Что такое трансформатор. Принцип работы

Что такое трансформатор. Начиная с 1830-х годов, трансформаторы стали важным компонентом в электрических и электронных схемах. И, несмотря на то, что новые передовые технологии в области электроники позволили снизить потребность в трансформаторах, они по-прежнему востребованы в различных устройствах.

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора основана на принципах электромагнетизма, и это позволяет уменьшать или увеличивать напряжения переменного тока. Опыты Майкла Фарадея в 19 веке показали, что изменения тока в проводнике (например, первичная обмотка трансформатора) влияет на изменение магнитного поля вокруг этого проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) находится непосредственно в области меняющегося магнитного поля, то в нем будет происходить наводка напряжения.

Коэффициент трансформации

Фарадей также подсчитали, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке будет иметь величину, которая зависит от коэффициента трансформации самого трансформатора. То есть, если вторичная обмотка имеет половину витков от числа витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотки будет в два раза ниже, чем напряжение на первичной обмотке. И на оборот, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков, чем у первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше чем первичное напряжение.

Соотношение мощности обмоток

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом схемы (не имеет никакого внешнего источника питания), он не может отдавать больше энергии, чем получает. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, то ток вторичной будет меньше, чем ток первичной на ту же величину. То есть, если напряжение вторичной обмотки в два раза превышает напряжение в первичной, то ток во вторичной будет в два раза ниже, чем в первичной.

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающие коэффициент трансформации с соотношением витков обмоток трансформатора.

• U1 = первичное напряжение.
• I1 = первичный ток.
• U2 = вторичное напряжение.
• I2 = вторичный ток.
• N1 = количество витков в первичной обмотке.
• N2 = число витков вторичной обмотки. 

Потеря мощности в трансформаторе

Формулы, приведенные выше, относятся к идеальному трансформатору. У идеального трансформатора нет каких-либо потерь мощности, то есть мощность первичной обмотки (U1*I1) равна мощности вторичной обмотки (U2*I2).

В то время, как реальные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективным, некоторые потери все же будут происходить, поскольку не весь магнитный поток исходящий от первичной обмотки достигает вторичной обмотки. Потери мощности, которые происходят в трансформаторе бывают трех типов:

Потери мощности в обмотках

Данные потери могут произойти в обмотках, изготовленных из других металлов, чем медь. Потери проявляются в виде тепла, которое возникает в проводах обмоток. Потери мощности в обмотках трансформатора могут быть рассчитаны на основании тока в обмотке и его сопротивления по следующей формуле: P = I2*R2. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивления обмоток должно быть низким, используя для этого обмоточные провода подходящего сечения.

Потери на гистерезис

Каждый раз, когда переменный ток вызывает намагничивание и размагничивание сердечника трансформатора (один раз в каждом цикле), вектор напряженности магнитного поля меняет свое направление и на это затрачивается определенное количество энергии.

При этом количество используемой энергии зависит от магнитного сопротивления материала сердечника. В больших сердечниках силовых трансформаторах, где потери на гистерезис представляют собой большую проблему, это решается путем применения специальной кристаллизованной стали, которая создает минимальное магнитное сопротивление.

Потери от вихревых токов

Поскольку железо или стальной сердечник является электрическим проводником в магнитной цепи, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию генерировать ЭДС в сердечнике, а также и во вторичной обмотке. Ток ​​будет оказывать сопротивление изменению магнитного поля, возникающего в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть снижены.

Поэтому железный сердечник изготавливают не из цельного куска железа, а собирают из тонких листов или пластин, причем каждая пластина имеет изолирующий слой в виде лака или оксидной пленки. Многослойные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не ухудшая при этом магнитных свойств сердечника.

Ферритовые сердечники трансформатора

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревых токах снижают путем использования сердечников, выполненный из керамического материала, содержащего большое количество мелких частиц железа, цинка или порошка марганца. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, что дает такой же эффект, как и от тонких пластин и более эффективно при высоких частотах.

Из-за применяемых способов снижения потерь, которые описаны выше, реальные трансформаторы приближаются к трансформаторам с идеальной производительностью. В крупных силовых трансформаторах, КПД составляет около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно исходить из того, что трансформатор является «идеальным».

Соотношение вольт на виток обмотки

Трансформатор, имеющий в первичной обмотке 1000 витков и вторичной обмотке 100 витков, имеет коэффициент трансформации 1000:100 или 10:1. Поэтому 100 вольт, приложенное к первичной обмотке будет производить вторичное напряжение равное 10 вольтам.

Другой способ расчета напряжения трансформатора является соотношение вольт / на виток. Если подается 100 вольт к первичной обмотке содержащей 1000 витков, то на 1 виток приходится 0,1 вольт (100/1000). Поэтому каждые десять витков на вторичной обмотке будут создавать 1 вольт напряжения.

Что такое трансформатор? Принцип устройства трансформатора. Виды трансформаторов

Принцип устройства трансформатора

Трансформатор — статический (без подвижных частей) электромагнитный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения переменного тока.

Принципиальная схема трансформатора приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора

Основные части трансформатора: замкнутый стальной сердечник 1 и размещенные на этом сердечнике обмотки 2 и 3. Обмотки изолированы от стального сердечника и друг от друга, т. е. обмотки электрически не связаны между собой.

Сердечники трансформаторов набирают из листов специальной так называемой трансформаторной стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

Листы стали изолируют друг от друга специальной бумагой или лаковой изоляцией.

Трансформаторная сталь имеет повышенное по сравнению с обычной сталью электрическое сопротивление, способствующее, так же как и наличие прокладок и лака, уменьшению вихревых токов, индуктируемых в сердечнике, и связанных с ними потерь.

В трансформаторной стали потери, связанные с гистерезисом (перемагничиванием), меньше, чем в других сортах стали.

Обмотка трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной обмоткой, другая, к которой присоединяются приемники энергии, — вторичной обмоткой.

Соответственно все электрические величины (мощность, напряжение, ток, сопротивление и т. д.), относящиеся к электрической цепи первичной обмотки, называются первичными, а относящиеся ко вторичной обмотке, — вторичными.

Обмотка с более высоким напряжением называется обмоткой высшего напряжения (в. н.), обмотка, присоединенная к сети с меньшим напряжением, называется обмоткой низшего напряжения (н.н.).

Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше — повышающим.

Режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка разомкнута, а к зажимам первичной подведено напряжение, называется холостым ходом.

Если к зажимам первичной обмотки подвести напряжение переменного тока U₁, то в первичной обмотке потечет ток, который создаст переменный магнитный поток.

Преобладающая часть магнитных линий потока замкнется по стальному сердечнику, пронизывая все нитки первичной и вторичной обмоток. Эта часть магнитного потока называется основным, или рабочим, магнитным потоком Ф

т.

Другая часть потока, обычно гораздо меньшая, замыкается через воздух, пронизывая только витки первичной обмотки, и называется потоком рассеяния первичной обмотки Ф_s1. При разомкнутой вторичной цепи (цепи, питаемой от вторичной обмотки) ток в ней отсутствует и с ней не связано никакое магнитное поле.

При замыкании вторичной цепи в ней появляется ток; связанное с ним магнитное поле образует два потока: один в сердечнике, другой, замыкающийся через воздух, Ф_s2; таким образом, около вторичной обмотки также создается поток рассеяния.

