Site Loader

Содержание

Ответы на вопросы «Электромагнетизм. § 35. Использование электромагнитной индукции»

1. Какое электрическое устройство называют трансформатором?

Трансформатором называют устройство, которое применяется для понижения или повышения переменного напряжения.

2. Какая обмотка трансформатора является первичной и какая вторичной?

Первичная обмотка- это обмотка, которая подключается к источнику переменного напряжения. Вторичная обмотка — та, которая подключается к нагрузке (сопротивлению).

3. Дайте определение коэффициента трансформации. Какой трансформатор называется повышающим и какой понижающим?

Коэффициент трансформации — это величина, которая равна отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение. У него коэффициент трансформации меньше 1. Понижающий трансформатор уменьшает напряжение. У него коэффициент трансформации больше 1.

4. Приведите примеры использования электромагнитной индукции в современной технике.

С помощью явления электромагнитной индукции считывается аудио- и видеоинформация с магнитных лент. В аэропортах применяются детекторы металла, которые фиксируют поля индукционных токов в металлических предметах.

5. Как производится запись и воспроизведение информации с помощью магнитной ленты?

При записи информации на магнитную ленту (тонкую пластмассовую ленту, которая покрыта слоем ферромагнитного порошка) подается сигнал на записывающую головку (ферромагнетик с зазором С-образной формы). Магнитное поле, которое возникает в этом зазоре, ориентирует домены в движущейся магнитной ленте. При воспроизведении записи остаточная индукция доменов, которые двигаются вместе с лентой, образует в зазоре головки воспроизведения магнитное поле. Оно вызывает в выходной обмотке головки ЭДС индукции, которая подобна записанному сигналу.

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открытаМ. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель 

П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперноеским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы проф. А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствование трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах 

Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В. В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н. Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого и др.

Трансформаторы широко используют для следующих целей.

  1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи в СССР применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со строительством дальних линий электропередачи Экибастуз — Центр, Экибастуз — Урал и других напряжением 1150 кВ переменного тока наша электро­промышленность создала трансформаторные группы, состоящие из трех однофазных трансформаторов мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В постоянного тока — двенадцатифазные преобразовательные блоки с четырехобмоточными трансформаторами общей мощностью 1500 MB-А. КПД таких трансформаторов составляет 98 — 99% и выше.

Для перспективных линий электропередачи переменного тока напряжением 1800—2000 кВ и постоянного тока напряжением 3000 кВ разрабатывают трансформаторы мощностью 1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая энергия распределяется между промышленными предприятиями и населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Кроме того, понижающие трансформаторы следует устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В. Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые для этих целей трансформаторы могут быть одно-и трехфазными, двух- и трехобмоточными.

  1. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобра зователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей.  Поэтому  если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 — 1,5 разасократить, массогабаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

  1. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.

  2. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.

  3. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют 

    измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Трансформаторы, перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п. 4, предназначенные для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электрической энергии, называют силовыми. Для режима их работы характерны неизменная частота переменного тока и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Силовые трансформаторы, выпускаемые отечественными заводами, разделены на несколько групп (габаритов) от I до VIII. Например, трансформаторы мощностью до 100 кВ•А включительно относят к габариту I, от 160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до 6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

В данной главе в основном рассматривается теория силовых трансформаторов; другие же виды трансформаторов рассмотрены кратко на основе общей теории.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока — электрической сети с напряжением u1Ко вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Z

H.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН — буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i1 , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС — е1 и е2пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w1 и w2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис. 2.1. Электромагнитная система   однофазного   трансфор­матора : 1,2 — первичная и вторичная обмот­ки; 3 — магнитопровод

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке,

е1 = — w1 dФ/dt;      е2= -w2dФ/dt.

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

E1/E2e1/e2w1/w2.

                                             (2.1)

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках тран­сформатора, которые обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных значений напряжений U1 и U2и считать E1≈U l и Е2U2, то получим

U1/U2w1/w2.

                                             (2.2)

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w2 берут больше числа w1; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U2то число витков w2 берут мень­шим w1; такой трансформатор называют понижающим,

Отношение ЭДС ЕВН обмотки высшего напряжения к ЭДС ЕНН обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

kЕВН/ЕНН = wВН/wНН

                                             (2.3)

Коэффициент всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде слу­чаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устрой­ствах радиоэлектроники и автоматики — многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U2, U3, U4 и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно,

I1/I2≈ U2/U1≈ w2/w1.

