного выхода. Этот тип трансформаторного подключения широко используется в самолетах. из-за комбинаций напряжений, которые можно снимать с одного трансформатора. На вторичной обмотке трансформатора могут подаваться различные напряжения. вставляя метчики (во время производства) в различные точки вдоль вторичного обмотки. Различные значения напряжения получаются при подключении к любым двум ударов или до одного касания и либо в конец.

Трансформаторы для трехфазных цепей можно подключать к любому из несколько комбинаций соединений звезда (y) и треугольник (D). Связь используемый зависит от требований к трансформатору.

Когда соединение звездой используется в трехфазных трансформаторах, четвертый или нейтральный провод.Нейтральный провод соединяет однофазное оборудование. к трансформатору. Напряжение (115 В) между любой из трех фаз линии и нейтральный провод могут использоваться для питания таких устройств, как фонари или однофазные двигатели.

В комбинации все четыре провода могут обеспечивать питание 208 вольт, три фаза, для работы трехфазного оборудования, такого как трехфазные двигатели или выпрямители. Когда используется только трехфазное оборудование, заземляющий провод может быть опущен. Остается трехфазная трехпроводная система, как показано на рисунке. на рисунке 8-208.

На рисунке 8-209 показаны первичный и вторичный с дельта-соединением. При таком подключении трансформатор имеет такое же выходное напряжение, что и линейное напряжение. Между любыми двумя фазами напряжение 240 вольт. В этом типе подключения провода A, B и C могут предоставить 240 вольт, трехфазное питание для работы трехфазного оборудования. Тип соединения, используемого для первичных обмоток, может быть или не соответствовать такой же, как и тип подключения вторичных обмоток.Например, первичное соединение может быть треугольником, а вторичное соединение звездой. Это называется трансформатором, соединенным треугольником. Другие комбинации дельта-дельта, звезда-треугольник и звезда-звезда.

Устранение неисправностей трансформаторов Бывают случаи, когда трансформатор необходимо проверить на обрыв или шорт, и часто бывает необходимо определить, что трансформатор повышающий или понижающий трансформатор. Открытая обмотка трансформатора может можно определить путем подключения омметра, как показано на рисунке 8-210.Связаны как показано, омметр будет показывать бесконечность. Если бы не было открытых катушки, омметр покажет сопротивление провода в катушке. Оба таким же образом можно проверить первичный и вторичный.

Омметр также можно использовать для проверки короткого замыкания обмоток, как показано на рисунке. Однако на рис. 8-211 этот метод не всегда точен. Если, например, трансформатор имел 500 витков и сопротивление 2 Ом, а 5 витков были закороченное, сопротивление уменьшится примерно до 1.98 Ом, что не достаточно для того, чтобы считывать показания омметра. В таком случае, номинальное входное напряжение может быть приложено к первичной обмотке для измерения вторичного выходного напряжения. Если вторичное напряжение низкое, оно может Предположим, что у трансформатора есть закороченные обмотки, а трансформатор следует заменить. Если выходное напряжение в норме, исходный трансформатор можно считать неисправным.

Омметр можно использовать, чтобы определить, является ли трансформатор ступенчатым. повышающий или понижающий трансформатор.В понижающем трансформаторе сопротивление вторичного будет меньше, чем у первичного, и наоборот будет верно в случае повышающего трансформатора. Еще один метод включает подачу напряжения на первичную обмотку и измерение вторичной обмотки. выход. Используемое напряжение не должно превышать номинальное входное напряжение Главная.

Если обмотка полностью закорочена, она обычно перегревается из-за высокого значения текущего расхода.Во многих случаях высокая температура тает воск в трансформаторе, и это можно определить по появившемуся запаху. Кроме того, показания вольтметра на вторичной обмотке будут нулевыми. Если схема содержит предохранитель, сильный ток может привести к его перегоранию до того, как трансформатор сильно поврежден.

На рисунке 8-212 одна точка на обмотке трансформатора показана подключенной. К земле, приземляться. Если внешняя цепь цепи трансформатора заземлена, часть обмотки эффективно закорочена.Меггер, подключенный между одна сторона обмотки и корпус трансформатора (земля) будут проверять это состояние с низким или нулевым показанием. В таком случае трансформатор должен заменить.

Все трансформаторы, обсуждаемые в этом разделе, спроектированы с одной первичной обмоткой. обмотка. Они работают на одном источнике переменного тока. Трансформаторы, которые работают от трех напряжений от генератора переменного тока или генератора переменного тока называются тремя фазные или многофазные трансформаторы. Об этих трансформаторах и пойдет речь. в изучении генераторов и двигателей.

Как изменить коэффициент трансформатора тока?

Изменения коэффициента трансформации трансформаторов тока RC, SC и CT

Соотношение тока между первичной и вторичной обмотками определяется по следующей формуле:

Нс x Is = Np x IP

Где:

Ip = первичный ток
Is = вторичный ток
Np = количество витков на первичной обмотке
Ns = количество витков на вторичной обмотке

Пример:
На трансформаторе тока 300: 5,

Is = 5 ампер при Ip = 300 ампер,
количество витков первичной обмотки равно 1.
нс x 5 = 300 x 1
нс = 60

Передаточное отношение трансформатора тока можно изменить, изменив количество витков вторичной обмотки. Прямая или обратная намотка вторичных проводов через окно трансформатора тока будет добавлять или вычитать вторичные витки соответственно.

При добавлении вторичных витков такой же первичный ток приведет к уменьшению вторичного выходного тока. Если вычесть вторичные витки, тот же первичный ток приведет к большему вторичному выходу.

Пример:

На трансформаторе тока 300: 5, если требуется соотношение тока 325: 5, необходимо добавить пять витков к вторичной обмотке.
Нс x 5 = 325 x 1
Нс = 65

Вычитание 5 витков вторичной обмотки даст трансформатор с коэффициентом тока 275: 5.
нс x 5 = 275 x 1
нс = 55

Чтобы добавить вторичные витки, белые провода должны быть намотаны через трансформатор тока со стороны, противоположной отметке полярности. Чтобы вычесть витки вторичной обмотки, провод от левой клеммы или белый провод должен быть намотан через трансформатор тока с той же стороны, что и метка полярности.При подключении, как показано, напряжение на белом проводе будет совпадать по фазе с напряжением на проводе питания, соединяющем линию с нагрузкой.

Модификации передаточного числа серии

SC

Первичные изменения передаточного числа

Формула:

Ka = Kn x Nn / Na

Где:

Ka = Фактическое передаточное число трансформатора
Kn = Передаточное отношение трансформатора с паспортной таблички
Na = Фактическое количество витков первичной обмотки
Nn = Число витков первичной обмотки на паспортной табличке

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно изменить, добавив больше витков первичной обмотки трансформатора.За счет добавления витков первичной обмотки снижается ток, необходимый для поддержания пяти ампер на вторичной обмотке. (Пример: трансформатор тока 100: 5, рассчитанный на один виток первичной обмотки.)

Полярность трансформатора в квадратном корпусе

Модификация передаточного числа вторичного вала

Коэффициент тока между первичной и вторичной обмотками определяется по следующей формуле:

Нс x Is = N

Где:

Ip = первичный ток
Is = вторичный ток
Np = No.