Принцип работы однофазного трансформатора

В энергетической сфере деятельности используются первичные источники высокого переменного напряжения, однако в быту или на предприятиях необходимо значительно его снизить. Для этой цели применяются трансформаторы.

• Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора довольно простой и основан на генерации электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках проводника, который находится в движущемся магнитном поле и сгенерирован при помощи переменного I.

При прохождении электричества по обмоткам первичной катушки создается магнитный поток (Ф), который пронизывает и вторичную катушку. Силовые линии Ф благодаря замкнутой конструкции магнитопровода имеют замкнутую структуру. Для получения оптимальной мощности Т необходимо располагать катушки обмоток на близком расстоянии относительно друг друга.

Исходя из закона электромагнитной индукции происходит изменение Ф и индуцируется в первичной обмотке ЭДС. Эта величина называется ЭДС самоиндукции, а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции.

При подключении потребителя к первичной обмотке трансформатора в цепи появится электрическая энергия, которая передается из первичной обмотки через магнитопровод (катушки не связаны гальванически). В этом случае средством передачи электроэнергии служит только Ф. Трансформаторы по конструктивной особенности бывают различные.

По достижению максимальной магнитной связи трансформаторы делятся на следующие типы:

1. Сильная.
2. Средняя.
3. Слабая.

При слабой МС происходит значительная потеря энергии и Т такого типа практически не применяются. Основной особенностью таких Т являются незамкнутые сердечники.

Уровень средней МС достигается только при полностью замкнутом магнитопроводе. Одним из примеров такого Т является стержневой тип, у которого обмотки расположены на железных стержнях и соединены между собой накладками или ярмами. В результате такой конструкции получается полностью замкнутый сердечник.

Примером сильной МС является Т броневого типа, обмотки которого располагаются на одной или нескольких катушках. Эти обмотки расположены очень близко, благодаря чему и обеспечивается минимальная потеря электрической энергии. Магнитопровод полностью покрывает катушки, создавая более сильный Ф, который разбивается на 2 части. У трансформаторов такого типа потоки сцепления между обмотками практически равны.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:

Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

основные характеристики и режимы работы

В энергетической сфере деятельности используются первичные источники высокого переменного напряжения, однако в быту или на предприятиях необходимо значительно его снизить. Для этой цели применяются трансформаторы. Для полного понимания и грамотного применения напряжения в быту необходимо знать принцип действия однофазного трансформатора.

• Общие сведения о трансформаторах
• Назначение и устройство
• Принцип действия
• Режимы работы
• Основные параметры

Общие сведения о трансформаторах

Значительно легче передавать переменный ток на большие расстояния, так как достигаются минимальные потери, связанные с величинами напряжения (U) и тока (I). Кроме того, для передачи не переменного, а постоянного I необходимо применять сложную электронику, которая основана на усилении параметров электричества. Основной частью этой технологии являются мощные транзисторы, которые требуют специального охлаждения, и главным критерием является цена. Использование трансформаторов, которые работают только от переменной величины тока, является оптимальным решением.

Назначение и устройство

Трансформатор (Т) — это специализированное электрическое устройство, которое работает только от переменного I и используется для преобразования значений входного U и I в необходимые значения этих величин, предусмотренных потребителем.

Т является довольно примитивным устройством, однако в его конструкции есть некоторые особенности. Для понимания принципа действия однофазного трансформатора следует изучить его назначение и устройство. Устроен однофазный трансформатор следующим образом — он состоит из магнитопровода и обмоток.

Магнитопровод, или сердечник трансформатора, выполнен из ферромагнитного материала.

Ферромагнетики — это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью. Это обусловлено тем, что атомы вещества обладают очень важными свойствами: постоянные спиновые и орбитальные моменты. Свойства ферромагнетиков зависят от температуры и действия магнитного поля. Для изготовления магнитопровода Т используются такие материалы: электротехническая сталь или пермаллой.

Электротехническая сталь содержит в своем составе большую массовую долю кремния (Si), которая под действием высокой температуры соединяется с атомами углерода ©. Этот тип используется во всех типах Т, независимо от мощности.