Потоки рассеяния аналогичны магнитному потоку самоиндукции, который создает ток в любой катушке индуктивности и любом проводе. Эти потоки являются вредными.

Согласно закону электромагнитной индукции при изменении основного магнитного потока индуктируется э. д. с. в первичной обмотке Е₁ и во вторичной Е₂.

Так как первичная обмотка с числом витков w₁ и вторичная обмотка с числом витков w₂ пронизываются одним и тем же основным потоком, то очевидно, что в каждом витке обеих обмоток индуктируется одинаковая по величине э. д. с. е. Следовательно, E_s1 = ew₁ и Е₂ = ew₂, откуда

где К — коэффициент трансформации трансформатора.

Поток рассеяния в свою очередь индуктирует э. д. с. рассеяния в первичной обмотке E_s1.

Следовательно, напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, U₁ должно быть уравновешено падением напряжения в активном сопротивлении I₁r₁ первичной обмотки, э. д. с. E_sl рассеяния и э. д. с. E₁ основного потока.

При холостом ходе, т. е. при разомкнутой вторичной цепи, E_s1 и I₁r₁ очень малы и можно считать, что э. д. с. Е₁, индуктируемая в первичной обмотке, полностью уравновешивает подведенное напряжение U₁.

При разомкнутой вторичной цепи э. д. с. Е₂ электрического тока не вызывает, но если мы замкнем вторичную обмотку, т. е. присоединим к ней приемники электроэнергии, то под действием вторичной э. д. с. по вторичной цепи потечет ток, подводимая к трансформатору первичная мощность преобразовывается во вторичную, где используется для приемников электроэнергии (электродвигателей, электрических ламп и т. д.).

Если не учитывать потерь, можно считать, что подводимая мощность E₁I₁ приблизительно равна вторичной мощности Е₂I₂ (I₁ и I₂ — первичный и вторичный токи трансформатора), т. е.

т. е. при трансформации первичный и вторичный токи приблизительно обратно пропорциональны числам витков соответствующих обмоток; э. д. с. первичной и вторичной обмоток прямо пропорциональны числам витков соответствующих обмоток.

Вторичный ток I₂, проходя в обмотке, создает ампер-витки I₂w₂, действующие в той же магнитной цепи трансформатора (сердечнике), что и ампер-витки первичной обмотки. Следовательно, при нагрузке основной магнитный поток (сцепленный с первичной и вторичной обмотками) будет определяться совместным действием ампер-витков l₁w₁ первичной и ампер-витков I₂w₂ вторичной обмоток.

Согласно закону Ленца индуктированный во вторичной обмотке ток направлен таким образом, что препятствует изменению сцепленного с ним магнитного потока. Изменение магнитного потока вызывается первичными ампер-витками l₁w₁. Следовательно, вторичный ток должен быть такого направления, чтобы создаваемые ими ампер-витки действовали против ампер-витков первичной обмотки.

Уменьшение основного магнитного потока из-за размагничивающего действия вторичных ампер-витков вызовет уменьшение индуктированной им э. д. с. Е₁ в первичной обмотке. Так как напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки U₁, остается постоянным, то при уменьшении Е₁ оно не уравновешивает напряжения U₁, поэтому ток увеличивается до величины, при которой восстанавливается равенство напряжения U₁ и э. д. с. Е₁. При этом основной магнитный поток должен практически сохранять величину, равную величине основного потока при холостом ходе.

Действительно, при всех нагрузках трансформатора напряжение сети U₁ должно уравновешиваться э. д. с. Е₁ (падением напряжения в первичной обмотке пренебрегаем). Для этого необходимо, чтобы основной магнитный поток Ф_т оставался неизменным, т. е. постоянным при любой нагрузке трансформатора. Ток I₁ в первичной обмотке должен быть таким, чтобы компенсировать влияние ампер-витков, создаваемых током I₂ во вторичной обмотке. Напряжения на зажимах вторичной обмотки всегда меньше э. д. с. Е₂ вследствие падения напряжения в активном и реактивном сопротивлениях вторичной обмотки.

Трехфазные трансформаторы

Для трансформации трехфазного тока применяют трехфазные трансформаторы (трехстержневые), или групповые, которые составляются из трех однофазных.

Создателем первой конструкции трехфазного трансформатора является М. О. Доливо-Добровольский. Ученый применил его при сооружении в 1891 г. первой линии электропередачи трехфазного тока, по тому времени самой большой в мире по мощности и протяженности, осуществленной на расстоянии 178 км при напряжении до 30 000 в.

Трехстержневые трехфазные трансформаторы имеют общую магнитную цепь для всех трех фаз, состоящую из трех вертикальных стержней и двух горизонтальных, связывающих вертикальные стержни (рис. 2). Каждый вертикальный стержень 1, 2 и 3 с двумя обмотками I и II представляет собой однофазный трансформатор. Одна из обмоток является первичной,а другая — вторичной. Процессы, происходящие в каждой фазе трехфазного трансформатора, не отличаются от процессов в однофазном трансформаторе.

Рис. 2. Трёхфазный трансформатор

При этом в любой момент времени основной магнитный поток каждой фазы равен алгебраической сумме магнитных потоков двух других фаз.

Первичные, а также вторичные обмотки могут соединяться между собой звездой:

или треугольником:
Если первичные обмотки трансформатора соединены звездой, а вторичные — треугольником, то такое соединение обозначается знаком:
Соединение звездой первичных и вторичных обмоток обозначают знаком:
При передаче энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную часть мощности расходуется: на нагревание стального сердечника (гистерезис и вихревые токи), на нагревание первичной и вторичной обмоток (тепло Ленца).

Мощность, расходуемая на нагревание стального сердечника, называется потерями в стали и обозначается Р_ст.

Мощность, расходуемая на нагревание обмоток, называется потерями в меди и обозначается Р_м.

Отношение мощности Р₂, отдаваемой вторичной обмоткой потребителям тока (вторичная мощность), к мощности Р₁ подводимой к первичной обмотке (первичная мощность), называется коэффициентом полезного действия(к. п. д.) трансформатора:

где

— мощность, отдаваемая трансформатором.

Коэффициенты полезного действия трансформаторов достигают весьма высоких значений. К. п. д. некоторых мощных трансформаторов составляет 98—99%.

Трансформаторы, обычно применяемые в береговых установках, погружают в бак со специальным трансформаторным маслом. Масло имеет большую теплоемкость, чем воздух, лучше отводит теплоту и является хорошим изоляционным материалом. Масло повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора. Поэтому масляные трансформаторы имеют меньшие габариты, чем воздушные той же мощности и с таким же напряжением. Стенки бака для лучшей теплоотдачи изготовляются из волнистого железа; иногда к баку пристраивается специальный радиатор.

Автотрансформатор

Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой является общей для первичной и вторичной цепи, называется автотрансформатором (рис. 3, б).

Рис. 3. Автотрансформатор

Первичная обмотка (рис. 3, а) — витки w₁ (участок обмотки 1—3), а вторичная — витки w₂ (участок обмотки 1′ — 2′).

В общей части обмотки 1—2 ток равен разности I₂ — I₁, так как в автотрансформаторе вторичная обмотка совмещена с первичной.

Отношение

называется коэффициентом трансформации автотрансформатора.

Преимуществами автотрансформатора (по сравнению с трансформатором) являются уменьшение сечения общей части обмотки, больший к. п. д. и меньший вес.

Наряду с указанными достоинствами автотрансформатор имеет существенный недостаток, а именно: возможность проникновения высокого напряжения в сеть низкого напряжения, так как первичные обмотки имеют электрическое соединение; поэтому автотрансформаторы применяются главным образом в установках низкого напряжения.

Судовые трансформаторы

Трансформаторы, предназначенные для береговых и общепромышленных установок, отличаются от судовых. Обычно трансформаторы мощностью свыше 10 кВА, применяемые в береговых установках, погружают в бак, наполненный специальным трансформаторным маслом.

Для установки на судах отечественная промышленность выпускает специальные типы судовых трансформаторов — однофазные и трехфазные. Все судовые трансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение. Масляные трансформаторы, несмотря на их преимущества, на судах не применяют, так как масло обладает горючестью и может выплескиваться при качке.

Однофазные судовые трансформаторы выпускаются мощностью до 10,5 кВА, а трехфазные — до 50 ква.

Первичное напряжение их равно 400, 230 и 133 в (последнее только для однофазных трансформаторов), а вторичное — 230, 133, 115 и 25 в.

Для возможности регулирования вторичного напряжения первичная обмотка трансформатора имеет несколько выводов. У трансформаторов для номинального первичного напряжения 380 в эти выводы соответствуют напряжению сети 400, 390, 380 и 370 в, а у трансформатора на 220 в — 230, 225, 220 и 215 в.

Если при номинальном напряжении первичной сети к ней будет подключена более высокая ступень напряжения первичной обмотки (например 400 или 390 в при номинале 380 в), то на вторичной стороне трансформатора напряжение будет ниже номинального. При подключении на первичной стороне более низкой ступени, чем номинальное напряжение, на вторичной стороне получим напряжение выше номинального.

Судовые трансформаторы выпускаются для установки на открытых палубах и для установки в закрытых помещениях.

Изоляция их рассчитана на длительное пребывание в условиях большой влажности окружающей среды.

Все судовые трансформаторы выпускаются в гладких, закрытых металлических кожухах, снабженных лапами с отверстиями для крепления трансформаторов болтами к палубе или переборкам.

Трансформаторная подстанция в Бельгии ночью

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

• Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
• Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
• Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
• Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Трансформатор это устройство предназначенное для

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты. Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Вид уличного силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

• По выполняемой задаче . Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
• По числу фаз . Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
• По количеству обмоток . Двухобмоточные и трехобмоточные.
• По месту монтажа . Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой. Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии. Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:

• В сварочном оборудовании.
• Для электротермических устройств.
• В схемах электроизмерительных устройств и приборов.

Свойства и расчет трансформатора

Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:

• Номинальное значение напряжения и мощности.
• Наибольший ток обмоток.
• Габаритные размеры.
• Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W₁/W₂=U₁/U₂ , где:

• W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
• U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

• уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
• способ преобразования: повышающий, понижающий;
• количество фаз: одно- или трехфазный;
• число обмоток: двух- и многообмоточный;
• форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

• измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
• защитные — подключаемые к защитным цепям;
• промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

–>

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

Устройство и принцип действия понижающего трансформатора

Трансформатор понижающий представляет собой электромагнитный прибор, который состоит из ферромагнитного сердечника и двух проволочных обмоток – первичной и вторичной.

Трансформатор понижающий представляет собой электромагнитный прибор, который состоит из ферромагнитного сердечника и двух проволочных обмоток – первичной и вторичной.

Магнитопровод – это совокупность элементов ферромагнитного материала (обычно электротехническая сталь), которые собраны в определенной геометрической форме. В нем происходит локализация основного магнитного поля трансформатора понижающего.

Вся магнитная система вместе со всеми компонентами называется остовом. При этом часть, где располагаются основные обмотки, называют стержнем. А часть, необходимая для замыкания магнитной цепи, – это ярмо.

В соответствии с расположением стержней в пространстве понижающий трансформатор может иметь плоскую, пространственную, симметричную либо несимметричную магнитную систему.

Понижающие трансформаторы напряжения отличаются конструктивными особенностями. Производители делают выбор в пользу одной из двух концепций – броневая или стержневая. Принципиальное отличие технических решений сводится к тому, что в первом случае обмотки заключены в сердечнике броневого типа, а во втором – сердечник заключен в обмотках стержневого типа. При этом в устройствах первого типа ось обмоток может располагаться вертикально или горизонтально, в то время когда во втором случае – ось размещается вертикально.

Однако способ производства не влияет на эксплуатационные характеристики и надежность устройства. Предприятие выбирает тот вариант, который считает наилучшим с точки зрения организации технологического процесса.

Принцип действия понижающего трансформатора основан на использовании явления взаимной индукции, которая действует через магнитное поле, и обеспечивает передачу электроэнергии из одного контура устройства в другой.

На сегодняшний день в продаже представлен трансформатор понижающий различных типов и видов: одно- или трехфазный, с открытым корпусом или с защитным кожухом.

Одна из важнейших характеристик прибора – это коэффициент трансформации, который не должен превышать 1.

В зависимости от модификации устройство преобразовывает электрический ток разного начального напряжения, которое может достигать 660В. Трансформатор, понижающий до 220В, получил наибольшее распространение. Существует также понижающий до 380 Вольт трансформатор.

В соответствии с предъявляемыми требованиями для каждого случая выходное напряжение может быть разным: например, трансформатор понижающий до 36 Вольт, а также 12, 24, 42В и т.д.

Понижающий трансформатор (220B 110В) обеспечивает нормальную работу оборудования и электроприборов, которые изготовлены в странах, где нормы сетей электропитания отличаются от российского стандарта.

Понижающие трансформаторы напряжения имеют широкую область применения, однако чаще всего они используются в источниках питания различных приборов и в электросетях. Выбор конкретного устройства необходимо осуществлять с учетом определенных запросов для каждого отдельного случая.

Что такое сварочный трансформатор – определение

Сварочный трансформатор – это устройство, преобразующее переменное напряжение входной сети в переменное напряжение для электросварки. Основным его узлом является собственно трансформатор, понижающий сетевое напряжение до напряжения холостого хода, составляющего обычно 50-60 В.

Сила тока в сварочном трансформаторе может регулироваться изменением индуктивного сопротивления цепи или с помощью тиристоров (фазное регулирование).

Сварочные трансформаторы классифицируются следующим образом:

• по количеству обслуживаемых рабочих мест,
• по фазности напряжения в сети: однофазные, трехфазные,
• по конструкции.

По конструкции устройства выделяют:

• Модели с номинальным магнитным рассеиванием. Они состоят из двух частей: трансформатора и дросселя для регулировки напряжения.
• Изделия с увеличенным магнитным рассеиванием – имеют более сложную конструкцию из нескольких подвижных обмоток, конденсатора или импульсного стабилизатора и других элементов.
• Тиристорные модели – сравнительно новый тип подобных устройств. Они состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора. Тиристорные модели имеют меньший вес по сравнению с другими типами.

К характеристикам сварочных трансформаторов относятся:
 — коэффициент мощности,
 — напряжение сети (первичное напряжение),
 — вторичное напряжение,
 — мощность,
 — пределы регулирования тока.

Коэффициент мощности – безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности равен отношению потребляемой электроприемником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность – геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения).

Номинальным первичным напряжением трансформатора называется такое напряжение, которое, необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное номинальное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.

Номинальным вторичным напряжением называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора (к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута) и при подведении к первичной обмотке номинального первичного напряжения.

Мощность трансформатора напряжения предельная – кажущаяся мощность, которую трансформатор напряжения длительно отдает при номинальном первичном напряжении, вне классов точности, и при которой нагрев всех его частей не выходит за пределы, допустимые для класса нагревостойкости данного трансформатора.

Пределы регулирования сварочного тока указывают минимальные и максимальные значения тока, которые могут быть использованы при сварке.

Сварочные трансформаторы, применяемые в агрегатах и генераторах Shindaiwa, обеспечивают их отличные технические характеристики

Дата публикации: 01 01 1970 г. ✎ 
Дата последнего изменения: 01 01 1970 г.

Как работает трансформатор, как он устроен, какие характеристики учитываются при эксплуатации

Как работает трансформатор, как он устроен, какие характеристики учитываются при эксплуатации

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь мощности.

В энергетике, электронике и других отраслях прикладной электротехники большая роль отводится преобразованиям электромагнитной энергии из одного вида в другой. Этим вопросом занимаются многочисленные трансформаторные устройства, которые создаются под различные производственные задачи.

Одни из них, имеющие наиболее сложную конструкцию, выполняют трансформацию мощных потоков высоковольтной энергии, например. 500 или 750 киловольт в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.

Другие работают в составе малогабаритных устройств бытовой техники, электронных приборов, системах автоматизации. Они также широко используются в различных блоках питания мобильных устройств.

Трансформаторы работают только в цепях переменного напряжения разной частоты и не предназначены для применения в схемах постоянного тока, в которых используются преобразователи других типов.

Трансформаторы делятся на две основные группы: однофазные, питающиеся от сети однофазного переменного тока, и трехфазные, питающиеся от сети трехфазного переменного тока.

Трансформаторы очень различны по своей конструкции. Основными элементами трансформатора являются: замкнутый стальной сердечник (магнитопровод), обмотки и детали, служащие для крепления магнитопровода и катушек с обмотками и установки трансформатора в выпрямительное устройство. Матнитопровод предназначен для создания замкнутого пути для магнитного потока.

Части магннтопровода, на которых размещены обмотки, называются стержнями, а части, на которых отсутствуют обмотки и которые служат для замыкания: магнитного потока в магнитопроводе — ярмом. Материалом для магнитопровода трансформатора служит листовая электротехническая сталь (трансформаторная сталь). Эта сталь бывает различных марок, толщины, горячей и холодной прокатки. 

Общие принципы работы трансформаторов

Мы знаем, что электромагнитная энергия неразрывна. Но ее принято представлять двумя составляющими:

1. электрической;

2. магнитной.

Так проще понимать происходящие явления, описывать процессы, делать расчеты, конструировать различные устройства и схемы. Целые разделы электротехники посвящены раздельным анализам работы электрических и магнитных цепей.

Электрический ток, как и магнитный поток, протекает только по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением (электрическим или магнитным). Его создают внешние приложенные силы — источники напряжения соответствующих энергий.

Однако, при рассмотрении принципов работы трансформаторных устройств придётся одновременно исследовать оба этих фактора, учесть их комплексное воздействие на преобразование мощности.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных намоткой витками изолированной проволоки, по которым протекает электрический ток и одной магистрали для магнитного потока. Ее принято называть сердечником или магнитопроводом.

К вводу одной обмотки приложено напряжение от источника электроэнергии U1, а с выводов второй оно, после преобразования в U2, подается на подключенную нагрузку R.

Под действием напряжения U1 в первой обмотке по замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от полного сопротивления Z, состоящего из двух составляющих:

1. активного сопротивления проводов обмотки;

2. реактивной составляющей, обладающей индуктивным характером.

Величина индуктивного сопротивления оказывает большое влияние на работу трансформатора.

Протекающая по первичной обмотки электрическая энергия в виде тока I1 представляет собой часть электромагнитной, магнитное поле которой направлено перпендикулярно движению зарядов или расположению витков проволоки. В его плоскости размещен сердечник трансформатора — магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток Ф.

Все это наглядно отражено на картинке и строго соблюдается при изготовлении. Сам магнитопровод тоже замкнут, хотя в отдельных целях, например, для снижения магнитного потока в нем могут делать зазоры, увеличивающие его магнитное сопротивление.

За счет протекания первичного тока по обмотке магнитная составляющая электромагнитного поля проникает в магнитопровод и циркулирует по нему, пересекая витки вторичной обмотки, которая замкнута на выходное сопротивление R.

Под действием магнитного потока во вторичной обмотке наводится электрический ток I2. На его величине сказывается значение приложенной напряженности магнитной составляющей и полной сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R.

При работе трансформатора внутри магнитопровода создается общий магнитный поток Ф и его составные части Ф1 и Ф2.

Как устроен и работает автотрансформатор

Среди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, использующие в работе не две разные отдельно выполненные обмотки, а одну общую, разделенную на секции. Их называют автотрансформаторами.

Принцип работы такой схемы практически остался прежним: происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную. По виткам обмотки W1 протекают первичные токи I1, а по W2 — вторичные I2. Магнитопровод обеспечивает путь движения для магнитного потока Ф.

У автотрансформатора имеется гальванически связь между входными и выходными цепями. Так как преобразованию подвергается не вся приложенная мощность источника, а только часть ее, то создается более высокий КПД, чем у обычного трансформатора.

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: стали для магнитопровода, меди для обмоток. Они обладают меньшим весом и стоимостью. Поэтому их эффективно используют в системе энергетики от 110 кВ и выше.

Особых отличий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет. 

Рабочие режимы трансформатора

При эксплуатации любой трансформатор может находиться в одном из состояний:

• выведен из работы;
• номинальный режим;
• холостой ход;
• короткое замыкание;
• перенапряжение.

Холостой ход трансформатора

Холостой ход — работа прибора, машины и т. п. без нагрузки, вхолостую. При холостом ходе приборы, машины не отдают мощности, но сами при этом обычно потребляют ту или иную мощность.

Например, трансформатор, работающий без нагрузки (с разомкнутой вторичной обмоткой), потребляет некоторый ток из сети (т. н. холостой ток трансформатора), и этот ток, текущий в первичной обмотке, связан с потреблением некоторой мощности из сети, которая идет на нагрев обмотки (а в случае наличия потерь в стали и на нагрев сердечника) трансформатора.

Режим вывода из работы

Для его создания достаточно снять питающее напряжение источника электроэнергии с первичной обмотки и этим исключить прохождение электрического тока по ней, что и делают всегда в обязательном порядке с подобными устройствами.

Однако на практике при работе со сложными трансформаторными конструкциями такая мера не обеспечивает полностью меры безопасности: на обмотках может оставаться напряжение и приносить вред оборудованию, подвергать опасности обслуживающий персонал за счет случайного воздействия разрядов тока.

Как это может произойти?

У малогабаритных трансформаторов, которые работают в качестве блока питания, как показано на верхней фотографии, постороннее напряжение никакого вреда не причинит. Ему там просто неоткуда взяться. А на энергетическом оборудовании его обязательно следует учитывать. Разберём две часто встречающиеся причины:

1. подключение постороннего источника электроэнергии;

2. действие наведенного напряжения.

Первый вариант

На сложных трансформаторах работает не одна, а несколько обмоток, которые используются в разных цепях. Со всех их необходимо отключать напряжение.

Кроме того, на подстанциях, эксплуатируемой в автоматическом режиме без постоянного оперативного персонала к шинам силовых трансформаторов подключают дополнительные трансформаторы, обеспечивающие собственные нужды подстанции электроэнергией 0,4 кВ. Они предназначены для питания защит, устройств автоматики, освещения, отопления и других целей.

Их так и называют — ТСН или трансформаторы собственных нужд. Если со входа силового трансформатора снято напряжение и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН проводятся работы, то существует вероятность обратной трансформации, когда напряжение 220 вольт с низкой стороны проникнет на высокую по подключенным шинам питания. Поэтому их необходимо обязательно отключать.

Действие наведенного напряжения

Если около шин отключенного трансформатора проходит высоковольтная линия, находящаяся под напряжением, то токи, протекающие по ней, способны наводить напряжение на шинах. Необходимо применять меры для его снятия.

Номинальный режим работы

Это обычное состояние трансформатора во время его эксплуатации для которого он и создан. Токи в обмотках и приложенные к ним напряжения соответствуют расчетным значениям.

Трансформатор в режиме номинальной нагрузки потребляет и преобразует мощности, соответствующие проектным значениям в течение всего предусмотренного ему ресурса.

Режим холостого хода

Он создается в том случае, когда на трансформатор подано напряжение от источника питания, а на выводах выходной обмотки отключена нагрузка, то есть разомкнута цепь. Этим исключается протекание тока по вторичной обмотке.

Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструкторскими особенностями.

Режим короткого замыкания

Так называют ситуацию, когда нагрузка, подключенная к трансформатору оказывается закороченной, наглухо зашунтированной цепочками с очень малыми электрическими сопротивлениями и на нее действует вся мощность питания источника напряжения.

В этом режиме протекание огромных токов КЗ ничем практически не ограничивается. Они обладают огромной тепловой энергией и способны сжечь провода или оборудование. Причем действуют до тех пор, пока схема питания через вторичную или первичную обмотку не выгорит, разорвавшись в наиболее слабом месте.

Это самый опасный режим, который способен возникнуть при работе трансформатора, причем, в любой, самый неожиданный момент времени. Его появление можно предвидеть, а развитие следует ограничивать. С этой целью используют защиты, которые отслеживают превышение допустимых токов на нагрузке и максимально быстро их отключают.

Режим перенапряжения

Обмотки трансформатора покрыты слоем изоляции, который создается для работы под определенным напряжением. При эксплуатации возможно его превышение по различным причинам, возникающим как внутри электрической системы, так и в результате воздействия атмосферных явлений.

В заводских условиях определяется величина допустимого превышения напряжения, которое может действовать на изоляцию до нескольких часов и кратковременных перенапряжений, создаваемых переходными процессами при коммутациях оборудования.

Для предотвращения их воздействия создают защиты от повышения напряжения, которые при возникновении аварийной ситуации отключают питание со схемы в автоматическом режиме или ограничивают импульсы разрядов. 

Ранее ЭлектроВести писали, что НЭК «Укрэнерго» 28 февраля подписала контракт с консорциумом «Dalekovod JSC / General Electric Grid GmbH» (Хорватия / Германия) на реконструкцию подстанции 750 кВ «Днепровская» в Днепропетровской области. Подстанция «Днепровская» является последним из четырех объектов модернизации в составе проекта «Реконструкция подстанций в восточной части Украины», финансируемого за счет банка развития KfW и Правительства Германии. Стоимость заключенного контракта – 31,7 млн. евро. Срок реализации — 3 года.
По материалам: electrik.info.

Трансформатор

Что такое трансформатор

Определение 1

Трансформатор — это устройство для преобразования напряжения и силы тока в электрической цепи. С помощью трансформатора можно преобразовывать переменный ток и напряжение без изменения частоты.

Трансформатор состоит из обычно, замкнутого сердечника, который изготавливают из мягкого ферромагнетика и двух обмоток (первичной и вторичной). Обычно в электрической цепи первичную обмотку (вход трансформатора) подключают к сети питания (источнику) переменного тока, а вторичная обмотка (выход) подключается к потребителям электричества. ЭДС электромагнитной индукции (${{\mathcal E}}_i$), которая появляется во вторичной обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. При изменении количества витков во вторичной обмотке можно существенно изменять напряжение на выходе прибора.

Принцип действия трансформатора

Рассмотрим, как связаны напряжение на входе ($U_1$) и напряжение ($U_2$) на выходе. При этом считаем, что $Ф$ — магнитный поток в сердечнике (магнитопроводе), допустим, что он описывается гармоническим законом:

$Ф=Ф_m{sin \left(\omega t\right)\ }\left(1\right) $, где:

• $\omega \ $ — угловая частота переменного тока (число периодов за 2$\pi \ секунд$),
• $Ф_m$ — амплитуда магнитного потока.

В реальных трансформаторах некоторая часть линий индукции, которая создана первичной обмоткой, покидает сердечник и замыкается вне вторичной обмотки. Так образуется магнитный поток рассеяния, влекущий за собой потери электроэнергии и, соответственно, общая мощность за счёт этих потерь уменьшается.

В качественных трансформаторах потоком рассеяния можно пренебречь в сравнении с потоком внутри сердечника, следовательно, можно считать, что потоки через обмотки равны ($Ф$). Если ${{\mathcal E}}_1$ — ЭДС самоиндукции, то она равна:

${{\mathcal E}}_1={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(2\right) $

Готовые работы на аналогичную тему

ЭДС во второй обмотке (${{\mathcal E}}_2$) равна:

${{\mathcal E}}_2=-N_2\frac{dФ}{dt}\left(3\right)$, где:

• $N_1 — $количество витков в первичной обмотке,
• $N_2$ — число витков во вторичной обмотке.

Используем закон Ома, тогда напряжение на входе трансформатора ($U_1$) равно:

$U_1=R_1I_1-{{\mathcal E}}_1=R_1I_1+N_1\frac{dФ}{dt}\left(4\right)$

Напряжение на выходе ($U_2$) равно:

$U_2=R_2I_2-{{\mathcal E}}_2=R_2I_2+N_2\frac{dФ}{dt}\left(5\right)$, где:

• $R_1\ и\ R_2$ — сопротивления обмоток,
• $I_1\ и\ I_2$ — силы тока в соответствующих обмотках.

Допустим, что вторичная обмотка является разомкнутой ($I_2=0$). Кроме того для практически всех технических трансформаторов $R_1I_1\ll {{\mathcal E}}_1$. Разделим почленно уравнение (5) на (4), получим:

$\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\left(6\right)$,

где отношение $\frac{N_2}{N_1}=K$ называется коэффициентом трансформации.

Этот коэффициент показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного в режиме холостого хода. В том случае, если трансформатор имеет нагрузку, то падением напряжения пренебречь нельзя, вместо формулы (6) получается более сложное выражение. Формула (6) описывает закон преобразования амплитуд напряжений в трансформаторе.

Габаритную мощность трансформатора, определяемую габаритами сердечника и его материалом, можно вычислить по следующей формуле:

$P_{gab}=\frac{U_1 \cdot I_1 + U_12\cdot I_2}{2}\left(7\right)$

В том случае, если вторичной обмоткой трансформатора является часть первичной обмотки (или наоборот, часть вторичной обмотки является первичной обмоткой), трансформатор является автотрансформатором. Часто один из контактов автотрансформатора делают подвижным. Это дает возможность плавно менять выходное напряжение.

Трансформатор — пример применения вихревого электрического поля. Вихревое поле вызывает перемещение электронов во вторичной обмотке, таким образом, оно является причиной появления ЭДС.

Замечание 1

Первые трансформаторы были созданы П.Н. Яблочковым в 1877 г. и Ф.Н. Усагиным в 1882 г., а производить силовые трансформаторы в СССР стали с 1928 года.

Применение трансформаторов

Трансформаторы выполняют важные функции в электротехнике. Так в линиях электропередач применяются высокие напряжения (порядка десятков тысяч вольт). Благодаря их использованию можно уменьшить силу тока в линиях, что ведет к существенному уменьшению стоимости строительства линий электропередачи. При этом создавать генераторы и приборы — потребители электрической энергии, которые рассчитаны на высокие напряжения сложно, так как это требует высококачественной изоляции обмоток. В результате, генераторы производят низкое напряжение, а потом это напряжение увеличивают, используя повышающие трансформаторы. Там, где электрическая энергия потребляется, ток высокого напряжения изменяют, используя понижающие трансформаторы.

Замечание 2

Трансформаторы имеют высокий КПД, доходящий до $99\%$. Они не содержат движущихся частей.

Трансформаторы можно использовать для согласования источника мощности с нагрузкой для получения максимальной отдачи мощности, это применимо для многих устройств. Так, с помощью трансформатора согласовывается большое внутреннее сопротивление усилителя с малым сопротивлением громкоговорителя.

Задание № 1: Изобразите векторную диаграмму холостого хода в трансформаторе.

Решение:

Холостым ходом трансформатора называют его работу при разомкнутой вторичной обмотке ($I_2=0$). Пренебрежем запаздыванием фазы потока магнитной индукции в сравнении с фазой силы тока в первичной обмотке из-за некоторой инерции, которая возникает при перемагничивании материала сердечника. Если потерями и рассеянием потока пренебречь, то можно записать:

$U_{1i}={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(1.1\right)$

$U_{2i}={-N}_2\frac{dФ}{dt}\left(1.2\right)$

Так как сила тока холостого хода очень мала, как и сопротивление первичной обмотки в сравнении с ее индуктивным сопротивлением, следовательно:

$U_1\approx -U_{1i}$

$U_{1i}$ отстает на $\frac{\pi }{2}$ от магнитного потока.

Напомним, что $U_1-\ $ — внешнее напряжение, которое приложено к первичной обмотке, $U_{1i}$ — напряжение в первичной обмотке в результате самоиндукции, $U_{2i}$ — напряжение на вторичной обмотке в результате взаимной индукции, $I_m$ — сила тока холостого хода, $Ф_m$ — поток холостого хода, который охватывается каждым витком обмоток.

Рисунок 1. Векторная диаграмма холостого хода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Задание № 2: Объясните, в чем эксплуатационные особенности автотрансформатора?

Решение:

Эксплуатационное отличие автотрансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки автотрансформатора находятся между собой в электрическом контакте, а обмотки трансформатора изолированы. Поэтому статические заряды из первичной обмотки автотрансформатора могут перейти во вторичную обмотку, что в трансформаторе исключено. Это явление следует учитывать. Автотрансформатор является экономичной конструкцией трансформатора, так как помогает экономить на обмоточных проводах. При этом автотрансформатор сохраняет все физические принципы работы трансформатора.

Что такое трансформатор? — определение и значение

A Трансформатор — это статическая электрическая машина, которая передает электрическую мощность переменного тока от одной цепи к другой цепи с постоянной частотой, но уровень напряжения может быть изменен, что означает, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в соответствии с требованиями.

Он работает по принципу Закона электромагнитной индукции Фарадея , который гласит, что «величина напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.”

Состав:

Необходимость трансформатора

Обычно электроэнергия вырабатывается на 11 кВ. По экономическим причинам мощность переменного тока передается при очень высоких напряжениях, например 220 кВ или 440 кВ, на большие расстояния. Поэтому на электростанциях применяется повышающий трансформатор.

Теперь по соображениям безопасности напряжение понижается до разных уровней понижающим трансформатором на разных подстанциях для подачи энергии в разные места, и, таким образом, мощность используется при 400/230 В.

Если (В ₂ > В ₁ ) напряжение повышается на выходной стороне и называется повышающим трансформатором

Если (В ₂ <В ₁ ) уровень напряжения на выходе понижается и известен как понижающий трансформатор.

Строительство трансформатора

В основном состоит из

1. Магнитная цепь (состоящая из сердечника, ветвей, ярма и демпфирующей конструкции).
2. Электрическая цепь (состоящая из первичной и вторичной обмоток)
3. Диэлектрическая цепь (состоящая из изоляции разной формы и используемой в разных местах)
4. Баки и аксессуары (расширитель, сапун, втулки, охлаждающие трубы и т. Д.))

Типы трансформаторов

Различные типы описаны ниже

1. Расположение обмоток относительно сердечника

2. По коэффициенту трансформации или количеству витков в обмотках

3. Виды услуг

• Трансформатор силовой
• Распределительный трансформатор
• Измерительный трансформатор
  • Трансформатор тока
  • Трансформатор потенциала
  • Автотрансформатор

4. На базе поставки

5. На базе охлаждения

• Air Natural (AN) или с воздушным охлаждением, или сухого типа
• Air ForceD (AF) или тип Air Blast
• Масло Natural Air Natural (ОНАН)
• Масло естественное воздушное принудительное (ONAF)
• Масло принудительное воздушное нагнетание (OFAF)
• Масло природное водное принудительное (ONWF)
• Масло принудительно-водяное принудительное (OFWF)

Уравнение ЭДС трансформатора

Уравнение ЭДС приведено ниже

Где E ₁ и E ₂ — напряжения, а N ₁ , N ₂ — количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Потери в трансформаторе

1. Потери в сердечнике или в железе

• Потеря гистерезиса
• Потери на вихревые токи

2. Потери меди
3. Случайные потери

КПД трансформатора

КПД трансформатора определяется как отношение выходной мощности к входной и выражается в уравнении ниже

Это все о трансформаторе. Продолжай читать.

Что внутри трансформатора? [ПОДРОБНО]

Трансформатор — это электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую за счет электромагнитной индукции.Чаще всего он используется для повышения или понижения уровней напряжения и является ключевым компонентом электрической сети. Иногда его также можно использовать для временного электроснабжения строительных площадок через временные опоры электропередач. Он бывает всех размеров и форм, но основная работа и конструкция остаются более или менее одинаковыми.

Основные компоненты:
1. Ламинированный сердечник
2. Обмотки
3. Изоляционные материалы
4. Трансформаторное масло
5. Устройство РПН
6.Консерватор
7. Сапун
8. Охлаждающие трубки
9. Реле Бухгольца
10. Взрывное отверстие

Чтобы лучше изучить структуру трансформатора, вы можете изучить трехмерную модель электрического трансформатора здесь.

Трансформатор — это электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой за счет электромагнитной индукции.

Нажмите, чтобы твитнуть

Сердечник

Сердечник используется для поддержки обмоток трансформатора.Он также обеспечивает путь с низким сопротивлением для потока магнитного потока. Он состоит из ламинированного сердечника из мягкого железа, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Сердечник трансформатора изготовлен из холоднокатаной стали с ориентированной зернистостью или сокращенно CRGO.

Обмотки

На сердечник трансформатора намотаны две обмотки, изолированные друг от друга. Обмотка состоит из нескольких витков медных катушек, связанных вместе, и каждый пучок соединен последовательно, образуя обмотку.
a) Обмотки высокого напряжения состоят из медной катушки. Количество витков в нем кратно количеству витков в обмотках низкого напряжения. У него медные катушки тоньше, чем у обмоток низкого напряжения.
б) Обмотка низкого напряжения имеет меньшее количество витков, чем обмотка высокого напряжения. Он состоит из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотках низкого напряжения выше, чем в обмотках высокого напряжения. Трансформатор может питаться от обмоток низкого или высокого напряжения в зависимости от требований.

Устройство РПН

Выходное напряжение может изменяться в зависимости от входного напряжения и нагрузки. В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме падает, а в режиме без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Для уравновешивания колебаний напряжения используются переключатели ответвлений. Переключатели ответвлений могут быть либо на устройстве РПН, либо на переключателях ответвлений без нагрузки. В переключателях ответвлений под нагрузкой можно изменять ответвления без отключения трансформатора от источника питания, а в переключателях РПН это делается после отключения трансформатора.Также доступны автоматические переключатели ответвлений.

Трансформаторное масло

Трансформаторное масло выполняет две важные функции: изоляцию, а также охлаждение сердечника и узла катушки. Сердечник и обмотки трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно в качестве трансформаторного масла используются углеводородные минеральные масла. Загрязнение масла является серьезной проблемой, поскольку оно лишает его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изоляционной среды.

Втулки

Существует множество методов классификации типов втулок.Эти классификации основаны на практических соображениях, которые станут очевидными из следующего обсуждения в трех широких областях. Вводы
можно классифицировать по:
1. Изолирующая среда на концах
2. Конструкция
3. Изоляция внутри ввода
По конструкции вводы бывают двух типов — сплошного или объемного типа и емкостного или конденсаторного типа.

В зависимости от внутренней изоляции вводов они классифицируются как: вводы с воздушной изоляцией, вводы с масляной изоляцией или маслонаполненными вводами, вводы с масляной пропиткой с бумажной изоляцией, вводы со смолой или пропиткой с бумажной изоляцией, литые изоляционные материалы. Вводы, вводы с газовой изоляцией.

Масляный бак

Эта часть трансформатора содержит узел сердечника и обмотки, которые погружены в изоляционное масло.

Дополнительная информация

Видео

Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Итак, что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции.Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже. Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые иначе называются катушками, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в общем случае первичная обмотка трансформатора получает переменное по своей природе напряжение. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС, индуцированную во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Если цепь вторичной стороны замкнута, будет течь ток, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора — это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой объединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это требуется для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, протекающего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь.Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, поскольку для нас важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеприведенное уравнение может быть записано как,

, где E _m = 4,44ωΦ _m = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС равно

. ЭДС, индуцированная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как (Wb), f — частота в герцах (Гц), а E ₁ и E ₂ в вольтах.

If, B _м = максимальная плотность потока в магнитной цепи в теслах (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах (м ² )

Обмотка, имеющая более высокую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное вольт на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, т.е.

Отношение T ₁ / T ₂ называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, которое равно индуцированному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, область применения, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т.д. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформаторов на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмоткой обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в передающих сетях, работающих при очень высоких уровнях напряжения и используются либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь при передаче или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, трансформаторы такого типа используются в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для подачи энергии в промышленность на 33 кВ или для бытовых целей на 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуемая изоляция меньше по сравнению с силовым трансформатором.

Распределительный трансформатор можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа.

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через некоторое время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от схем охлаждения:

Масло Натуральное воздушное Натуральное (ONAN)

Масло Натуральное воздушное принудительное (ONAF)

Масло принудительное воздушное принудительное (OFAF)

Масло принудительное водное принудительное (OFWF)

Сухой трансформатор

Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является наивысшим приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

Air Natural (AN)

Air Blast

Измерительный трансформатор

Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах прямого измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

Трансформаторы тока

Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

Трансформаторы потенциала

Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и колеблется от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

Могут ли трансформаторы работать при напряжениях, отличных от номинальных?

Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как будут возникать большие потери, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы указаны в кВА, так как кВт будет включать коэффициент мощности.

Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковый импеданс, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

▷ Что такое трансформатор?

Вот статья Насира, одного из членов сообщества.Если вы также хотите отправить статью, отправьте нам письмо .

Трансформатор — это устройство, которое передает электрический ток из одной цепи в другую, обычно по принципу взаимной индукции. Во время этого процесса частота остается постоянной, а напряжение можно увеличивать или уменьшать в зависимости от необходимости.

Эта передача электричества происходит с помощью двух катушек. Одна из них, известная как первичная катушка, подключена к источнику переменного тока.Другой известен как вторичная катушка, и он подключен к внешней цепи. Это составляет базовую структуру трансформатора и показано ниже:

Принцип работы трансформатора

Трансформатор работает по принципу закона взаимной индукции Фарадея. Этот принцип гласит, что скорость изменения потока прямо пропорциональна индуцированному электромагнитному потоку.

Точно так же в трансформаторе, когда переменный ток течет через одну из катушек, он создает вокруг нее магнитное поле, которое постоянно создает изменяющийся магнитный поток, и поэтому, когда другая катушка приближается к ней, часть ЭДС также становится индуцируется и во вторичной катушке.Поскольку вторичная обмотка образует замкнутый контур, ЭДС также создает в нем ток.

Короче говоря, эта взаимная индукция между катушками отвечает за передачу электроэнергии.

Эти обмотки обычно изготавливаются на железном сердечнике, чтобы усилить магнитное поле, а затем ламинируются, чтобы поток не ослабевал из-за воздуха, который является идеальным изолятором. Но все же наблюдаются некоторые потери мощности, такие как потери на вихревые токи и потери на гистерезис.

Типы трансформаторов

Классифицируемые по возрастанию напряжения, мы в первую очередь классифицируем трансформаторы на две основные категории:

1) Повышающий трансформатор

2) Понижающий трансформатор

Если мы увеличим количество витков во вторичной катушке так, что они станут больше, чем количество витков в первичной катушке, индуцированное напряжение может увеличиться в прямом связь. то есть, если количество витков вторичной обмотки в десять раз превышает количество витков первичной обмотки, то индуцированное напряжение также будет в десять раз больше, чем напряжение в первичной обмотке.

Точно так же, если количество витков в первичной катушке больше, чем количество витков во вторичной катушке, индуцированное напряжение будет меньше исходного напряжения.

Это свойство трансформатора действительно полезно при передаче электроэнергии, особенно на большие расстояния. Чтобы избежать потерь мощности, сначала используется понижающий трансформатор, а на приемном конце используется повышающий трансформатор, который повышает напряжение до необходимого уровня. Такие типы трансформаторов известны как однофазные, двухобмоточные трансформаторы напряжения.

Но также могут быть созданы двухфазные, трехфазные или более фазные трансформаторы, особенно для коммерческих и промышленных целей, где нагрузка довольно велика, в основном используются три фазы. Подключения трансформатора в 3-х фазном режиме показаны ниже:

Как видно из рисунка, трехфазный трансформатор будет иметь три первичные обмотки и три вторичные обмотки. Способ, которым три обмотки соединены друг с другом, может быть соединением треугольником или соединением Y.Оба они показаны ниже:

Если катушки соединены последовательно, образуя замкнутый контур, то соединение известно как соединение треугольником, но если три обмотки соединены так, что все они имеют общую точку, то образуется соединение Y-типа. Он имеет нейтральный провод в общей конечной точке. Обе эти связи эквивалентны и взаимопреобразуемы из одной формы в другую.

В следующей части этого руководства мы рассмотрим конструкцию трансформатора, который, я думаю, очень важен для инженера-электрика.Я объясню основы конструкции трансформатора, такие как обмотки и т. Д., И проверю, как спроектировать трансформатор.

Так что следите за обновлениями и подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте, чтобы получить эти удивительные обучающие программы в своем почтовом ящике. Заботиться.

Что такое трансформатор?

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее переменный ток из одного напряжения в другое. он может быть разработан для «повышения» или «понижения» напряжения и работает по принципу магнитной индукции.Трансформатор не имеет движущихся частей и представляет собой полностью статичное твердотельное устройство, обеспечивающее при нормальных условиях эксплуатации долгий и безотказный срок службы. Трансформатор состоит из двух или более катушек изолированного провода, намотанного на многослойный стальной сердечник. Когда напряжение подается на одну катушку (называемую первичной), оно намагничивает железный сердечник. В результате во вторичной или выходной катушке индуцируется напряжение. Изменение напряжения (отношения напряжений) между первичной и вторичной обмотками зависит от соотношения витков двух катушек.

---

Что делает трансформатор?

Принцип работы Трансформатор работает по принципу магнитной индукции. Каждый трансформатор состоит из двух или более катушек изолированного проводника (проволоки), намотанного на многослойный стальной сердечник. Когда напряжение подается на ПЕРВИЧНУЮ (входную) катушку, она намагничивает стальной сердечник, который, в свою очередь, индуцирует напряжение на ВТОРИЧНОЙ (выходной) катушке. Напряжение, индуцированное от первичной к вторичной катушкам, прямо пропорционально соотношению витков между двумя катушками.(См. Рис.1) Например, если на входе трансформатора или на входе первичной обмотки в два раза больше витков провода, чем во вторичной обмотке, то соотношение будет 2: 1. Следовательно, если вы приложите 480 вольт к первичной обмотке, на вторичной будет индуцировано 240 вольт. Это пример двухобмоточного «понижающего» трансформатора. (См. Рис. 2). Если напряжение должно быть «повышено» или увеличено, тот же трансформатор можно повернуть и подключить так, чтобы на входной стороне было 240 вольт, а на выходе — 480 вольт.(См. Рис. 3) Стандартные трансформаторы мощностью 3 кВА и более могут использоваться как для повышающего, так и для понижающего режима. Трансформаторы номиналом 2 кВА и ниже имеют компенсированные обмотки и не должны использоваться в системах с обратным питанием. (Примечание: необходимо учитывать некоторые соображения по проектированию системы.)

Определение трансформатора | PCMag

Устройство, которое в основном используется для изменения напряжения переменного тока (AC). Однако трансформатор также может использоваться для поддержания того же напряжения, но действует как электрический изолятор.Самый распространенный тип — трансформатор с ламинированным сердечником, используемый в источниках питания. Сделанный из стальных пластин, обернутых двумя катушками проволоки, соотношение витков между «первичной» входной катушкой и «вторичной» выходной катушкой определяет изменение напряжения. Например, если первичная обмотка имеет 1000 обмоток, а вторичная — 100, входное напряжение 120 В будет изменено на 12 В.

Через электромагнитную индукцию
Существует множество архитектур трансформаторов, и они охватывают весь диапазон размеров. Маленькие используются в бесчисленных черных ящиках, которые подключаются к стене и создают низкое напряжение постоянного тока для каждого электронного устройства, в то время как трансформаторы весом в тонны используются для передачи 50 000 вольт переменного тока по национальной электросети.Однако все они работают за счет электромагнитной индукции. Изменяющийся ток в первичной катушке индуцирует напряжение на вторичной катушке.

Импульсные источники питания
Чем больше ток, необходимый для питания устройства, тем толще провода в катушках и тем больше трансформатор. Однако, если используется высокая частота, количество обмоток может быть уменьшено, чтобы трансформатор был небольшим. Для этого поступающее напряжение преобразуется в постоянное (выпрямленное), а высокочастотный генератор подает импульсы на транзистор, который передает выпрямленное напряжение в виде прямоугольных волн в «импульсный трансформатор».«Импульсы включения / выключения постоянного тока вызывают изменение тока в первичной катушке точно так же, как и переменный ток. Эта прямоугольная волна превращает источник питания в« импульсный источник питания ». См. Адаптер питания, источник питания и стенная бородавка.

Импульсный источник питания

Для уменьшения количества обмоток в катушках трансформатора используется высокочастотный импульсный трансформатор. Это гипотетический пример; напряжения и частоты меняются. Например, генератор может генерировать частоты от 1 кГц до 200 кГц.Ниже представлена ​​упрощенная принципиальная схема этого источника питания.

Трансформатор

---

2

Исследования могут снизить экономические потери электростанций после землетрясений

1 октября 2020 г. — На силовых трансформаторах установлены системы вводов, которые играют решающую роль в снабжении населенных пунктов электричеством. Однако эти объекты также подвержены разрушению во время землетрясений….

---

Без привязки: максимальная эффективность беспроводной зарядки с использованием нескольких передатчиков

5 декабря 2020 г. — Ученые разработали стратегию управления, которая позволяет передавать энергию по беспроводной сети через несколько катушек передатчика с максимальной эффективностью. В отличие от традиционных подходов, в которых только …

---

Ученые связывают намагниченность со сверхпроводимостью для квантовых открытий

6 сентября 2019 г. — В недавнем исследовании ученые создали миниатюрную сверхпроводящую схему на основе микросхемы, которая связывает квантовые волны магнитных спинов, называемые магнонами, с эквивалентными фотонами…

---

Использование возможностей «спин-орбитальной» связи в кремнии: масштабирование квантовых вычислений

7 декабря 2018 г. — Исследовательские группы изучают несколько способов масштабирования вычислительных архитектур на основе атома с использованием спин-орбитальной связи, продвигаясь к своей цели создания квантового устройства на основе кремния …

---

Спинами электронов в медленно движущихся квантовых точках могут управлять электрические поля

15 января 2020 г. — В новой статье представлен теоретический анализ электронных спинов в движущихся полупроводниковых квантовых точках, показывающий, как ими можно управлять с помощью электрических полей, что предполагает их применимость…

---

Физики открыли новый магнитоэлектрический эффект

14 сентября 2020 г. — Обнаружен специальный материал, который демонстрирует новый удивительный эффект: его электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля. Этот эффект работает совершенно иначе, чем обычно. Это может быть …

---

Повышение коэффициента магнитосопротивления открывает двери для высокочувствительных датчиков магнитного поля

20 декабря 2018 г. — Создав новую многослойную структуру с повышенным коэффициентом магнитосопротивления, исследователи показывают, что можно повысить чувствительность к магнитному полю…

---

Осмысление гибких сенсорных систем

28 января 2020 г. — Группа исследователей разработала самую тонкую и легкую в мире матричную систему магнитных датчиков, которая визуализирует двумерное распределение магнетизма на различных поверхностях с …

---

Концерт магнитных моментов

13 июня 2019 г. — Исследователи открыли новый способ, с помощью которого спины электронов в слоистых материалах могут …

---

Сохранение хладнокровия с помощью квантовых ям

Октябрь3 февраля 2019 г.