                                             (2.4)

При увеличении вторичного напряжения трансформатора в раз по сравнению с первичным, ток i2 во вторичной обмотке соответственно уменьшается в раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнито-проводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E1 первич­ной обмотке ток I1 =U1R1 весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать нагрузочное сопротивление. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации к, то для цепи источника

R’ P1/I12≈ P2/I12≈ I22R/I12≈ k2R

                                        (2.5)

где Р1— мощность, потребляемая трансформатором от источ­ника переменного тока, Вт; Р2 = I22R≈ P1 — мощность, по­требляемая сопротивлением R от трансформатора.

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопро­тивления R в k2 раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

42. Идеальный и реальный трансформаторы. Векторная диаграмма и схемы замещения.

Использование понижающих трансформаторов в быту. Приведите примеры использования трансформатора


Применение трансформаторов сегодня

Сегодня мы не представляем нашу жизнь без электричества. Оно вошло в наш быт, и мы даже не замечаем его, не задумываемся, что для обеспечения нашего комфорта необходима слаженная работа огромного количества электрооборудования. Одну из центральных ролей среди огромного количества электрических приборов играют трансформаторы.

Трансформатор — важнейший элемент многих электрических механизмов и приборов. Детские игрушки, такие как железные дороги, телевизоры, радиоприемники, зарядные устройства – везде незаметно и бесшумно трудятся трансформаторы. Основная их функция — повышать или понижать напряжение. Среди них можно встретить и совсем крошечных, меньше горошины, и гигантов, более 500 тонн.

Более ста лет понадобилось для того, что бы трансформаторы заняли свою нишу среди многих видов электрооборудования. В наши дни они используются в электрических сетях. Именно трансформаторы при транспортировке электроэнергии на большие расстояния, повышают в генераторах напряжение в начале пути, и понижают в конце пути напряжение линий электропередач. Используют их сегодня и в качестве источников питания. Так, во многих приборах зачастую требуется напряжение, отличное от сетевого. Поэтому ни один компьютер не сможет работать сегодня без трансформатора.

Раньше трансформаторы серьезно увеличивали тяжесть любого изделия, в которое ставились. В ламповых телевизорах старого образца трансформаторы существенно повлияли на их вес. Ведь их размеры во многом зависели от передаваемой мощности. В связи с этим, утяжелялся и вес приборов, в которых использовалось много мощных трансформаторов. Сегодня уже научились уменьшать габариты и вес трансформаторов, и их количество уже не может повлиять на вес приборов, где они используются. Активно используются трансформаторы и в быту, и в промышленности, и в ремонтно-строительных работах при обустройстве домов. Так сварочные бытовые трансформаторы 220 Вт потребители активно приобретают для использования на дачах, загородных домах и гаражах (приводы секционных гаражных ворот оборудуют специальными трансформаторами, которые обеспечивают минимальное потребление электроэнергии).

Сегодня разработчики и производители электротехнического оборудования стремятся сделать трансформаторы как можно меньше и легче. В качестве примера можно привести трансформаторы для неоновых ламп. Таким образом, трансформаторы стали просто необходимы в оформлении и отделке фасадов большинства торговых центров, магазинов, и даже ларьков. Неоновые лампы используются сегодня широко и повсеместно. Без них немыслим вид большого города ночью. Для неоновых ламп созданы специальные трансформаторы. Первые из них были довольно примитивны. Сегодня даже трансформаторы для неоновых ламп совершенствуются и уменьшаются в размерах, их намного удобнее использовать. Кроме того, уменьшение размеров влияет на увеличение производительности трансформаторов, и снижает потребление электроэнергии. Еще одним преимуществом небольшого трансформатора является то, что он вырабатывает намного меньше тепла, хотя сам он при этом может сильно нагреваться. Уменьшение размеров и веса трансформатора является несомненным преимуществом при монтаже.