Пермаллой является сплавом, состоящим из никеля (Ni) и железа (Fe), и применяется только в маломощных трансформаторах.

Тип Т представляет собой катушки, состоящие из каркаса и провода, покрытого изоляционным материалом. Этот провод намотан на основание катушек, и количество витков зависит от параметров Т. Количество катушек может быть 2 и более, оно зависит от конструктивной особенности электрического устройства и определяется сферой применения.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора довольно простой и основан на генерации электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках проводника, который находится в движущемся магнитном поле и сгенерирован при помощи переменного I.

При прохождении электричества по обмоткам первичной катушки создается магнитный поток (Ф), который пронизывает и вторичную катушку. Силовые линии Ф благодаря замкнутой конструкции магнитопровода имеют замкнутую структуру. Для получения оптимальной мощности Т необходимо располагать катушки обмоток на близком расстоянии относительно друг друга.

Исходя из закона электромагнитной индукции происходит изменение Ф и индуцируется в первичной обмотке ЭДС. Эта величина называется ЭДС самоиндукции, а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции.

При подключении потребителя к первичной обмотке Т в цепи появится электрическая энергия, которая передается из первичной обмотки через магнитопровод (катушки не связаны гальванически). В этом случае средством передачи электроэнергии служит только Ф. Трансформаторы по конструктивной особенности бывают различные. По достижению максимальной магнитной связи (МС) Т делятся на следующие типы:

1. Сильная.
2. Средняя.
3. Слабая.

При слабой МС происходит значительная потеря энергии и Т такого типа практически не применяются. Основной особенностью таких Т являются незамкнутые сердечники.

Уровень средней МС достигается только при полностью замкнутом магнитопроводе. Одним из примеров такого Т является стержневой тип, у которого обмотки расположены на железных стержнях и соединены между собой накладками или ярмами. В результате такой конструкции получается полностью замкнутый сердечник.

Примером сильной МС является Т броневого типа, обмотки которого располагаются на одной или нескольких катушках. Эти обмотки расположены очень близко, благодаря чему и обеспечивается минимальная потеря электрической энергии. Магнитопровод полностью покрывает катушки, создавая более сильный Ф, который разбивается на 2 части. У трансформаторов такого типа потоки сцепления между обмотками практически равны.

Режимы работы

Т, как и любой вторичный источник питания, имеет определенные режимы работы. Режимы отличаются потреблением I. Существует 2 режима: холостого хода и нагрузки. При холостом ходе Т потребляет минимальное количество I, которое используется только на намагничивание и потери в обмотках на нагревание. Кроме того, происходит рассеивание магнитного поля. Ф создается I магнитодвижущей силы, которую генерирует первичная обмотка. В этом случае I холостого хода составляет 3−10% от номинального показателя (Iн).

При нагрузке во II обмотке появляется I, а значит — и магнитодвижущая сила (МДС). По закону Ленца: МДС II обмотки действует против МДС первичной обмотки. При этом ЭДС в первичной обмотке во время нагрузки Т равна U и прямо пропорциональна Ф. В этом случае получение k можно записать в виде: I1 / I2 = w2/w1 = 1/k.

Исходя из формул для расчета k, можно получить еще одно соотношение Т: e1 * I1 = e2 * I2 = 1.

Это соотношение показывает, что мощность, потребляемая первичной обмоткой, равна мощности, которую потребляет II обмотка при нагрузке.

Мощность Т измеряется в вольт-амперах (ВА).

Основные параметры

Кроме того, следует отметить, что любой Т обладает некоторыми параметрами, которые и отличаются от других трансформаторов. К тому же, если понимать эти зависимости, то можно рассчитать и изготовить Т своими руками.

Связь между ЭДС, возникающей в обмотках Т, зависит от количества витков каждой из них. Исходя из того, что I и II обмотки пронизываются одним и тем же Ф, возможно вычислить следующее соотношение на основании общего закона индукции для мгновенных значений ЭДС:

1. Для первичной с количеством витков w1: e1 = — w1 * dФ/dt * E-8.
2. Для вторичной с количеством витков w2: e2 = — w2 * dФ/dt * E-8.