Современные трансформаторы могут выдерживать огромные перепады температур. Колебания от + 50 градусов, до – 40 для них не предел. Жизнь показывает, что эти приборы со временем становятся все надежнее и эффективнее. Они находят себе все новые и новые сферы применения.

voasw.ru

Ответы на вопросы «Электромагнетизм. § 35. Использование электромагнитной индукции»

1. Какое электрическое устройство называют трансформатором?
Трансформатором называют устройство, которое применяется для понижения или повышения переменного напряжения.
2. Какая обмотка трансформатора является первичной и какая вторичной?
Первичная обмотка- это обмотка, которая подключается к источнику переменного напряжения. Вторичная обмотка — та, которая подключается к нагрузке (сопротивлению).
3. Дайте определение коэффициента трансформации. Какой трансформатор называется повышающим и какой понижающим?
Коэффициент трансформации — это величина, которая равна отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение. У него коэффициент трансформации меньше 1. Понижающий трансформатор уменьшает напряжение. У него коэффициент трансформации больше 1.
4. Приведите примеры использования электромагнитной индукции в современной технике.
С помощью явления электромагнитной индукции считывается аудио- и видеоинформация с магнитных лент. В аэропортах применяются детекторы металла, которые фиксируют поля индукционных токов в металлических предметах.
5. Как производится запись и воспроизведение информации с помощью магнитной ленты?
При записи информации на магнитную ленту (тонкую пластмассовую ленту, которая покрыта слоем ферромагнитного порошка) подается сигнал на записывающую головку (ферромагнетик с зазором С-образной формы). Магнитное поле, которое возникает в этом зазоре, ориентирует домены в движущейся магнитной ленте. При воспроизведении записи остаточная индукция доменов, которые двигаются вместе с лентой, образует в зазоре головки воспроизведения магнитное поле. Оно вызывает в выходной обмотке головки ЭДС индукции, которая подобна записанному сигналу.

5terka.com

Трансформаторы в быту и на производстве

Трансформаторы, или как их называют, преобразователи незаменимы в электроэнергетике, электронике и радиотехник

Применение трансформаторов — Трансформаторы





Повседневно трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

Применение в источниках электропитания

Для питания различных  электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в случая, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например в высококачественном звуковоспроизведении.

Другие применения трансформатора

Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2 раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.
Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широко доступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

Режим работы трансформаторов

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.

КПД трансформатора
КПД трансформатора находится по следующей формуле:

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении
PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе
P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку
n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

кпд, холостой ход, трансформатор, обмотки

Всего комментариев: 0


Трансформатор. Устройство, из чего состоит, принцип работы разных видов трансформаторов

Намотайте первичку

Многие радиолюбители практикуют изготовление электрических устройств в домашних условиях. Одним из таких изделий является трансформатор, который может предназначаться для различных задач. В данной статье мы разберем, как рассчитать и изготовить трансформатор своими руками, какие нюансы нужно соблюдать и как проверить его работоспособность.

Заметки Электрика аслонаполненный трансформатор

Зачем нужны трансформаторные подстанции, где они применяются и как классифицируются можно узнать из нашей статьи. Мы кратко расскажем об оборудовании ТП, их обслуживании и условиях эксплуатации. Отдельно затрагивается тема безопасности людей, которые проживают неподалеку от таких техногенных объектов.

Заметки Электрика Схема, иллюстрирующая рассеивание магнитных потоков

Только в идеальной модели трансформатора нет никаких потерь. На практике все значительно сложнее. КПД устройства снижается за счет реактивной составляющей, магнитных потерь, вызванных вихревыми токами и т.д. Подробную информацию об этом можно найти в нашей статье.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Что представляет собой автотрансформатор, и чем он отличается от других видов преобразователей напряжения можно узнать, прочитав статью, полностью посвященную данной теме. Приводятся типовые конструкции автотрансформаторов и описываются их достоинства и недостатки.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Обслуживание силовых и измерительных трансформаторов тока, а также другого электрооборудования, где используется трансформаторное масло, включает в себя регулярную проверку его эксплуатационных свойств. С какой целью проводятся такие испытания, и какова их периодичность и методика, будет рассказано в сегодняшней статье. В завершении будет приведен протокол испытаний и пояснения к нему.

Заметки Электрика Заметки Электрика

В тех случаях, когда требуется измерить большие величины напряжения и тока применяются специальные приборы на основе измерительных трансформаторов. Подробно о принципе работы таких устройств и особенностях эксплуатации подробно рассказывается в статье.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Для питания светодиодных лент можно использовать блок питания на основе понижающего трансформатора, но такое решение имеет ряд недостатков, основные из них – большой вес и габариты конструкции. Поэтому для данного решения применяются импульсные источники питания.