Соотношение dФ/dt показывает величину изменения Ф за единицу времени. Значение потока Ф зависит от закона изменения переменного тока за единицу времени. Исходя из этих выражений получается следующая формула соотношения числа витков к ЭДС каждой обмотки:

e1/e2 = w1/w2.

Следовательно, можно сделать следующий вывод: индуцируемые в обмотках значения ЭДС также относятся к друг другу, как и число витков обмоток. Для более простой записи можно сопоставить значения e и U: e = U. Из этого следует, что e1 = U1 e2 = U2 и возможно получить еще одну величину, называемую коэффициентом трансформации (к): e1/e2 = U1/U2 = w1 / w2 = k. По коэффициенту трансформации Т делятся на понижающие и повышающие.

Понижающим является Т, k которого меньше 1, и, соответственно, если к > 1, то он является повышающим. При отсутствии потерь в проводах обмоток и рассеивания Ф (они незначительны и ими можно пренебречь) вычислить основной параметр Т (k) достаточно просто. Для этого необходимо воспользоваться следующим простым алгоритмом нахождения k: найти соотношения U обмоток (если обмоток более 2, то соотношение нужно искать для всех обмоток).

Однако расчет k является только первым шагом для дальнейшего расчета или выявления неисправности на наличие короткозамкнутых витков.

Чтобы определить значения U, необходимо использовать 2 вольтметра, точность которых составляет около 0,2−0,5. Кроме того, для определения k существуют такие способы:

1. По паспорту.
2. Практически.
3. Использование определенного моста (мост Шеринга).
4. Прибором, предназначенным для этой цели (УИКТ).

Таким образом, принцип работы однофазного трансформатора основан на простом законе физики, а именно: если проводник с n количеством витков поместить в магнитное поле, причем это поле должно постоянно меняться с течением времени, то в витках будет генерироваться ЭДС. В этом случае справедливо и обратное утверждение: если в постоянное магнитное поле поместить проводник и осуществлять им движения, то в его обмотках начинает появляться ЭДС.

Однофазный трансформатор

— как это работает? [Примечания GATE]

Test Series

Автор: Aina Parasher|Обновлено: 26 августа 2022 г. изменение частоты. Взаимная индукция — это принцип работы однофазных или трехфазных трансформаторов. В конструкции однофазного трансформатора ярмо и стержень несут поток, и они спроектированы таким образом, чтобы нести максимальный поток.

Как правило, конструкция однофазного трансформатора состоит из двух основных частей, т. е. сердечника и обмотки. Сердечник обычно изготавливается из материала с низким магнитным сопротивлением и высокой проницаемостью, чтобы обеспечить прохождение через него максимального потока. Вертикальная часть сердечника, на которую намотана катушка в конструкции однофазного трансформатора, называется ветвью, а горизонтальная — ярмом. Давайте обсудим однофазный трансформатор, а также его принцип работы, эффективность, конструкцию, детали и схему однофазного трансформатора в следующих разделах.

Содержание

• 1. Что такое однофазный трансформатор?
• 2. Принцип работы однофазного трансформатора
• 3. Эффективность однофазного трансформатора
• 4. Конструкция однофазного трансформатора
• 5. Детали однофазного трансформатора
• 6. Применение однофазного трансформатора
900 Прочитать статью полностью 9006

Однофазный трансформатор — это тип трансформатора, который работает только с однофазным питанием. Это устройство представляет собой пассивное электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Он обычно используется для снижения («понижение») или повышения («повышение») уровней напряжения между цепями.

Магнитный железный сердечник служит магнитным компонентом, а медная обмотка служит электрическим компонентом в однофазном трансформаторе. Посмотрите на схему однофазного трансформатора, показанную ниже:

Рис. Схема однофазного трансформатора

Однофазные трансформаторы основаны на принципе «взаимной индукции». При протекании тока по проводу создается магнитное поле. Когда проводник проходит через магнитное поле, по проводу индуцируется ток. Способ передачи электрической энергии трансформатором осуществляется косвенно. Электрическая энергия сначала преобразуется в магнитную энергию, а затем снова преобразуется в электрическую энергию с другим напряжением и силой тока. Магнетизм и электричество тесно связаны.

• Изменяя количество обмоток на первичной и вторичной обмотках, мы можем изменить количество вольт и ампер между источником и нагрузкой.
• Ток во вторичной обмотке всегда изменяется обратно пропорционально изменению напряжения.
• Если трансформатор повысит напряжение в n раз по сравнению с его первоначальным значением, ток во вторичной обмотке уменьшится до ^-го значения тока в первичной обмотке.

КПД трансформатора обычно составляет от 95 до 99%, поскольку конструкция однофазного трансформатора не включает вращающихся частей. Следовательно, мы говорим, что трансформатор является статическим устройством. Соединяя две магнитные катушки вместе в конструкции однофазного трансформатора, можно повысить эффективность однофазного трансформатора.

Трансформаторы, как правило, представляют собой однофазные трансформаторы и трехфазные конструкции. Трехфазные трансформаторы могут быть дополнительно сконструированы двумя способами.

• Блок из трех однофазных трансформаторов.
• От индивидуального трехфазного трансформатора.

Как правило, трансформатор состоит из двух основных частей: сердечника и обмотки. В конструкции однофазного трансформатора есть много других частей. Но сердечник и обмотки являются ключевыми частями конструкции однофазного трансформатора. Используя сердечник и обмотку, а также изоляцию, мы можем построить однофазный трансформатор своими руками.

Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора обычно изготавливается из двух материалов. Первый материал — кремнистая сталь. Кремниевая сталь используется для уменьшения гистерезисных потерь. Добавляется от 4 до 5% кремния для увеличения удельного сопротивления материала и, таким образом, для уменьшения потерь на вихревые токи.

Вт _ч = ηB ^x _max fV

где,

• η = коэффициент гистерезиса Штейнмеца0018

Здесь x варьируется от 1,2 до 1,6 для материала из кремнистой стали

Кроме того, структура кремнистой стали представляет собой объемно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру. Проницаемость будет максимальной по краям и минимальной по диагоналям куба.

Другим материалом для трансформаторов является холоднокатаная сталь с ориентированным зерном (CRGO). В упомянутом выше уравнении гистерезисных потерь значение x для CRGO будет равно 1,8. Следовательно, мы можем сделать вывод, что максимальные плотности потока могут быть достигнуты с помощью CRGO, что уменьшает размер и стоимость машины. Практически трансформатор изготавливается из стали CRGO.

Из какого бы материала ни был сердечник, его ламинируют, чтобы свести к минимуму потери на вихревые токи. Поскольку потери на вихревые токи прямо пропорциональны квадрату толщины, если уменьшить толщину, мы можем увидеть значительное снижение потерь на вихревые токи, что приводит к уменьшению потерь в сердечнике и, в свою очередь, к повышению эффективности. Потери на вихревые токи также можно свести к минимуму за счет увеличения удельного сопротивления материала (корпус из кремниевой стали).

Таким образом, можно сказать, что во время самого строительства сердечник трансформатора ламинируется в тонкие пластины, а между ними помещаются изоляционные материалы, такие как лак и пропитанная бумага, чтобы избежать ситуаций короткого замыкания. Этот процесс группирования пластин сердцевины называется смещением сердцевины. Если мы внимательно посмотрим, это соединение будет похоже на соединение конденсатора, то есть две проводящие пластины, разделенные изолятором. Таким образом, мы также можем испытывать диэлектрические потери в трансформаторе. Но мы ими пренебрегаем, так как их не так много.

Сердечник обычно обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для потока магнитного потока в цепи. Этот сердечник обычно бывает следующих двух типов в однофазном трансформаторе.

• Тип сердечника: В этом типе обмотки окружают сердечник. Он обычно используется для трансформаторов высокого напряжения и низкого КВА. Также подходит для передачи электроэнергии высокого напряжения.
• Тип корпуса: Здесь обмотки окружены сердечником. Обычно они используются для трансформаторов низкого напряжения с большими кВА. Также подходит для передачи электроэнергии низкого напряжения.

Обмотки трансформатора

Второй по важности частью конструкции однофазного трансформатора является обмотка. Как правило, для трансформатора предпочтительна медная обмотка. Эта обмотка намотана как на первичную, так и на вторичную. Обмотка, подключенная к источнику питания, называется первичной обмоткой, а обмотка, подключенная к нагрузке, называется вторичной обмоткой.

Поскольку медь является проводящим материалом и имеет определенное сопротивление, мы можем сказать о потерях в меди как в однофазных, так и в трехфазных трансформаторах. Эти две обмотки, то есть первичная и вторичная, намотаны на общий сердечник. Обе обмотки в совокупности испытывают потери в меди.

В конструкции однофазного трансформатора есть много других важных деталей. Это трансформаторное масло, расширительный бак, втулки, реле Бухгольца, взрывозащитный клапан, сапун устройства РПН с кристаллами силикагеля и т. д.

• Трансформаторное масло: В качестве трансформаторного масла используется минеральное или растительное масло. Это масло служит двум целям: оно действует как охлаждающая жидкость и как изолирующая среда между баком трансформатора и сердечником. Цвет свежего диэлектрического масла бледно-желтый, после интенсивного использования он становится черным (утильное масло).
• Расширительный бак: Это герметичная цилиндрическая металлическая бочка, предназначенная только для временного хранения масла и позволяющая трансформатору расширяться и сжиматься, т. е. для удобного дыхания при колебаниях температуры.
• Реле Бухгольца: Это газовое реле, которое используется для защиты от всех внутренних и зарождающихся неисправностей в трансформаторе. Обычно он устанавливается между основным баком и расширительным баком.
• Сапун: При дыхании трансформатора в резервуар будет попадать определенная влага. Эта влага поглощается кристаллами силикагеля, присутствующими в сапуне. Цвет свежего силикагеля синий, а после интенсивного использования он становится бледно-розовым. Цвет свежего силикагеля синий и в хорошем состоянии. Через некоторое время он оказывается фиолетовым, а после окончательного экстремального состояния становится бледно-розовым. Тогда можно сделать вывод, что кристаллы силикагеля необходимо заменить на новые для дальнейших операций.
• Втулки: Втулки используются только для вывода через них обмоток ВН и НН. Мы можем выбрать обмотки НН и ВН в зависимости от длины вводов. Более длинная втулка указывает на обмотку ВН, тогда как более короткая втулка указывает на обмотку НН.
• Устройство РПН: Внутри трансформатора все колебания или изменения напряжения компенсируются с помощью РПН. Они бывают двух типов – переключатели ответвлений под нагрузкой и без нагрузки. Если отводы меняются без отключения трансформатора от источника питания, это устройство РПН и наоборот называется устройством РПН без нагрузки.
• Взрывоотвод: При внутренних неисправностях трансформатор иногда взрывается из-за чрезмерного потока горячего масла. Этого можно избежать с помощью взрывоотвода. При возникновении внутренней неисправности кипящее горячее масло выбрасывается наружу через взрывозащитный клапан, что позволяет избежать взрыва трансформатора.

Однофазные трансформаторы обычно используются в качестве электронных компонентов в низковольтных коммерческих устройствах. Они работают как понижающий трансформатор напряжения, понижая бытовое напряжение до уровня, подходящего для питания устройств. Ниже приведены области применения однофазного трансформатора.

• Для регулировки напряжения в телевизорах.
• Инверторы используются для повышения энергии в домах.
• Для обеспечения электроэнергией пригородных районов.

Часто задаваемые вопросы об однофазном трансформаторе

• Что такое однофазный трансформатор?

  Трансформатор представляет собой электромагнитное энергетическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую без изменения частоты. В трансформаторе две цепи. Это первичный контур и вторичный контур. Трансформатор работает по принципу взаимной индукции, а ЭДС индуцируется по законам электромагнитной индукции Фарадея.

• Какого цвета свежий силикагель в однофазном трансформаторе?

  Обычно трансформаторы дышат. Они расширяются и сжимаются в зависимости от изменения нагрузки. При этом они впитывают в бак некоторое количество атмосферной влаги. Такое содержание влаги в резервуаре очень опасно и имеет серьезные последствия. Так, для удаления влаги используется бризер с кристаллами силикагеля. Цвет свежего силикагеля синий, затем фиолетовый и, наконец, становится бледно-розовым. После превращения в бледно-розовые кристаллы силикагеля необходимо заменить новыми.

• Что такое первичная и вторичная обмотки однофазного трансформатора?

  Основными частями однофазного трансформатора являются сердечник и обмотки. Обмотка, подключенная к источнику питания, является первичной, а обмотка, подключенная к нагрузке, называется вторичной обмоткой. Эти две обмотки намотаны на общий сердечник, и магнитный поток будет основным источником для передачи мощности от первичной обмотки к вторичной, поскольку сердечник обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением.

• Имеет ли однофазный трансформатор диэлектрические потери?

  Однофазный трансформатор имеет диэлектрические потери. Как правило, сердечник трансформатора ламинируется для уменьшения потерь на вихревые токи. Все слои сердцевины сгруппированы вместе, и этот процесс называется смещением сердцевины. Неправильное расположение сердечника приводит к гудению как в однофазных, так и в трехфазных трансформаторах.

• Как идентифицировать обмотки ВН и НН в однофазном трансформаторе, не вскрывая бак, т. е. просто глядя снаружи?

  Не открывая бак трансформатора, мы можем найти обмотки высокого и низкого напряжения, просто взглянув на вводы. Мы видим втулки, которые выглядят как изоляционные диски на однофазном трансформаторе. Более длинная втулка указывает на обмотку ВН и наоборот указывает на обмотку НН.

• Какие основные части входят в конструкцию однофазного трансформатора?

  В конструкции однофазного трансформатора задействованы в основном две ключевые детали. Это сердечник и обмотки. Сердечник обычно ламинирован, а между слоями будет изоляция. Каждая пластина будет иметь толщину от 0,25 до 0,35 мм. Другими важными деталями конструкции однофазного трансформатора являются вводы, расширительный бак, сапун, взрывозащитный клапан и т. д.

ESE & GATE CE

CIVICG.Gategate CEESEEBARC CEAFCAT CE

Избранные статьи

Следите

GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Tower — A, 2-й этаж,

Sector 125, Noida,

Uttar Pradesh 201303

[email protected]

Объясните принцип работы однофазного трансформатора.

ПЧЕЛА-3110005 Зима-2019 Вопрос-4а

БЫТЬ | Семестр-1 Зима-2019| 01-11-2020

Объясните принцип работы однофазного трансформатора.

Трансформатор определяется как статическое устройство, преобразующее электроэнергию из одной электрической цепи в другую электрическую цепь без изменения частоты. Он также может повышать и понижать уровень напряжения.

Принцип работы трансформатора

• Основным принципом работы трансформатора является взаимная индуктивность между двумя цепями, связанными общим магнитным потоком.
• Базовый трансформатор состоит из двух катушек, которые электрически разделены и индуктивны, но магнитно связаны через путь сопротивления.
• Трансформатор имеет две обмотки: (1) первичную и (2) вторичную обмотку. Первичная обмотка подключена к входной стороне питания, а вторичная обмотка подключена к выходной стороне нагрузки.
• Пластины сердечника соединены в виде полос, между полосами видны узкие зазоры прямо в поперечном сечении сердечника. Такие суставы называются «слоистыми».
• Обе катушки имеют высокую взаимную индуктивность. В трансформаторе индуцируется взаимная электродвижущая сила от переменного потока, созданного в пластинчатом сердечнике, за счет катушки, подключенной к источнику переменного напряжения.