Заметки Электрика Параметры напряжения

С какой целью в трансформаторных подстанциях устанавливаются силовые трансформаторы, а также их принцип работы и устройство подробно описывается в нашей статье. Вы также можете узнать, как маркируются эти установки, получить информацию о системах охлаждения и обслуживании.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Характерный гул, издаваемый трансформатором, как правило, указывает на его нештатный режим работы или указывает на неправильную сборку сердечника. Мы расскажем не только о причинах этого явления, а и объясним, каким образом можно устранить его проявление.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Импульсный трансформатор – важный элемент современных блоков питания электронных устройств. Без понимания его принципа работы будет осложнено понимание формул расчета, а это может привести к ошибкам при разработке собственной схемы импульсного БП. Чтобы не допустить такого развития событий, мы собрали всю необходимую информацию в одной публикации.

Заметки Электрика ТМПНГ 630

В данной статье рассматриваются особенности сухих трансформаторов. Напомним, что под данным термином подразумеваются устройства, с воздушным охлаждением. Мы приведем примеры конструкций таких трансформаторов и расскажем об основных сферах их применения.

Заметки Электрика Заметки Электрика

С такой нетривиальной задачей, как намотка трансформатора могут возникнуть проблемы, когда используется тороидальный сердечник. Особенности такой конструкции, ее основные достоинства и недостатки, а также технология намотки подробно описываются. Видео к статье наглядно демонстрирует весь процесс.

Заметки Электрика Векторная диаграмма идеального трансформатора

Для понимания основных принципов работы статических электромагнитных устройств было специально введено такое понятие, как модель идеального трансформатора. Что конкретно подразумевается под этим термином, и как такая модель может использоваться для расчетов, вы узнаете из нашей статьи.

Заметки Электрика Разделительный трансформатор

Для гальванической развязки электрических цепей используются специальные разделительные трансформаторы. Мы расскажем, как устроены такие электромагнитные элементы, их принцип действие и их основное назначение. Подробная инструкция описывает, как своими силами создать разделительный трансформатор.

Заметки Электрика ТСЗИ

Понижающие трансформаторы можно без преувеличения назвать наиболее распространенным типом. Они применяются как в блоках питания электронных устройств, так и для понижения напряжения на трансформаторных и распределительных подстанциях. Приведенный нами расчет простого понижающего трансформатора для блока питания, поможет вам при создании блока питания.

Заметки Электрика Cхема трансформатора для галогеновых ламп

Для запуска галогенных ламп раньше использовались схемы на основе специального дросселя. Сейчас подобный способ запуска практически не применяется, уступив место электронным балластам. В публикации рассказано отдельно о каждом варианте и приведена электронная схема на основе импульсного трансформатора.

Заметки Электрика Трансформатор тока

Общую информацию о различных видах трансформаторов можно узнать, прочитав нашу публикацию на эту тему. В ней описывается принцип действия этих устройств, описываются их виды и приводятся формулы расчетов. Собранная информация позволит получить общее представление о данных устройствах и сфере их применения.

Заметки Электрика Трансформатор напряжения

Для преобразования амплитуды переменного тока применяются трансформаторы напряжения. В зависимости от коэффициента трансформации они могут быть понижающими или повышающими. Более детальная информация об этих устройствах приводится в статье.

Заметки Электрика Типы трансформаторов

Силовые трансформаторы, для охлаждения которых используется трансформаторное масло, называются мокрыми (масляными). Отношение к данному типу можно определить по маркировке устройства, в нем присутствует буква «М». Например, модельный ряд ТМГ. Подробно о конструктивных особенностях и сфере применения масляных трансформаторов рассказывается в статье.

Заметки Электрика Газовая защита

Чтобы не допустить нештатный режим силовых трансформаторов на подстанциях, например, в случае превышения допустимой нагрузки, для защиты этих устройств используется специальное оборудование и системы. К таковым можно отнести релейную защиту, высоковольтные выключатели, замыкатели и т.д. Мы кратко расскажем о различных видах защит и принципе их действии.

Заметки Электрика схема силового трансформатора

Краткий обзор различных типов трансформаторов с описанием их особенностей конструкции, назначения и сферы применения. Данная статья общеинформационная с минимальным использованием технических терминов. Она предназначена для тех, кто не имеет базовых знаний электротехники.

Заметки Электрика схема проверки силового трансформатора

Для нормального функционирования силовых трансформаторов они должны проходить регулярное техническое обслуживание, предписанное действующими нормативами. Что включают в себя такие процедуры, а также, с какой регулярностью они должны проводиться, рассказывается в нашей статье.

Заметки Электрика

Трансформаторы — Класс!ная физика

Трансформаторы

Трансформаторы — это просто!

«Физика — 11 класс»

Назначение трансформаторов

Трансформатором называется электротехнические устройства с помощью которого осуществляется преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.

Впервые подобные устройства были использованы в 1878 г. русским ученым П.Н.Яблочковым для питания изобретенных им электрических свечей — нового в то время источника света.
Позднее эти устройства получили название трансфораторов.
Трансформатор Яблочкова состоял из двух цилиндрических катушек, надетых на стальной стержень, собранный из отдельных проволок.

Устройство трансформатора


Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками.
Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.
Условное обозначение трансформатора на электрических схемах

Трансформатор на холостом ходу

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, открытым Майклом Фарадеем в 1831 году.
Явление электромагнитной индукции: при изменении тока в цепи первой катушки во второй катушке, расположенной рядом, возникает электрический ток.

При питании катушки от источника постоянного тока ток во второй катушке существует только в моменты изменения тока в первой катушке, а на практике — при замыкании и размыкании цепи первой катушки.
Для длительного существования тока необходио непрерывно изменять ток в первой катушке. А это возможно, если соединить ее с источником переменного напряжения. При синусоидальном характере тока в первой катушке ток во второй катушке будет также синусоидальным.

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, которым возбуждается ЭДС индукции в витках каждой обмотки.
Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле так, что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

Мгновенное значение ЭДС индукции е во всех витках первичной или вторичной обмотки одинаково.
Согласно закону Фарадея оно определяется формулой

е = -Ф’

где
Ф’ — производная потока магнитной индукции по времени.

В первичной обмотке, имеющей N1 витков, полная ЭДС индукции

e1 = N1e

Во вторичной обмотке полная ЭДС индукции

e2 = N2e

где
N2 — число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь.
В этом случае модуль напряжения на зажимах первичной обмотки примерно равен модулю суммарной ЭДС индукции:

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не идет, и имеет место соотношение

Мгновенные значения ЭДС e1 и e2 изменяются синфазно, т.е. одновременно достигают максимума и одновременно проходят через ноль.
Поэтому их отношение можно заменить отношением действующих значений ЭДС и напряжений

Отношение напряжений на обмотках при работе трансформатора на холостом ходу (без нагрузки) называется коэффициентом трансформацииК.
Трансформаторы используются как для повышения напряжения, так и для понижения, т.е. могут быть повышающими и понижающими.
Если К>1, то трансформатор является понижающим,
если К, то трансформатор — повышающий.

Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, потребляющую электроэнергию, т.е. нагрузить трансформатор, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю.
Появившийся ток создаст в сердечнике свой переменный магнитный поток, который будет уменьшать изменения магнитного потока в сердечнике.

Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока не произойдет, так как

Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличится сила тока в первичной обмотке.
Его амплитуда возрастет таким образом, что восстановится прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную к вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой.

При подключении нагрузки ко вторичной цепи КПД трансформатора близок к 100%.
Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, примерно равна мощности во вторичной цепи:

При повышении с помощью трансформатора напряжения в несколько раз, сила тока во столько же раз уменьшается (и наоборот).

Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом, что произведение силы тока на напряжение примерно одинаково в первичной и вторичной обмотках

Чтобы уменььшить нагревание сердечника, его собирают из отдельных стальных пластин, которые изолируются друг от друга бумагой, лаком или окисью металла сердечника.
В трансформаторах малой мощности применяют круглые тороидальные сердечники из стальных колец или стальной ленты.
Для повышения КПД в трансформаторах обмотки высокого и низкого напряжения располагают на одних и тех же стержнях.
В радиотехнике обмотки часто наматываются на средний стерженьь.

При работе трансформатора обмотки нагреваются, для их охлаждения мощные трансформаторы помещают даже в баки с жидким маслом (масляные трансформаторы).

Трансформаторы широко используют в радиоаппаратуре, а также для передачи электроэнергии на большие расстояния в линиях электропередач, для этого строятся трансформаторные подстанции.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Генерирование электрической энергии — Трансформаторы — Производство, передача и использование электрической энергии

Виды трансформаторов и их применение

Содержание:
  1. Общее устройство и принцип работы
  2. Основные типы трансформаторов
  3. Условные обозначения трансформаторов
  4. Масляные трансформаторы
  5. Устройства с негорючим диэлектриком
  6. Сухие трансформаторы

В электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.


Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

Энергетические системы, осуществляющие передачу и распределение электроэнергии, пользуются силовыми трансформаторами. С помощью этих устройств изменяются величины переменного тока и напряжения. Однако частота, количество фаз, кривая тока или напряжения, остаются в неизменном виде.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

В силовых трансформаторах при протекании через витки обмотки также создается переменный магнитный поток, возникающий в магнитопроводе. Под его влиянием в обеих обмотках индуктируется ЭДС. Выходное напряжение может быть выше или ниже первоначального, в зависимости от того, какой тип трансформатора используется – повышающий или понижающий. Значение ЭДС в каждой обмотке различается в соответствии с количеством витков. Таким образом, если создать определенное соотношение витков в обмотках, можно создать трансформатор с требуемым отношением входного и выходного напряжений.


Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все трансформаторы разделяются на следующие виды:

  • По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными.
  • В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой.
  • По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).
  • По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Условные обозначения трансформаторов

Каждый трансформатор имеет собственные условные обозначения, расшифровывающие основные технические характеристики и параметры устройства.

Буквенные символы обозначают следующее:

  • А – конструкция автотрансформатора.
  • О – однофазная модификация.
  • Т – трехфазное устройство, с наличием или отсутствием расщепления обмоток.

В соответствии с системой охлаждения, трансформаторы маркируются следующим образом:

  • Сухого типа: «С» — с естественным воздушным охлаждением, открытого исполнения; «СЗ» — то же самое, защищенного исполнения; «СГ» — то же самое, герметичного исполнения; «СД» — воздушное охлаждение с дутьем.
  • Масляное охлаждение: «М» — естественное; «МЗ» — естественное, с защитной азотной подушкой без расширителя; «Д» — дутье и естественная циркуляция масла; «ДЦ» — дутье и принудительная циркуляция масла; «Ц» — масляно-водяное охлаждение и принудительная циркуляция масла.
  • С использованием негорючего жидкого диэлектрика: «Н» и «НД» — естественное охлаждение и с применением дутья.

Существует множество других буквенных и цифровых обозначений. Правильно расшифровать их помогут специальные справочники и таблицы.


Масляные трансформаторы

Данный тип трансформаторов считается наиболее экономичным. Они лучше всего подходят для наружной установки. Внутри помещений они могут устанавливаться на уровне первого этажа, в специальных камерах с двумя наружными дверьми.

Эксплуатация масляных трансформаторов отличается специфическими особенностями. Они должны обязательно оборудоваться маслоприемными устройствами в виде ям или приямков, способных к сбору примерно 20-30% общего количества масла, залитого в трансформатор. Глубина таких ям должна быть не менее 1 м. Следует помнить, что масляные установки запрещается размещать в подвалах и на вторых этажах зданий.


Устройства с негорючим диэлектриком

Мощность таких установок составляет до 2500 кВА. Трансформаторы этого типа применяются в тех случаях, когда технические условия не допускают использования других устройств. Чаще всего это связано с условиями окружающей среды и недопустимостью открытой установки масляных трансформаторов.

Применение устройств с негорючим диэлектриком имеет серьезные ограничения в связи с высокой токсичностью совтола, используемого для охлаждения. Данная жидкость, обладая противопожарными и взрывобезопасными свойствами, может нанести серьезный вред человеческому организму, привести к раздражению носовых и глазных слизистых оболочек.

Основное преимущество этих устройств заключается в возможности их ввода в эксплуатацию без проведения предварительной ревизии. В процессе дальнейшей работы они не требуют обслуживания и ремонта.


Сухие трансформаторы

Максимальная мощность этих устройств также находится в пределах 2500 кВА. Они применяются в тех местах, где условия среды делают масляные трансформаторы пожароопасными, а трансформаторы с негорючей жидкостью – токсичными. Установка сухих трансформаторов производится в административные, общественные и другие здания, где возможно значительное скопление людей.

Рассматривая основные виды трансформаторов, следует отметить, что устройства сухого типа с небольшой мощностью могут размещаться внутри помещений и других закрытых местах. Это связано с тем, что им не требуются маслосборники и охлаждающая жидкость. Серьезным недостатком сухих трансформаторов считается наличие повышенного шума во время работы. Этот фактор нужно обязательно принимать во внимание при выборе места установки данных устройств.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *