Site Loader

Содержание

Что такое трансформатор

Что такое трансформатор

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока. Такое определение трансформатору дает ГОСТ 16110-82.

Трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку для различных нужд в областях  электроэнергетики, электроники и радиотехники.

Конструктивно трансформатор состоит из одной, как в автотрансформаторах, или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), намотанных, обычно, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала, охватываемых при этом общим магнитным потоком.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора строится на двух базовых принципах:


  • Электромагнетизм — изменяющийся  во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле;

  • Электромагнитная индукция — изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт электродвижущую силу (ЭДС) в этой обмотке.

Практически все современные трансформаторы работают по одному и тому же принципу. На одну из обмоток, которую называют первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. Под действием электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, включая первичную, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону относительно магнитного потока.

Некоторые трансформаторы, работающие на высоких или сверхвысоких частотах,  не имеют магнитопровода.

Трансформаторы, как электромагнитныеустройства, имеют несколько режимов работы:


  • Режим холостого хода. Этот режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. При помощи холостого хода определяют КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

  • Нагрузочный режим. Данный режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Этот режим — основной рабочий для трансформатора.

  • Режим короткого замыкания. Такой режим получается как результат замыкания вторичной цепи накоротко. С помощью этого режима определяют потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Тип трансформатора определяется при помощи коэффициента трансформации, значение которого рассчитывается как отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

k = N1/N2

При k >1 трансформатор будет понижающим, а при k < 1 повышающим.

ООО «ТД «Автоматика» уже более 10 лет поставляет трансформаторы различных типов предприятиям электроэнергетики и промышленности. Наша компания имеет партнерские отношения с большинством производителей трансформаторов и может предложить своим клиентам данные изделия по привлекательным ценам. Мы поможем вам правильно подобрать трансформатор, в полном соответствии с требованиями технической и проектной документации. Каталог трансформаторов постоянно обновляется. Кроме данного сайта, у нас имеется тематический сайт по трансформаторному оборудованию.

Трансформаторы

 

3.6. Трансформаторы

 

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, надетых на общий сердечник. Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а катушка, к которой присоединяется нагрузка (потребители электрической энергии), — вторичной (рис. 3.22). Сердечники трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали и набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин (для уменьшения потерь энергии вследствие возникновения в сердечнике вихревых токов) – рисунок

3.23.

Катушки трансформатора, как правило, содержат разное количество витков, причем большее напряжение оказывается приложено к катушке с большим числом витков. Если трансформатор используется для повышения напряжения, то обмотка с меньшим числом витков подключается к источнику напряжения, а к обмотке с большим числом витков присоединяется нагрузка. Для понижения напряжения все делается наоборот. При этом не следует забывать, что подавать на первичную обмотку можно напряжение не больше номинального (того, на которое она рассчитана).

Коэффициентом трансформации называют отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Он равен также отношению ЭДС в обмотках.      

При отсутствии потерь в обмотках коэффициент трансформации равен отношению напряжений на зажимах обмоток: k=U1/U2.

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для повышающего — меньше 1.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При протекании переменного тока через первичную катушку вокруг нее возникает перемененное магнитное поле и магнитный поток, который пронизывает также и вторую катушку. В результате во вторичной катушке появляется вихревое электрическое поле и на ее зажимах возникает ЭДС индукции.

Трансформатор характеризуется коэффициентом полезного действия, равным отношению мощности, выделяющейся во вторичной катушке, к мощности, потребляемой первичной катушкой от сети. У хороших трансформаторов КПД составляет 99 — 99,5%.

Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать сопротивление нагрузки. Рассмотрим трансформатор с КПД приблизительно равным 100%. В этом случае мощность, выделяющаяся во вторичной цепи трансформатора, будет равна мощности, потребляемой первичной обмоткой от источника напряжения. Для такого трансформатора мощность, потребляемая от источника напряжения, будет чисто активной. Мощность в первичной цепи трансформатора P

1=(U12)/R1, а во вторичной цепи P2=(U22)/R2.

Так как P1=P2 и U1=kU2 , то R1=k2R2.

Таким образом, нагрузка сопротивлением R2, подключаемая к источнику переменного напряжения через трансформатор, по мощности будет эквивалентна нагрузке сопротивлением R1, подключаемой без трансформатора.

Для регулировки переменного напряжения широко применяются лабораторные автотрансформаторы. Автотрансформаторы рассчитаны на подключение к сети переменного напряжения 220 В или 127 В. Как правило, выходное напряжение автотрансформатора регулируется плавно до 250 В. Принципиальная схема автотрансформатора приведена на рисунке 

3.24а, а его устройство

показано на рисунке 3.24 б. Обмотка трансформатора выполнена изолированным проводом в один слой. На участках обмотки, которых касается подвижный контакт с угольной вставкой, изоляция очищена. При перемещении контакта угольная вставка закорачивает виток провода. Однако вследствие небольшого напряжения на одном витке и заметного сопротивления угольной вставки через замкнутый виток протекает допустимый ток.

Первичная обмотка автотрансформатора является частью его вторичной обмотки и поэтому между первичной и вторичной обмоткой трансформатора имеется гальваническая связь. К вторичной обмотке автотрансформатора нельзя непосредственно подключать потребители, один из проводов которых может оказаться соединенным с землей. Такое подключение приведет к аварии или несчастному случаю.

При работе с автотрансформатором запрещается заземлять вторичную цепь.

Рассмотрим кратко простейший расчет маломощных трансформаторов бытовой радиоаппаратуры. Мощность трансформатора (в Вт) численно равна квадрату площади (в см2) поперечного сечения среднего стержня магнитопровода. Зная номинальную мощность трансформатора, можно  найти ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке во вторичных обмотках. Диаметр провода обмотки выбирается из расчета (2,5-3)А/мм

2 поперечного сечения провода. Для стандартных магнитопроводов, применяемых для изготовления трансформаторов, число витков на 1 вольт примерно равно частному от деления 50 на площадь поперечного сечения центрального стержня магнитопровода, выраженную в см2. Однако в зависимости от качества магнитопровода коэффициент может изменяться от 35 до 65.

Полное сопротивление катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником зависит от силы протекающего через нее тока. Сопротивление катушки в зависимости от силы протекающего тока сначала увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. На рисунке

3.25 приведена зависимость тока, протекающего в обмотке ненагруженного трансформатора, от приложенного к ней напряжения (исследован трансформатор источника ВУ-4/36 в режиме повышения напряжения).

Зависимость, приведенную на рисунке 3.25, называют характеристикой холостого хода трансформатора. Нелинейное возрастание тока холостого хода в зависимости от приложенного к первичной обмотке напряжения начинается примерно с 0,8Uном. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора выбирают так, чтобы ток холостого хода составлял 5-10% от номинального тока. При напряжении 1,1Uном ток холостого хода не должен превышать 20-25% номинального тока нагруженного трансформатора.

 

 

ТРАНСФОРМАТОР — это… Что такое ТРАНСФОРМАТОР?

ТРАНСФОРМАТОР
ТРАНСФОРМАТОР, устройство для преобразования переменного тока и НАПРЯЖЕНИЯ с сохранением частоты. Состоит из двух или более проволочных обмоток, намотанных на сердечник и индуктивно связанных. Входной ток подается на одну из обмоток (первичную), выходной снимается с другой обмотки (вторичной). Если пренебречь потерями на сердечнике, отношение входного и выходного напряжений равно отношению числа витков проволоки на первой обмотке к числу витков второй. см. также ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.

Научно-технический энциклопедический словарь.

Синонимы:
  • ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
  • ТРАНСФОРМНЫЙ СБРОС

Смотреть что такое «ТРАНСФОРМАТОР» в других словарях:

  • трансформатор — Статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем …   Справочник технического переводчика

  • ТРАНСФОРМАТОР — (от латинского transformo преобразую) электрический, устройство для преобразования переменного напряжения по величине. Состоит из одной первичной обмотки и одной или нескольких вторичных и ферромагнитного сердечника (магнитопровода). Основные… …   Современная энциклопедия

  • ТРАНСФОРМАТОР — прибор для превращения переменных токов малой силы и большого напряжения в токи большой силы и малого напряжения, или обратно. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке. Попов М., 1907. трансформатор I. (лат.… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • трансформатор — преобразователь; актер, фокусник Словарь русских синонимов. трансформатор сущ., кол во синонимов: 7 • автотрансформатор (2) • …   Словарь синонимов

  • ТРАНСФОРМАТОР — (автотрансформатор) аппарат, понижающий или повышающий напряжение переменного тока. Трансформатором, понижающим напряжение до безопасной величины, пользуются для питания электрических звонков переменного тока (обычно трансформатор составляет… …   Краткая энциклопедия домашнего хозяйства

  • Трансформатор — (от латинского transformo преобразую) электрический, устройство для преобразования переменного напряжения по величине. Состоит из одной первичной обмотки и одной или нескольких вторичных и ферромагнитного сердечника (магнитопровода). Основные… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ТРАНСФОРМАТОР — (от лат. transformo преобразую) устройство для преобразования каких либо существенных свойств энергии (напр., электрический трансформатор, гидротрансформатор) или объектов (напр., фототрансформатор) …   Большой Энциклопедический словарь

  • трансформатор — а, м. transformateur &LT;лат. tranformaro &LT; trans через, сквозь + formo придаю вид, образовываю. 1. Преобразователь чего л. из одного вида, состояния в другой вид, другое состояние. &LT; Кристаллические фосфоры&GT; превращают один вид света в… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • ТРАНСФОРМАТОР — ТРАНСФОРМАТОР, трансформатора, муж. (от лат. transformo придаю другой вид). 1. Преобразователь, переделыватель (книжн. редк.). 2. Аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения (физ., тех.). 3.… …   Толковый словарь Ушакова

  • ТРАНСФОРМАТОР 1 — ТРАНСФОРМАТОР 1, а, м. Устройство для преобразования видов, форм или свойств энергии. Электрический т. (электромагнитный аппарат, меняющий напряжение тока). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

Книги

  • Трансформатор, Портнягин Дмитрий. Дмитрий Портнягин — бизнес-блогер № 1 в России по охвату аудитории, долларовый миллионер, основатель логистической компании «ТранзитПлюс» . Дмитрий Портнягин — простой парень родом из Тынды,… Подробнее  Купить за 844 руб
  • Трансформатор 2. Как развить скорость в бизнесе и не сгореть, Портнягин Дмитрий. Дмитрий Портнягин — бизнес-блогер № 1 (YouTube-канал «Трансформатор»- 1, 35 млн подписчиков)*, серийный предприниматель, основатель бизнес-сообщества» Трансформатор» и автор самой продаваемой… Подробнее  Купить за 774 руб
  • Трансформатор 2 Как развить скорость в бизнесе и не сгореть, Портнягин Д.. Дмитрий Портнягин — автор самого популярного* бизнес-канала на YouTube («Трансформатор» — 1, 35 миллиона подписчиков) и самой успешной** бизнес-книги в России. Более 200 тысяч экземпляров… Подробнее  Купить за 620 руб
Другие книги по запросу «ТРАНСФОРМАТОР» >>

Трансформатор — это… Что такое Трансформатор?

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока (ГОСТ 16110-82).

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.[1]

Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).[1]

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.[1]

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока[2].

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.[1]

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[2]. В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.[3]

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).[4]

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.[5]

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.[5]

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке,
N2 — число витков во вторичной обмотке,
Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,
N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение[6]:

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[7]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[8]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[9] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

Режимы работы трансформатора

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

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

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

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью[10] компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе на холостом ходу при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 б).

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке. Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе с нагрузкой при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 в).

Теория трансформаторов

Уравнения линейного трансформатора.

Пусть i1, i2 — мгновенные значения тока в первичной и вторичной обмотке соответственно, u1 — мгновенное напряжение на первичной обмотке, RH — сопротивление нагрузки. Тогда

Здесь L1, R1— индуктивность и активное сопротивление первичной обмотки, L2, R2— то же самое для вторичной обмотки, L12— взаимная индуктивность обмоток. Если магнитный поток первичной обмотки полностью пронизывает вторичную, то есть если отсутствует поле рассеяния, то . Индуктивности обмоток в первом приближении пропорциональны квадрату количества витков в них.

Мы получили систему линейных дифференциальных уравнений для токов в обмотках. Можно преобразовать эти дифференциальные уравнения в обычные алгебраические, если воспользоваться методом комплексных амплитуд.

Для этого рассмотрим отклик системы на синусоидальный сигнал u1=U1 e-jω t (ω=2π f, где f — частота сигнала, j — мнимая единица). Тогда i1=I1 e-jω t и т. д., сокращая экспоненциальные множители получим

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jω L12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

Метод комплексных амплитуд позволяет исследовать не только чисто активную, но и произвольную нагрузку, при этом достаточно заменить сопротивление нагрузки Rн её импедансом Zн. Из полученных линейных уравнений можно легко выразить ток через нагрузку, воспользовавшись законом Ома— напряжение на нагрузке, и т. п.

Т-образная схема замещения трансформатора.

На рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с подключенной нагрузкой, как он видится со стороны первичной обмотки.

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — индуктивности первичной и вторичной обмотки, связанные с рассеянием,R1п, R2п — активные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

Потери в трансформаторах

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

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

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

КПД трансформатора

КПД трансформатора находится по следующей формуле:

        

где

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

Виды трансформаторов

Трансформатор Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (100-750 кВ), городских электросетей (как правило 6 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала!

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса[12]. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.[13] Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации[14][15]. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — выполняется из электротехнической стали, пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2, 4 и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень[16]

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо[16]

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции[17].

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Y-соединение («звезда»), где каждая обмотка соединена одним из концов с общей точкой, называемой нейтральной. Различают «звезду» с выводом от общей точки (обозначение Y0 или Yn) и без него (Y)
  • Δ-соединение («треугольник»), где три фазных обмотки соединены последовательно
  • Z-соединение («зигзаг»). При данном способе соединения каждая фазная обмотка состоит из двух одинаковых частей, размещенных на разных стержнях магнитопровода и соединенных последовательно, встречно. Полученные три фазные обмотки соединяются в общей точке, аналогично «звезде». Обычно применяется «зигзаг» с отводом от общей точки (Z0)

Как первичная, так и вторичная обмотки трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше, в любых комбинациях. Конкретный способ и комбинация определяются назначением трансформатора.

Y-соединение обычно применяется для обмоток, работающих под высоким напряжением. Это объясняется многими причинами:

— обмотки трехфазного автотрансформатора могут быть соединены только «звездой»;

— когда вместо одного сверхмощного трехфазного трансформатора применяют три однофазных автотрансформатора соединить их иным способом невозможно;

— когда вторичная обмотка трансформатора питает высоковольтную линию, наличие заземленной нейтрали снижает перенапряжения при ударе молний. Без заземления нейтрали невозможна работа дифференциальной защиты линии, в части утечки на землю. При этом первичные обмотки всех принимающих трансформаторов на этой линии не должны иметь заземленной нейтрали;

— существенно упрощается конструкция регуляторов напряжения (переключателей отпаек). Размещение отпаек обмотки с «нейтрального» конца обеспечивает минимальное количество групп контактов. Снижаются требования к изоляции переключателя, т.к. он работает при минимальном напряжении относительно Земли;

— это соединение наиболее технологично и наименее металлоемко.

Соединение в «треугольник» применяется в трансформаторах, где одна обмотка уже соединена «звездой», в особенности с выводом нейтрали.

Эксплуатация все еще широко распространенных трансформаторов со схемой Y/Y0 оправдана, если нагрузка на его фазы одинаковая (трехфазный двигатель, трехфазная электропечь, строго рассчитанное уличное освещение и пр.) Если же нагрузка несимметричная (бытовая и прочая однофазная), то магнитный поток в сердечнике выходит из равновесия, а нескомпенсированный магнитный поток (так называемый «поток нулевой последовательности») замыкается через крышку и бак, вызывая их нагрев и вибрацию. Первичная обмотка не может этот поток скомпенсировать, т.к. её конец соединен с виртуальной нейтралью, не соединенной с генератором. Выходные напряжения будут искажены (возникнет «перекос фаз»). Для однофазной нагрузки такой трансформатор по сути является дросселем с разомкнутым сердечником, и полное его сопротивление велико. Ток однофазного короткого замыкания будет сильно занижен по сравнению с расчетным (для трехфазного к.з.), что делает ненадежной работу защитной аппаратуры.

Если же первичная обмотка соединена треугольником (трансформатор со схемой Δ/Y0), то обмотки каждого стержня имеют два вывода как к нагрузке, так и к генератору, и первичная обмотка может подмагничивать каждый стержень в отдельности, не влияя на два других и не нарушая магнитное равновесие. Однофазное сопротивление такого трансформатора будет близко к расчетному, перекос напряжения практически устранен.

С другой стороны, у обмотки треугольником усложняется конструкция переключателя отпаек (контакты под высоким напряжением).

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей и кратным ей гармоникам тока внутри кольца, образованного тремя последовательно соединёнными обмотками. Замыкание токов третьей гармоники необходимо для снижения сопротивления трансформатора несинусоидальным токам нагрузки (нелинейная нагрузка)и поддержания его напряжения синусоидальным. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов[18][19] (не закончена, в работе)
Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряжения
холостого хода*
Условное
обозначение
ВН НН
У/Д-11

Примечание: на диаграмме зелёным цветом обозначены векторы обмотки Звезда, синим — Треугольник, красным смещение вектора AB.

В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

Бак

Бак в первую очередь представляет собой резервуар для масла, а также обеспечивает физическую защиту для активного компонента. Он также служит в качестве опорной конструкции для вспомогательных устройств и аппаратуры управления.

Перед заполнением маслом бака с активным компонентом внутри из него выкачивается весь воздух, который может подвергнуть опасности диэлектрическую прочность изоляции трансформатора (поэтому бак предназначен для выдерживания давления атмосферы с минимальной деформацией).

Ещё одним явлением, учитываемым при проектировании баков, является совпадение звуковых частот, вырабатываемых сердечником трансформатора, и частот резонанса деталей бака, что может усилить шум, излучаемый в окружающую среду.

Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Чаще всего устанавливается отдельный расширительный бачок, который также называется расширителем.

При увеличении номинальной мощности трансформатора воздействие больших токов внутри и снаружи трансформатора оказывает влияние на конструкцию. То же самое происходит с магнитным потоком рассеяния внутри бака. Вставки из немагнитного материала вокруг сильноточных проходных изоляторов снижают риск перегрева. Внутренняя облицовка бака из высокопроводящих щитков не допускает попадания потока через стенки бака. С другой стороны, материал с низким магнитным сопротивлением поглощает поток перед его прохождением через стенки бака.

Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивание син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

В схемах трёхфазных трансформаторах «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

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

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

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

Применение в источниках электропитания

Компактный сетевой трансформатор

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

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

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

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

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

Другие применения трансформатора

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

Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформатор T1. Трансформатор T2 суммирует выходные импульсы VT1 и VT2 в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

  • Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широкодоступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

Эксплуатация

Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

  1. Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.
  2. Технический срок службы

Работа в параллельном режиме

Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери холостого хода, поэтому вместо него подключают несколько трансформаторов меньшей мощности, которые отключаются, если в них нет необходимости.

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее[20]:

  1. Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями.
  2. Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.
  3. Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению.
  4. Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %.
  5. Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3.
  6. Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе.

Другими словами, это значит, что следует использовать наиболее схожие трансформаторы. Одинаковые модели трансформаторов являются лучшим вариантом. Отклонение от вышеприведенных требований возможны при использовании соответствующих знаний.

Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При этом необходимо принять во внимание, что возможно потребуется заменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Регулирование напряжения трансформатора

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети.[21]

Диагностика причин неисправности

Вид неисправности Причина
Перегрев Перегрузка
Перегрев Низкий уровень масла
Перегрев Замыкания
Перегрев Недостаточное охлаждение
Пробой Перегрузка
Пробой Загрязнение масла
Пробой Низкий уровень масла
Пробой Старение изоляции витков
Обрыв Плохое качество пайки
Обрыв Сильные электромеханические деформации при КЗ
Повышенное гудение Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода
Повышенное гудение Перегрузка
Повышенное гудение Несимметричная нагрузка
Повышенное гудение КЗ в обмотке
Появление воздуха в газовом реле (с термосифонным фильтром) Заглушен термосифонный фильтр, воздух появляется в газовом реле через заглушку

Перенапряжения трансформатора

Виды перенапряжений

В процессе использования трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие параметры. Данные перенапряжения классифицируются по их продолжительности на две группы:

  • Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.
  • Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Трансформатор также может быть подвергнут комбинации кратковременных и переходных перенапряжений. Кратковременные перенапряжения могут следовать сразу за переходными перенапряжениями.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

  • Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.
  • Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключаются или подключаются к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.
Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Трансформаторы должны пройти определённые испытания электрической прочности изоляции перед выпуском с завода. Прохождение данных испытаний свидетельствуют о вероятности бесперебойной эксплуатации трансформатора.

Испытания описаны в международных и национальных стандартах. Трансформаторы, прошедшие испытания, подтверждают высокую надёжность эксплуатации.

Дополнительным условием высокой степени надёжности является обеспечение приемлемых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут более серьёзным перенапряжениям по сравнению с условиями тестовых испытаний.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайную важность планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут возникнуть в силовой системе. Для нормального выполнения данного условия необходимо понимание происхождения различных типов перенапряжений. Величина различных типов перенапряжений является статистической переменной. Способность изоляции выдерживать перенапряжения также является статистической переменной.

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 Харламова Т. Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учебное пособие.-СПб: СЗТУ, 2006. 126 с.
  2. 1 2 Кислицын А. Л. Трансформаторы: Учебное пособие по курсу «Электромеханика».- Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 76 с ISBN 5-89146-202-8
  3. Силовые трансформаторы: основные вехи развития к.т. н. Савинцев Ю.М. Доступно на 25.01.2010
  4. Силовой трансформатор: этапы эволюции. Д.т. н., проф. Попов Г. В. на transform.ru. Доступно на 02.08.2008
  5. 1 2 История трансформатора на energoportal.ru. Доступно на 02.08.2008
  6. Winders Power Transformer Principles and Applications. — P. 20–21.
  7. Толмачёв — лекция 8
  8. История Трансформатора
  9. Flanagan William M. Handbook of Transformer Design and Applications. — McGraw-Hill Professional. — P. Chap. 1, p. 1–2. — ISBN 0070212910
  10. В случае достаточной индуктивности трансформатора и частоты тока.
  11. 1 2 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm Дубовицкий Г. П. Трансформаторы
  12. Словарь Бензаря
  13. ГОСТ 30030-93 Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования (МЭК 742-83)
  14. Ассоциативное запоминающее устройство — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  15. Не стоит путать с «трансфлюктором», который выполняет роль фильтра.
  16. 1 2 ГОСТ 16110-82. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Термины и определения
  17. ABB Transformer Handbook
  18. ГОСТ 11677-85. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ: Общие технические условия
  19. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Учебник для техникумов для электротехнических и энергетических специальностей. М., «Высшая школа», 1971, 416с.
  20. IEC 60076-8. Силовые трансформаторы — Руководство по применению, пункт 6, страницы 81-91.
  21. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

Нормативные документы

Литература

  1. Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.
  2. Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.
  3. Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
  4. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989—352 с ISBN 5-06-000450-3
  5. Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.
  6. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981—392 с.
  7. Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.
  8. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976. — 544 с.
  9. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. С. В. Котенев, А. Н. Евсеев. — М.: Горячая линия — Телеком, 2011. — 287 с.

Ссылки

Трансформатор

Виды трансформаторов

 

Электрический трансформатор. Основное оборудование электрических станций и подстанций.

Основное оборудование электрических станций и подстанций

Трансформатор

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  • Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  • Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т.д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П.Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Основные части конструкции трансформатора

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надежность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода

Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т.н. «потери в стали»).

Режим нагрузки

Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенными источником в первичной и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. В вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

Режим короткого замыкания

Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Режим холостого хода

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, равен переменному току намагничивания, нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала, трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подаётся переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим нагрузки

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Силовой трансформатор постоянного тока используется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».

Автотрансформатор

Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.

Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку (отличие от шунтовых схем измерения тока). Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала! Поэтому по правилам технической эксплуатации необходимо неиспользуемые вторичные обмотки закорачивать, а все вторичные обмотки трансформаторов тока подлежат заземлению.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

История создания трансформаторов

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г.Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. В 1885г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50%, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.



Электрический трансформатор

Трансформатор – это устройство, главным назначением которого является преобразование электрического тока. Он изменяет напряжение тока посредством электромагнитной индукции.

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

 

  • Изменяющийся во времени электрический ток создает изменяющееся во времени магнитное поле.
  • Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, электромагнитную индукцию в этой обмотке. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать. Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток.

 


В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии.

 

 

 

Режимы работы трансформатора


1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт.

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

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора.

4. Режим холостого хода. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены, ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, невелик. Для трансформатора с сердечником из магнито-мягкого материала ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода.

5. Режим короткого замыкания. В режиме короткого замыкания на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора.

6. Режим с нагрузкой. При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

 

 

 

 

Виды электрических трансформаторов

 


Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов, подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока.

Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического. Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками.

Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем. Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Сдвоенный дроссель — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов. Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

 

 

 

 

Применение трансформаторов в электросетях

 


Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Трансформаторы понижающие электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью.

 

 

 

 

Применение трансформаторов в источниках электропитания

 


Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы.

Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение. Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

 

 

 

 

Эксплуатация электрических трансформаторов

 


Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории: Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего электрического трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.

 

 

 

 

Что такое трансформатор? | Компьютер и жизнь

Приветствую, друзья!

Мы с вами уже знакомились с тем, как работают некоторые «кирпичики», из которых состоит современный компьютер.

Вы уже знаете, как работают диоды, а также полевые и биполярные транзисторы.

Сегодня мы с вами узнаем, как устроен еще один такой «кирпичик» — трансформатор.

Он не просто жужжит или гудит, но выполняет очень важные функции!

Если бы не изобрели эту штуку, у нас не было бы ничего – не телевидения, ни радио, ни компьютеров, ни электрического света в домах.

Мы не будем рассматривать подробно всё многообразие трансформаторов (их много), но ограничимся тем, что имеет отношения к компьютеру и периферийным устройствам.

Что такое трансформатор?

Слово «трансформатор» происходит от латинского transformo (преобразовывать). Мы рассмотрим трансформаторы — преобразователи напряжения, как наиболее нас интересующие.

Бывают еще другие трансформаторы, например, тока.

Трансформатор напряжения позволяет получить напряжение одной величины из напряжения другой величины. Все вы видели высоковольтные линии с высокими опорами, по которым передается высокое напряжение 6000, 35 000, 110 000, 220 000 или 500 000 Вольт.

В домашней же электрической сети и присутствует напряжения 220 вольт (В). Преобразование высокого напряжения в 220 В осуществляется с помощью здоровенных трансформаторов в тонны весом, которые находятся в трансформаторных подстанциях.

Из напряжения 220 В мы можем получить дома более низкое напряжение нужной величины с помощью небольшого трансформатора. Удобно, не правда ли?

Как устроен трансформатор

Низкочастотный трансформатор содержит в себе сердечник из сплава на основе железа и размещенные на нем обмотки из провода. В упрощенном виде трансформатор содержит две обмотки — первичную и вторичную. Они изолированы друг от друга и не имеют электрического контакта.

На первичную обмотку подается преобразуемое напряжение, со вторичной снимается напряжение, нужное нам.

Это и отражено в символическом изображении трансформатора в электрических схемах. Обмотки изображают в виде волнистых линий с отводами, сердечник — одной (или несколькими, зависит от стандарта) прямой линией.

При подаче переменного тока в первичную обмотку в ней возникает переменное магнитное поле.

Магнитное поле характеризуется такой числовой величиной, как магнитный поток.

Чем больше ток в первичной обмотке и чем больше там витков, тем сильнее возникающий магнитный поток.

Это магнитный поток наводит (генерирует) переменное напряжение во вторичной обмотке.

Если подключить к вторичной обмотке нагрузку, по ней потечет переменный ток. Следует отметить, что частота переменного напряжение во вторичной обмотке будет равна частоте напряжения в первичной обмотке.

Что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного напряжения? Появится ли постоянное напряжение на вторичной обмотке, ведь при протекании тока в первичной обмотке в ней генерируется магнитный поток?

Нет, не появится! Напряжение во вторичной обмотке находится только при переменном магнитном потоке, а при постоянном токе он постоянен.

Роль сердечника заключается в том, что он почти полностью концентрирует в себе магнитный поток.

Без сердечника магнитная связь обмоток было бы слабее.

И мощность, отдаваемая вторичной обмоткой в нагрузку, было бы гораздо меньше.

Полная теория трансформатора довольно сложна.

Чтобы исчерпывающим образом описать его работу, необходимо применять математический аппарат с интегралами, производными и прочими сложными понятиями.

Мы не будем здесь этого делать, но приведем несколько базовых соотношений, имеющих практическую пользу.

Габаритная мощность и КПД трансформатора

Для начала отметим, что, чем больше поперечное сечение сердечника (или магнитопровода) трансформатора, тем большую мощность можно получить на вторичных обмотках.

Именно поэтому большие трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях и питающие несколько многоэтажек, имеют большой вес и габариты.

Маломощные трансформаторы, отдающие мощность в несколько Ватт (Вт), умещаются на ладони.

Трансформатор характеризуется габаритный мощностью, т.е. суммарной мощностью, отдаваемой всеми вторичными обмотками.

Как известно, мощность Р2 = U2 * I2, где U2, I2 – соответственно, напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора.

Отметим, что не вся мощность, потребляемая первичной обмоткой от источника передается во вторичную. Часть мощности идет на нагрев проводов и сердечника. Кроме того, некоторая часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, рассеивается в пространстве и не участвуют в наведении напряжения во вторичных обмотках.

Именно поэтому, КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора, т.е. отношение мощности вторичной обмотки P2 к мощности первичной обмотки P1 меньше 100%.

КПД: η = P2 / P1

В общем случае, чем больше габаритная мощность трансформатора, тем больше его КПД.

КПД маломощных трансформаторов может составлять величину 60 – 80%. КПД мощных трансформаторов в распределительных подстанциях может иметь величину 99% .

Провода в обмотках нагреваются потому, что они имеют не нулевое сопротивление. Прохождения тока по проводнику, обладающему сопротивлением, вызывает, по закону Джоуля-Ленца, его нагрев.

Именно поэтому обмотки трансформатора выполняют из меди, как материала, обладающего низким удельным сопротивлением.

Количество витков на вольт и сечение магнитопровода трансформатора

Напряжение на вторичной обмотке пропорционально количеству витков провода в ней. Чем больше витков, тем больше напряжение на ней.

Маломощный трансформатор характеризуется такой вспомогательной величиной, как количество витков на вольт.

Она связана достаточно сложной зависимостью с сечением магнитопровода трансформатора.

Для маломощных однофазных трансформаторов c сердечником из отдельных пластин приближённая формула имеет вид:

w = 50/S, где S — сечение магнитопровода в кв. сантиметрах, w – количество витков на вольт.

Таким образом, если сечение магнитопровода имеют величину, скажем 4 кв. см, то для него w = 50/4 = 12,5.

Если первичная обмотка рассчитана на напряжение 220 вольт количество витков в ней должно быть: w1 = 220*12,5 = 2750. А если нам надо, например, иметь 15 вольт на вторичной обмотке, надо намотать w2 = 15*12,5 = 188 витков.

В заключение первой части рассмотрим, что такое коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации трансформатора

Трансформатор характеризуется ещё такой величиной, как коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации k — это отношение напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки: k = U2/U1. Если имеется несколько вторичных обмоток разными напряжениями, то для каждой будет свой коэффициент трансформации.

Из вышесказанного видно, что коэффициент трансформации определяется соотношением витков вторичной и первичной обмоток: k = w2/w1.

Для приведенных выше цифр в примере k = 15/220 = 188/2750 = 0,068

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации будет меньше единицы, для повышающего – больше.

Бывают трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице.

В этом случае трансформатор служит для гальванической развязки разных частей схемы.

Во второй части мы продолжим знакомство с этой интересной штуковиной.

Можно еще почитать:

Как устроен компьютерный блок питания. Часть 1.

Как устроен компьютерный блок питания. Окончание.


Что такое трансформатор? | FierceElectronics

Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует принцип электромагнитной индукции для передачи энергии от одной электрической цепи к другой. Он предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения между цепями при сохранении частоты тока. Трансформаторы делают это без проводящего соединения между двумя цепями. Это возможно благодаря применению закона индукции Фарадея, который описывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Базовый трансформатор состоит из трех частей: магнитопровода, первичной обмотки и вторичной обмотки. Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока под напряжением. Это создает переменное магнитное поле, окружающее обмотку. Это вызывает ЭДС во вторичной обмотке. Если цепь вторичной обмотки замкнута, то по ней будет протекать переменный ток. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник, который обычно изготавливается из многослойных стальных листов и обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного поля.Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками. В понижающем трансформаторе вторичная обмотка будет иметь меньше витков, чем первичная, а в повышающем трансформаторе — больше.

Базовая конструкция трансформатора Shutterstock

Первый трансформатор был изобретен в 1884 году в Англии и произвел революцию в способах использования переменного тока. Этот трансформатор был впервые использован в первой электростанции переменного тока, паровой электростанции Рим-Черки, в 1886 году.Используя трансформатор, можно было генерировать переменный ток и подавать на него высокое напряжение (от 1400 до 2000 вольт), а затем понижать его до более безопасного и пригодного для использования напряжения для использования в домах и на предприятиях.

Хотя эта первоначальная базовая конструкция используется до сих пор, современные трансформаторы используются для самых разных целей. Те, которые используются на электростанциях, могут быть высотой в несколько этажей и использоваться для передачи энергии при высоком напряжении, что более эффективно, чем при низком напряжении, поскольку снижает потери мощности из-за тепла.Преобразователи сигналов и аудио намного меньше по размеру и используются для согласования выхода микрофонов и других аудиоустройств с входом усилителей. Измерительные трансформаторы преобразуют мощность основной линии электропередачи в более низкое напряжение, которое затем можно измерить для определения выходной мощности без повреждения чувствительного оборудования. Импульсные трансформаторы доставляют импульсы из первичной цепи во вторичную цепь для передачи цифровой информации на логические вентили или драйверы в электронных устройствах.

Большинство приведенных выше приложений описывает однофазные трансформаторы.Этот тип трансформатора имеет одну первичную обмотку и одну вторичную обмотку. Однако трансформаторы также бывают трехфазными. Трехфазные трансформаторы имеют три набора обмоток. Эти трансформаторы используются для питания промышленных нагрузок и генерации трехфазной энергии.

Для обзора вот основы трансформатора:

  • Трансформатор использует электромагнитную индукцию для передачи переменного тока от одной цепи к другой, увеличивая или уменьшая напряжение.
  • Базовый трансформатор состоит из трех частей: первичной обмотки, вторичной обмотки и магнитопровода.
  • Существуют трансформаторы всех типов размеров и применений, от массивных трансформаторов, используемых на электростанциях, до трансформаторов
  • .
  • крошечных трансформаторов, используемых в электронике.

Разные способы изображения трансформеров Getty Images

    Источники:

    1. https://www.galco.com/comp/prod/trnsfmrs.htm

    2. https://www.dfliq.net/blog/the-basics-of-electrical-transformers/

    3. https: //www.electrical4u.ru / what-is-transformer-определение-принцип-работы-трансформатора /

    Что такое трансформатор? — Основы схемотехники

    Трансформатор — электрическое устройство, предназначенное для передачи электрической энергии от одной цепи к другой с той же частотой. Его также называют статическим механизмом, поскольку он не имеет движущихся частей. Он используется для управления уровнями напряжения между цепями. Он состоит из трех основных частей, которые состоят из двух обмоток и металлического сердечника, на который намотаны обмотки.Эти обмотки имеют форму катушек, изготовленных из хороших токопроводящих материалов. Обмотки трансформатора играют главную роль в машине, поскольку эти обмотки служат в качестве индукторов.

    Анатомия преобразователя a T

    Трансформатор состоит из следующих частей:

    • Первичная обмотка
    • Вторичная обмотка
    • Сердечник
    • Изоляционные материалы
    • Трансформаторное масло
    • Консерватор
    • Сапун
    • Устройство РПН
    • Охлаждающие трубки
    • Реле Бухгольца
    • Взрывоотводчик

    Как работают трансформаторы

    Первичная обмотка, вторичная обмотка и сердечник являются основными частями силового трансформатора.Эти детали очень важны для работы трансформатора.

    Первичная обмотка обычно изготавливается из меди из-за ее высокой проводимости и пластичности. Количество витков катушки должно быть кратно количеству витков вторичной катушки. Он также отвечает за производство магнитного потока. Магнитный поток создается, когда первичная катушка подключена к источнику электричества. Медный провод, используемый в первичной катушке, должен быть тоньше, чем у вторичной катушки, чтобы ток во вторичной катушке был выше, чем в первичной катушке.

    Вторичная обмотка, которая также сделана из меди, принимает магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой. Поток проходит через сердечник и соединяется со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка подает энергию на нагрузку при измененном напряжении. В этой катушке будет индуцироваться напряжение, поэтому обмотка должна иметь большее количество витков по сравнению с первичной обмоткой. Ток, идущий от первичной катушки, будет генерировать переменный магнитный поток в сердечнике, чтобы вызвать электромагнитное соединение между первичной и вторичной катушками.Магнитный поток, который проходит через две катушки, индуцирует электродвижущую силу, величина которой пропорциональна количеству витков катушки.

    Обмотка проволоки катушки и выходное напряжение и ток

    Величина наведенного напряжения, вызванного наведенным током во вторичной катушке, зависит от количества витков катушки во вторичной катушке. Соотношение между витками проволоки и напряжением в каждой катушке определяется уравнением трансформатора :

    Уравнение трансформатора показывает, что отношение входного и выходного напряжений трансформатора равно отношению количества витков на первичной и вторичной обмотках.

    Расчет входного и выходного напряжения / тока в зависимости от первичной и вторичной обмоток

    Соотношение входного и выходного тока и витков катушки трансформатора определяется выражением:

    Данное уравнение показывает, что отношение входного и выходного тока трансформатора равно отношению количества витков двух катушек.

    Оценивая два приведенных выше уравнения, мы можем сделать вывод, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается.Таким же образом, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

    Что такое рейтинг VA?

    ВА или вольт-ампер. обычно используется для определения силы тока при заданном напряжении в трансформаторе. Вольт-ампер также используется для измерения полной мощности в электрической цепи. Этот рейтинг определяет, сколько вольт-ампер способен выдать трансформатор.

    Определение ВА и расчет максимального тока для первичной и вторичной обмоток

    Чтобы рассчитать ток первичной и вторичной обмоток трансформатора с заданной номинальной мощностью, мы используем следующее:

    Для отношения количества витков, напряжения и тока

    Для максимального первичного тока

    Для максимального вторичного тока,

    Обозначение выходного напряжения трансформаторов с центральным отводом

    Трансформатор с центральным отводом также широко известен как «двухфазный трехпроводной трансформатор».Это тип трансформатора, который имеет дополнительный провод, подключенный к середине вторичной обмотки трансформатора. Он обеспечивает два вторичных напряжения: V A и V B, с общим подключением. Эти вторичные напряжения равны подаваемому напряжению, что дает равную мощность каждой обмотке.


    12-0-12 Трансформатор

    A 12-0-12 трансформатор — это понижающий трансформатор с центральным отводом с входным напряжением 220 В переменного тока при 50 Гц и выходным напряжением 24 В или 12 В (среднеквадратичное значение).Он назван трансформатором 12-0-12 из-за выходных потенциалов трех клемм, как показано на рисунке выше. Вторичная обмотка состоит из трех выводов: двух выводов от конца до конца и третьего вывода в качестве центрального отвода. На рисунке выше напряжение будет 24 В на всем протяжении (T 1 и T 3 ). Напряжение на T 1 и T 2 будет 12 В. 0 в 12-0-12 представляет собой контрольную точку с нулевым напряжением.


    Трансформатор

    — обзор | Темы ScienceDirect

    3 Силовые трансформаторы

    Силовой трансформатор используется на подстанции для повышения или понижения входящего и выходящего напряжения.Трансформаторы на распределительных подстанциях всегда понижают входящие напряжения передачи до более низких напряжений, используемых на уровне распределения. Линии распределения отходят от подстанций напряжением 4–25 кВ. Затем мощность передается на распределительный трансформатор, где напряжение дополнительно понижается до напряжения использования, которое находится в диапазоне от 110 до 480 В для прямого использования потребителем.

    Когда трансформатор был изобретен Уильямом Стэнли в 1886 году, первые ограничения на диапазон и уровни мощности энергосистем были сняты.В системе постоянного тока, разработанной Томасом Эдисоном, передаваемая мощность требовала исключительно высоких уровней тока из-за низкого напряжения. Эти высокие уровни тока вызвали большие падения напряжения и потери мощности в линиях передачи. Использование трансформаторов значительно снизило падение напряжения и потери мощности. Основная предпосылка идеального трансформатора заключается в том, что при повышении напряжения в системе уровни тока пропорционально уменьшаются для поддержания постоянной выходной мощности.

    Трансформатор обычно изготавливается одним из двух способов.На рис. 5 показаны следующие основные конфигурации:

    Рис. 5. Однофазные трансформаторы: (A) с сердечником и (B) с корпусом.

    Тип сердечника: Состоит из простой прямоугольной многослойной стальной пластины с обмоткой трансформатора, намотанной с обеих сторон. Обмотка, подключенная к источнику, называется первичной обмоткой, а то, что связано с импедансом или нагрузкой, называется вторичной обмоткой.

    Тип оболочки: Этот тип конструкции состоит из сердечника с тремя ножками, обмотки которого намотаны вокруг центральной ножки.

    В обоих типах трансформаторов сердечник состоит из тонких пластин, электрически изолированных друг от друга, чтобы минимизировать вихревые токи или те токи, которые циркулируют в материале сердечника и вызывают тепловые потери.

    Трансформатор работает по принципу магнитной индукции. Изменяющееся во времени напряжение В p , которое прикладывается к входной (первичной) стороне, создает изменяющийся во времени поток в сердечнике. Этот изменяющийся поток соединяется со вторичной обмоткой и индуцирует вторичное напряжение В s пропорционально соотношению обмоток.Соотношение между напряжениями на обеих сторонах идеального трансформатора определяется следующим образом:

    Vp / Vs = Np / Ns,

    , где N p и N s — количество витков первичной обмотки. и вторичные обмотки соответственно. Соотношение между током, протекающим с обеих сторон идеального трансформатора, определяется выражением

    NpIp = NsIs,

    , где I p и I s — первичный и вторичный токи соответственно.Если трансформатор без потерь, то входная мощность равна выходной мощности, а напряжения и токи связаны соотношением Vp / Vs = Is / Ip. Таким образом, когда напряжение увеличивается от вторичного к первичному, ток уменьшается; следовательно, ток ниже при более высоких напряжениях.

    В современных энергосистемах трансформаторы можно найти повсюду. Трансформаторы имеют множество названий в зависимости от цели, для которой они используются в энергосистеме. Трансформатор, подключенный к выходу генератора и используемый для повышения его напряжения до уровня передачи, называется единичным трансформатором.Трансформаторы, которые понижают уровни напряжения передачи до уровней распределения, известны как трансформаторы подстанции. Наконец, трансформаторы, которые понижают напряжение распределительного уровня до уровня напряжения, доступного для потребителей, известны как распределительные трансформаторы.

    Трансформаторы обычно размещаются в различных местах. Многие трансформаторы представляют собой воздушные трансформаторы, подвешенные на столбах с прямым доступом к проводам. Подземные трансформаторы обычно помещаются в подземные хранилища, чтобы защитить их от доступа общественности и нарушений окружающей среды.Самый распространенный тип трансформатора — это трансформатор, устанавливаемый на площадку, который обычно устанавливается на бетонную площадку на уровне земли. Подушечки для крепления предназначены для контакта с населением и поэтому должны соответствовать строгим стандартам Американского национального института стандартов (ANSI). Последний тип трансформатора — это внутренний трансформатор, который предназначен для размещения в здании, обычно на уровне земли. Из-за опасений по поводу масла, используемого в качестве охлаждающей жидкости, большинство внутренних трансформаторов охлаждаются менее воспламеняющимся хладагентом, таким как газ, и часто называются трансформаторами сухого типа.

    Уникальный набор трансформаторов — это трансформаторы с переключением под нагрузкой (ULTC). Поскольку напряжение вдоль распределительной линии обычно уменьшается с увеличением нагрузки, потребляемой потребителями, желательно регулировать величину напряжения на подстанции. Самый экономичный метод регулирования напряжения — с помощью трансформатора ULTC. Трансформатор ULTC имеет несколько настроек отвода, которые позволяют регулировать количество вторичных обмоток в зависимости от желаемого уровня напряжения.При изменении соотношения первичной и вторичной обмоток соотношение напряжений на первичной и вторичной обмотках также изменяется. Это изменение настройки отвода позволяет изменять вторичное напряжение в ответ на изменения нагрузки. Эти ответвители полностью автоматические и работают в зависимости от напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

    Трансформаторы и двигатели: Основы трансформаторов



    Цели :

    • Обсудите конструкцию изолирующего трансформатора.

    • Определите конфигурацию обмотки с помощью омметра.

    • Подключите трансформатор и произведите измерения напряжения.

    • Вычислите коэффициент трансформации обмоток.

    Трансформатор — это машина с магнитным приводом, которая может изменять значения напряжения, тока и импеданса без изменения частоты. Трансформеры являются самыми эффективными из известных машин. Их эффективность обычно варьируется от 90% до 99% при полной нагрузке.

    Трансформаторы

    можно разделить на несколько классификаций, например:

    Автоматическая изоляция по току

    Основной закон, касающийся трансформаторов, заключается в том, что все значения трансформатора пропорциональны его коэффициенту поворота. Это не означает, что точный количество витков провода на каждой обмотке должно быть известно для определения различных значения напряжения и тока для трансформатора.

    Необходимо знать соотношение оборотов.Например, предположим, что трансформатор имеет две обмотки. Одна обмотка, первичная, имеет 1000 витков провода, а другая, вторичная, — 250 витков провода, как показано на рис. I1. В Коэффициент трансформации этого трансформатора составляет 4: 1 или 4: 1 (1000/250 = 4). Этот указывает на то, что на первичной обмотке имеется четыре витка провода на каждый виток. провода на вторичной обмотке.

    Полезный совет: основной закон, касающийся трансформаторов, заключается в том, что все значения трансформатор пропорционален его коэффициенту вращения.

    Илл. I1 Все значения трансформатора пропорциональны его коэффициенту вращения.

    Формулы трансформатора

    Существуют различные формулы, которые можно использовать для найти значения напряжения и тока для трансформатора. Следующий список стандартных формул: где: NP = количество витков в первичной обмотке NS = Количество витков во вторичной обмотке EP = Напряжение первичной обмотки ES = Напряжение вторичного IP = Ток первичного IS = Ток в вторичный

    Первичная обмотка трансформатора является обмоткой ввода мощности.это обмотка, подключенная к входящему источнику питания. Вторичный обмотка — это обмотка нагрузки или выходная обмотка. Это сторона трансформатора, которая подключена к управляемой нагрузке, как показано на рис. I2. Любая намотка трансформатор может использоваться как первичная или вторичная обмотка при условии, что номинальное напряжение или ток не превышено. Трансформаторы также могут работать при более низком напряжении, чем указано в их номинальных значениях, но они не могут быть подключены к более высокому напряжению.Предположим, что трансформатор, показанный на рис. I2, например, имеет номинальное напряжение первичной обмотки 480 вольт, а вторичное напряжение рейтинг 240 вольт. Теперь предположим, что первичная обмотка подключена к источник на 120 вольт. Трансформатор не повредится, но вторичная обмотка обмотка давала только 60 вольт.

    Изолирующие трансформаторы

    Ill. I2 Изолирующий трансформатор.

    Илл. I3 Ток через катушку индуктивности нарастает экспоненциально.

    Ill. I4 Скачки напряжения обычно очень непродолжительны.

    Ill. I5 Изолирующий трансформатор значительно снижает скачки напряжения.

    Трансформаторы, показанные на рисунках I1 и I2, являются изолирующими трансформаторами. Это означает, что вторичная обмотка физически и электрически изолирована. от первичной обмотки. Нет электрического соединения между первичная и вторичная обмотка. Этот трансформатор имеет магнитную связь, электрически не связаны.Эта «изоляция линии» часто очень желаемая характеристика. Поскольку нет электрического соединения между нагрузки и источника питания, трансформатор становится фильтром между два. Изолирующий трансформатор ослабит любые всплески напряжения, которые возникают на стороне питания, прежде чем они будут переведены на сторону нагрузки. Некоторая изоляция трансформаторы построены с коэффициентом трансформации 1: 1. Трансформатор этого будет иметь одинаковое входное и выходное напряжение и используется для этой цели. только изоляции.

    Причина, по которой трансформатор может значительно снизить любые скачки напряжения до того, как они достигнут вторичной обмотки, из-за времени нарастания тока через индуктор. Ток в катушке индуктивности растет экспоненциально. скорость, как показано на рисунке I3. По мере того, как ток увеличивается в значении, расширяющийся Магнитное поле прорезает проводники катушки и индуцирует напряжение, противоположное приложенному напряжению. Величина наведенного напряжения равна пропорционально скорости изменения тока.Это просто означает, что чем быстрее текущие попытки нарастить, тем сильнее противодействие этому увеличение будет. Пиковые напряжения и токи обычно очень короткие. продолжительность, что означает, что они очень быстро растут в цене (Илл. I4). Это быстрое изменение стоимости вызывает усиление противодействия изменению. так же быстро. К тому времени, когда спайк был передан на вторичный обмотка трансформатора устранена или значительно уменьшена ( Больной.I5). Еще одно предназначение изолирующих трансформаторов — удаление или изоляция какое-то электрическое оборудование от заземления цепи. Иногда бывает желательно, чтобы электрическое оборудование не подключалось напрямую к заземлению цепи. Часто это делается в качестве меры предосторожности для устранения опасность случайного контакта между человеком, находящимся под потенциалом земли, и незаземленным проводом. Если корпус оборудования должен прийти при контакте с незаземленным проводом изолирующий трансформатор предотвратить замыкание цепи на землю из-за прикосновения человека к корпус оборудования.Многие цепи переменного тока имеют одну сторону подключен к земле. Знакомый пример этого — обычный 120-вольтный цепь с заземленным нейтральным проводником, как показано на рис. I6. Изоляция трансформатор можно использовать для удаления или изоляции части оборудования от цепь заземления.

    Ill. I6 Изолирующий трансформатор, используемый для демонтажа части электрического оборудования. с земли. Оборудование не имеет заземления.

    Ток возбуждения

    В первичной обмотке трансформатора всегда будет протекать некоторый ток. даже если к вторичной обмотке не подключена нагрузка.Это называется ток возбуждения трансформатора. Ток возбуждения — это величина тока, необходимого для намагничивания сердечника трансформатора. Возбуждение ток остается постоянным от холостого хода до полной нагрузки. Как общее правило, ток возбуждения является настолько малой частью тока полной нагрузки, что его часто не учитывают при расчетах.

    Расчет трансформатора

    В следующих примерах значения напряжения, тока и оборотов для различных трансформаторы будут рассчитаны.

    Пример №1: Предположим, что развязывающий трансформатор, показанный на рис. I2, имеет 240 витков провода на первичной и 60 витков на вторичной. Этот соотношение 4: 1 (240/60 = 4).

    Теперь предположим, что к первичной обмотке подключено 120 вольт. Что такое напряжение вторичной обмотки?

    Трансформатор в этом примере известен как понижающий трансформатор, потому что он имеет более низкое вторичное напряжение, чем первичное.

    Теперь предположим, что нагрузка, подключенная к вторичной обмотке, имеет полное сопротивление. из 5?.Следующая задача — рассчитать ток, протекающий во вторичной и первичной обмотках. Текущий поток вторичной обмотки можно вычислить используя закон Ома, так как напряжение и импеданс известны.

    Теперь, когда величина тока во вторичной обмотке известна, первичная ток можно рассчитать по формуле:

    Обратите внимание, что первичное напряжение выше вторичного напряжения, но первичный ток намного меньше вторичного.Хороший Правило для трансформаторов состоит в том, что мощность на входе должна быть равна мощности на выходе. Если первичный напряжение и ток умножаются, результат должен быть равен произведение напряжения и тока вторичной обмотки.

    Первичная 120 _ 1,5 = 180 вольт Вторичная 30 _ 6 = 180 вольт

    Полезный совет: Хорошее правило для трансформаторов — мощность в них должна равняться выход питания.

    Пример №2: В следующем примере предположим, что первичная обмотка содержит 240 витков провода, а вторичная обмотка содержит 1200 витков провода.Этот представляет собой передаточное число 1: 5 (1,200 / 240 = 5). Теперь предположим, что подключено 120 вольт. к первичной обмотке. Вычислите выходное напряжение вторичной обмотки.

    Обратите внимание, что вторичное напряжение этого трансформатора выше, чем первичное напряжение.

    Этот тип трансформатора известен как повышающий трансформатор.

    Теперь предположим, что нагрузка, подключенная к вторичной обмотке, имеет полное сопротивление 2400 Ом. Найдите количество тока в первичной и вторичной обмотках. обмотки.Ток во вторичной обмотке можно рассчитать с помощью Закон Ома.

    Теперь, когда величина тока во вторичной обмотке известна, первичная ток можно рассчитать по формуле:

    Обратите внимание, что количество потребляемой мощности равно количеству выходной мощности.

    Первичная обмотка 120 _ 1,25 = 150 вольт-ампер

    Вторичный 600 _ 0,25 = 150 вольт-ампер

    Расчет значений трансформатора с использованием коэффициента трансформации

    Как показано в предыдущих примерах, значения трансформатора напряжения, ток, а обороты можно вычислить по формулам.Также возможно для вычисления этих же значений с использованием коэффициента поворота. Есть несколько способов в котором могут быть выражены передаточные числа витков. Один из способов — использовать целое число значение, например 13: 5 или 6:21. Первое соотношение указывает на то, что одна обмотка имеет 13 витков провода на каждые 5 витков провода другой обмотки. В второе соотношение означает, что в одной обмотке имеется 6 витков провода для каждые 21 ход в другом.

    Второй метод — использовать число 1 как основу.При использовании этого метода цифра 1 всегда присваивается обмотке с наименьшим напряжением рейтинг. Отношение находится путем деления более высокого напряжения на более низкое. Напряжение. Число в левой части отношения представляет первичный обмотка, а цифра справа от отношения представляет вторичную обмотка. Например, предположим, что первичная обмотка трансформатора составляет 240 вольт, а вторичная — 96 вольт, как показано на рис. I7. Коэффициент оборотов можно вычислить, разделив более высокое напряжение на более низкое.

    СООТНОШЕНИЕ: 240/96 СООТНОШЕНИЕ: 2,5: 1 Обратите внимание, что в этом примере первичная обмотка имеет более высокое номинальное напряжение, а вторичная обмотка — более низкое. Следовательно, 2.5 находится слева, а базовый блок 1 — справа. Это соотношение указывает на то, что в первичной обмотке 2,5 витка провода. на каждый 1 виток провода во вторичной обмотке.

    Теперь предположим, что к вторичной обмотке подключено сопротивление 24 Ом. обмотка. Величину вторичного тока можно найти с помощью закона Ома.

    Рис. I7 Вычисление значений трансформатора с использованием коэффициента трансформации.

    Первичный ток можно определить с помощью коэффициента трансформации. Напомним, что вольт-амперы первичной обмотки должны равняться вольт-амперам вторичной обмотки. С первичное напряжение больше, первичный ток должен быть меньше чем вторичный ток. Следовательно, вторичный ток будет разделен по коэффициенту оборотов.

    Чтобы проверить ответ, найдите вольт-амперы первичной и вторичной обмоток.

    Первичный = 240 _ 1,6 = 384

    Среднее = 96 _ 4 = 384

    Теперь предположим, что вторичная обмотка содержит 150 витков провода. В витки первичной обмотки также можно найти с помощью коэффициента трансформации. Поскольку первичный напряжение выше, чем вторичное напряжение, первичное должно иметь больше витки проволоки. Поскольку первичная обмотка должна содержать больше витков провода, вторичная число оборотов будет умножено на коэффициент поворота.

    P S × =

    П 150 2.5 × =

    P 375 оборотов =

    В следующем примере предположим, что первичное напряжение трансформатора составляет 120 вольт и вторичное напряжение 500 вольт. Вторичная обмотка имеет сопротивление нагрузки 1200 Ом. Вторичная обмотка содержит 800 витков провода (рис. I8). В Коэффициент трансформации можно найти, разделив более высокое напряжение на более низкое.

    Рис. I8 Расчет значений трансформатора.

    Вторичный ток можно найти с помощью закона Ома.

    В этом примере первичное напряжение ниже вторичного. Следовательно, первичный ток должен быть выше. Чтобы найти первичный ток, умножьте вторичный ток на коэффициент поворотов.

    IP = IS _ Коэффициент трансформации IP = 0,417 _ 4,17 IP = 1,74 А

    Чтобы проверить этот ответ, вычислите вольт-амперы обеих обмоток.

    Первичная 120 _ 1,74 = 208,8

    Среднее 500 _ 0,417 = 208,5

    Небольшая разница в ответах вызвана округлением значений.

    Поскольку первичное напряжение меньше вторичного, повороты провода в первичной обмотке тоже будет меньше. Будут найдены первичные витки путем деления витков провода во вторичной обмотке на отношение витков.

    ЛАБОРАТОРНОЕ УПРАЖНЕНИЕ

    Имя _______ Дата __________

    Необходимые материалы :

    Управляющий трансформатор 480-240 / 1В, 0,5 кВА Омметр Вольтметр переменного тока, линейный или зажим. (Если используется зажимной тип, рекомендуется делитель шкалы 10: 1.) Эти эксперименты призваны дать электрику практические опыт работы с трансформаторами. Трансформаторы, использованные в этих экспериментах стандартные управляющие трансформаторы с двумя высоковольтными обмотками номиналом на 240 вольт каждая, как правило, используется для обеспечения первичного напряжения 480/240, и одна обмотка низкого напряжения рассчитана на 120 вольт. Трансформаторы имеют рейтинг 0,5 кВА. Нагрузками являются стандартные лампы мощностью 100 Вт, которые могут подключены параллельно или последовательно.Предполагается, что источник питания 208/120 вольт трехфазный четырехпроводной. Также возможно использование с 240/120 трехфазная система высокого напряжения, при условии, что регулировки выполняются в расчеты.

    Как и в промышленности, эти трансформаторы будут работать с полным напряжением. применяется к обмоткам.

    При обращении с этими трансформаторами необходимо проявлять особую осторожность. Эти трансформаторы могут обеспечить достаточное напряжение и ток, чтобы серьезно ранить или убить кого-нибудь.Перед попыткой для создания или изменения каких-либо подключений.

    Осторожно : Эти трансформаторы могут обеспечить достаточное напряжение и ток. серьезно ранить или убить кого-либо.

    Трансформатор, используемый в этом эксперименте, содержит две обмотки высокого напряжения и одну обмотку низкого напряжения. Обмотки высокого напряжения имеют маркировку h2 — h3 и h4 — h5. Обмотка низкого напряжения имеет маркировку X1 — X2.

    1. Установите омметр на диапазон Rx1 и измерьте сопротивление между следующие терминалы:

    h2 — h3 ____________? h2 — h4 ____________? h2 — h5 ____________? h2 — X1 ____________? h2 — X2 ____________? h3 — h4 ____________? h3 — h5 ____________? h3 — X1 ____________? h3 — X2 ____________? h4 — h5 ____________? h4 — X1 ____________? h4 — X2 ____________? h5 — X1 ____________ ? h5 — X2 ____________? X1 — X2 ____________?

    2.Используя информацию, полученную в результате измерений на шаге 1, который наборы или клеммы образуют законченные цепи в трансформаторе?

    Эти схемы представляют собой подключения к трем отдельным обмоткам. внутри трансформатора.

    3. Какая из обмоток имеет наименьшее сопротивление и почему?

    4. Клеммы h2 — h3 подключаются к одной из обмоток высокого напряжения, а выводы h4 — h5 подключаются ко второй обмотке высокого напряжения.Каждая из этих обмоток рассчитана на 240 вольт. Когда этот трансформатор будет для работы на 240 вольт, две высоковольтные обмотки соединены параллельно, чтобы сформировать одну обмотку, подключив h2 к h4 и h3 на h5, как показано на рисунке I9. Это обеспечит соотношение витков 2: 1 с обмотка низкого напряжения.

    Когда этот трансформатор работает от напряжения 480 В, подключенного к первичной обмотке, обмотки высокого напряжения соединяются последовательно путем подключения h3 к h4 и подачи питания на h2 и h5, как показано на рис.I10. Это эффективно удваивает количество витков первичной обмотки, обеспечивая соотношение витков 4: 1 с низковольтным обмотка.

    5. Соедините две высоковольтные обмотки для параллельной работы, как показано. в илл. I9.

    Предположим, что к высоковольтным обмоткам приложено напряжение 208 вольт. Вычислите напряжение, которое должно быть на обмотке низкого напряжения между клеммы X1 и X2. _ вольт.

    6. Убедитесь, что подводящие провода питания подключены к клеммам. h2 и h5, как показано на рис.I9. Подайте напряжение 208 вольт на трансформатор и измерьте напряжение на клеммах X1 и X2. ____ вольт.

    7. Измеренное напряжение может быть немного выше расчетного. Номинальное напряжение трансформатора основано на полной нагрузке. Это нормально чтобы вторичное напряжение было немного выше, когда нагрузка не подключена к трансформатору. Трансформаторы обычно заводятся с несколькими дополнительными витками. провода в обмотке, предназначенной для использования в качестве стороны нагрузки.Этот помогает преодолеть падение напряжения при добавлении нагрузки. Небольшое изменение в Коэффициент трансформации не влияет на работу трансформатора в большой степени степень.

    Илл. I9 Параллельно включенные обмотки высокого напряжения.

    Илл. I10 Последовательно соединенные обмотки высокого напряжения.

    8. Выключите питание трансформатора.

    9. Отсоедините провода от трансформатора и снова подсоедините трансформатор, как показано на рис.I10. Две высоковольтные обмотки соединены последовательно, соединив h3 и h4 вместе. Это соединение меняет Коэффициент трансформации трансформатора от 2: 1 до 4: 1. Убедитесь, что входящее питание подключается к клеммам h2 и h5.

    10. Предположим, что к высоковольтной сети приложено напряжение 208 вольт. обмотки. Вычислите напряжение на обмотке низкого напряжения. ___ вольт

    11. Включите питание и подайте на трансформатор напряжение 208 вольт.Измерьте напряжение на клеммах X1 и X2. ___ вольт

    12. Выключите питание. Отключите подключенные линии электропередач. к клеммам h2 и h5. Не отсоединяйте провод между клеммами h3 и h4.

    13. В следующей части упражнения обмотка низкого напряжения будет используется в качестве первичной, а обмотки высокого напряжения будут использоваться в качестве вторичной. Если высоковольтные обмотки соединены последовательно, коэффициент передачи будет быть 1: 4, что означает, что вторичное напряжение будет в четыре раза больше чем первичное напряжение.Трансформатор теперь стал повышающим трансформатором. вместо понижающего трансформатора. Предположим, что напряжение 120 вольт подключается к клеммам X1 и X2. Если высоковольтные обмотки подключены последовательно вычислите напряжение на клеммах h2 и h5. ___ вольт

    14. Подключите трансформатор, как показано на рисунке I11. Убедитесь, что напряжение, приложенное к клеммам X1 и X2, составляет 120 вольт, а не 208 вольт. Также убедитесь, что вольтметр переменного тока настроен на более высокий диапазон, чем вычисленное значение напряжения на шаге 13.

    Внимание: вторичное напряжение на этом этапе будет 480 вольт или выше. Будьте предельно осторожны при проведении этого измерения. Обязательно наденьте безопасность очки всегда.

    Илл. I11 Входящее питание подключается к клеммам X1 и X2.

    Илл. I12 Трансформатор имеет коэффициент трансформации 1: 2.

    15. Включите питание и измерьте напряжение на клеммах h2 и h5. ____ вольт

    16. Выключите питание.

    17. Отсоедините провод между клеммами h3 и h4. Подключите трансформатор так что высоковольтные обмотки соединяются параллельно путем соединения h2 и h4 вместе и h3 и h5 вместе, как показано на рисунке I12. Не надо отсоедините провода питания от клемм X1 и X2. Трансформатор сейчас имеет передаточное число 1: 2.

    18. Предположим, что к низковольтной сети подключено напряжение 120 вольт. обмотка. Вычислите напряжение на обмотке высокого напряжения.____ вольт

    19. Убедитесь, что провода питания по-прежнему подключены к клеммам X1 и X2. Включите питание и подайте 120 вольт на клеммы X1 и X2. Мера напряжение на выводах h2 и h5 .___ вольт

    20. Выключите питание и отсоедините все выводы к трансформатору. Верните компоненты на их место.

    ВИКТОРИНА:

    1. Что такое трансформатор?

    2. Каков общий КПД трансформаторов?

    3.Что такое изолирующий трансформатор?

    4. Все значения трансформатора пропорциональны его:

    5. Трансформатор имеет первичное напряжение 480 вольт и вторичное напряжение. 20 вольт. Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

    6. Если вторичная обмотка рассматриваемого трансформатора 5 подает ток 9,6 ампер на нагрузку, каков первичный ток (без учета возбуждения Текущий)?

    7. Объясните разницу между повышающим и понижающим трансформатором.

    8. Трансформатор имеет первичное напряжение 240 вольт и вторичное напряжение. 48 вольт.

    Какой коэффициент трансформации у этого трансформатора?

    9. Трансформатор имеет выходную мощность 750 вольт-ампер. Первичное напряжение 120 вольт. Что такое первичный ток?

    10. Трансформатор имеет коэффициент трансформации 1: 6. Первичный ток 18 амперы. Что такое вторичный ток?

    У вас есть вопросы по трансформаторам? На нашей странице часто задаваемых вопросов есть ответы!

    Не случайно вы редко слышите трансформеры, посещая школы, больницы и офисы.В таких чувствительных к звуку условиях часто требуются тихие трансформаторы, и MGM может проектировать блоки со средним уровнем звука на 3 дБ ниже стандартов NEMA ST-20. Для некоторых номиналов кВА и классов кВ мы можем снизить уровень звука до 7 дБ ниже NEMA!

    Что вызывает шум трансформатора?
    Трансформаторы по своей конструкции издают слышимый «гул», вызванный вибрациями электротехнической стали. Колебания вызываются свойством, известным как «магнитострикция», которое заставляет стальной сердечник изменять свою форму и размер во время намагничивания.По мере увеличения вибрации увеличивается уровень «гудящего» звука.

    Почему важно снижать уровень шума?
    Для всех устройств MGM придерживается стандартов NEMA, которые определяют уровни звука в зависимости от кВА. Кроме того, существуют специальные приложения, в которых критически важно повышенное шумоподавление. Примеры включают больницы, высотные здания, школы, офисы, библиотеки или другие объекты, где трансформаторы размещаются рядом с их нагрузками в чувствительной к шуму среде.

    Как MGM снижает уровень шума?
    MGM имеет запатентованную конструкцию шумоподавления, в которой используются методы, позволяющие минимизировать гудение, вызванное магнитострикцией.Наша конструкция регулирует усилие зажима, материал сердечника, конструкцию сердечника и устанавливает антивибрационные прокладки по всему устройству. В дополнение к дизайну, размещение трансформатора имеет решающее значение, поэтому MGM предлагает услуги поддержки для обеспечения учета акустических принципов во время установки.

    Как MGM проверяет уровни шума?
    В соответствии со стандартами тестирования NEMA, MGM тестирует каждый блок на его номинальной частоте и напряжении в условиях холостого хода. Помещение для испытаний примерно на 10 футов больше трансформатора со всех сторон с уровнем окружающего звука 5 дБ.С помощью аттестованного / откалиброванного шумомера снимаются пять показаний звука на расстоянии одного фута с каждой стороны кожуха трансформатора и на один фут выше кожуха. Оценка звука — это среднее значение этих пяти значений.

    Типы трансформаторов: работа и их применение

    «ТРАНСФОРМАТОР» — одна из старейших инноваций в области электротехники. Трансформатор — это электрическое устройство, которое может использоваться для передачи мощности от одной цепи к другой без физического контакта и без изменения своих характеристик, таких как частота, фаза.Это важное устройство в любой электрической схеме сети. Он состоит в основном из двух цепей, а именно из первичных цепей и одной или нескольких вторичных цепей. Пожалуйста, перейдите по ссылке «Все, что вам нужно знать о трансформаторах и работе трансформаторов». В этом обсуждении мы имеем дело с различными типами трансформаторов.


    Принцип работы трансформатора

    Работа трансформатора зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея. Явление взаимной индукции между двумя или более обмотками отвечает за преобразование мощности.

    Согласно законам Фарадея, «Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке».

    E = N dϕ / dt

    Где,

    E = наведенная ЭДС

    N = количество витков

    dϕ = Изменение потока

    dt = Изменение во времени

    Типы трансформаторов

    В системе электроснабжения используется несколько типов трансформаторов для различных целей, например, для производства, распределения и передачи, а также использования электроэнергии.Трансформаторы классифицируются по уровням напряжения, используемой основной среде, расположению обмоток, использованию и месту установки и т. Д. Здесь мы обсуждаем различные типы трансформаторов: повышающий и понижающий трансформатор, распределительный трансформатор, трансформатор напряжения, силовой трансформатор, 1- ϕ и 3-ϕ трансформатор, автотрансформатор и т. д.


    Различные типы трансформаторов

    Типы трансформаторов на основе уровней напряжения

    Это наиболее часто используемые типы трансформаторов для всех приложений.В зависимости от соотношения напряжений между первичной и вторичной обмотками трансформаторы классифицируются как повышающие и понижающие трансформаторы.

    Повышающий трансформатор

    Как следует из названия, вторичное напряжение повышается по отношению к первичному напряжению. Этого можно достичь, увеличив количество обмоток во вторичной обмотке, чем в первичной, как показано на рисунке. На электростанции повышающий трансформатор используется в качестве трансформатора подключения генератора к сети.

    Повышающий трансформатор
    Понижающий трансформатор

    Он используется для понижения уровня напряжения от более низкого до более высокого уровня на вторичной стороне, как показано ниже, так что он называется понижающим трансформатором. Обмотка больше поворачивается на первичной стороне, чем на вторичной.

    Понижающий трансформатор

    В распределительных сетях понижающий трансформатор обычно используется для преобразования высокого напряжения сети в низкое напряжение, которое может использоваться для бытовой техники.

    Типы трансформаторов в зависимости от используемой основной среды

    В зависимости от среды, расположенной между первичной и вторичной обмотками, трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником и железным сердечником.

    Трансформатор с воздушным сердечником

    Как первичная, так и вторичная обмотки намотаны на немагнитную полосу, где магнитная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется по воздуху.

    По сравнению с железным сердечником взаимная индуктивность меньше в воздушном сердечнике, то есть сопротивление, обеспечиваемое генерируемому потоку, велико в воздушной среде. Но гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены в трансформаторе с воздушным сердечником.

    Трансформатор с воздушным сердечником
    Трансформатор с железным сердечником

    Как первичная, так и вторичная обмотки намотаны на несколько пучков стальных пластин, которые обеспечивают идеальный путь связи с генерируемым магнитным потоком. Он обеспечивает меньшее сопротивление потоку связи из-за проводящих и магнитных свойств железа.Это широко используемые трансформаторы с высоким КПД по сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником.

    Трансформатор с железным сердечником

    Типы трансформаторов на основе схемы обмотки

    Трансформаторы, основанные на расположении обмоток, рассматриваются ниже.

    Двухобмоточный трансформатор

    Трансформаторы, основанные на обмотках типа двухобмоточного трансформатора, включают по две отдельные обмотки для каждой фазы, например, первичной и вторичной. Здесь первичная обмотка может питаться через вход переменного тока, а вторичная может быть подключена через нагрузку.Эти две обмотки электрически изолированы, но связаны магнитно.

    Индуцированная ЭДС во вторичной обмотке возникает из-за переменного магнитного потока, который может быть вызван изменением тока внутри первичной обмотки, что также называется взаимной индукцией. Таким образом, напряжение o / p возникает просто из-за индукции. Это напряжение в основном зависит от соотношения обмоток и может повышать или понижать входное напряжение.

    Автотрансформатор

    Стандартные трансформаторы имеют первичную и вторичную обмотки, расположенные в двух разных направлениях, но в обмотках автотрансформатора первичная и вторичная обмотки соединены друг с другом последовательно как физически, так и магнитно, как показано на рисунке ниже.

    Автотрансформатор

    На одной общей катушке, которая образует как первичную, так и вторичную обмотку, напряжение в которой изменяется в зависимости от положения ответвлений вторичной обмотки на корпусе обмоток катушки.

    Трансформаторы на основе использования

    По необходимости они классифицируются как силовой трансформатор, измерительный трансформатор распределительного трансформатора и защитный трансформатор.

    Силовой трансформатор

    Силовые трансформаторы имеют большие габариты.Они подходят для передачи энергии высокого напряжения (более 33 кВ). Он используется на электростанциях и передающих подстанциях. Обладает высоким уровнем теплоизоляции.

    Силовой трансформатор

    Силовые трансформаторы различных типов: автотрансформаторы, многофазные, утечки и резонансные.

    Распределительный трансформатор

    Эти трансформаторы используются для распределения электроэнергии, вырабатываемой электростанцией, в отдаленные места. В основном он используется для распределения электроэнергии при низком напряжении ниже 33кВ для промышленных целей и 440-220В для бытовых целей.

    • Работает с низким КПД при 50-70%
    • малый
    • Простая установка
    • Низкие магнитные потери
    • Не всегда полностью загружен
    Распределительный трансформатор

    В зависимости от различных факторов типы распределительных трансформаторов классифицируются по месту установки, типу изоляции, количеству фаз, классу напряжения и BIL или базовому уровню импульсной изоляции.

    Измерительный трансформатор

    Используется для измерения таких электрических величин, как напряжение, ток, мощность и т. Д.Они классифицируются как трансформаторы напряжения, трансформаторы тока и т. Д.

    Трансформатор тока
    Трансформатор потенциала

    Трансформатор напряжения также известен как трансформатор напряжения. В этом трансформаторе первичная обмотка может быть подключена к линии ВН (высокого напряжения), напряжение которой должно быть рассчитано, а все инструменты, используемые для измерения и счетчики, подключены к вторичной обмотке трансформатора. Основное назначение этого трансформатора — снизить уровень напряжения до безопасного предела в противном случае.В этом трансформаторе первичная обмотка заземлена как точка безопасности.

    Различные типы трансформаторов напряжения — это обычные трансформаторы с обмоткой и конденсаторные трансформаторы напряжения. По сравнению с конденсаторным типом напряжения, обычный тип намотки является дорогостоящим из-за необходимости изоляции.

    Трансформатор тока

    Трансформатор тока (ТТ) в основном используется для измерения, а также для обеспечения безопасности. Когда ток в цепи становится высоким, чтобы напрямую подать на измерительный прибор, этот трансформатор в основном используется для преобразования высокого тока в предпочтительное значение тока, необходимого в цепи.

    Трансформатор тока

    В этом трансформаторе основная обмотка подключена последовательно к основному источнику питания, а также к различным измерительным приборам, таким как вольтметр, амперметр, катушка защитного реле или ваттметр. Эти трансформаторы включают коэффициент тока, соотношение фаз и точность, чтобы измерить точность измерения на второстепенной стороне. В этом трансформаторе термин «коэффициент» имеет огромное значение для ТТ.

    Типы трансформаторов тока бывают трех типов: обмотанные, тороидальные и стержневые.

    Трансформатор тока с обмоткой

    Первичная обмотка трансформатора может быть физически соединена последовательно с помощью проводника. Здесь этот проводник проводит измеряемый ток в цепи. Величина вторичного тока в основном зависит от коэффициента трансформации трансформатора.

    Тороидальный трансформатор тока

    Этот трансформатор не имеет первичной обмотки. Вместо этого линия, которая удерживает ток в цепи, проходит через отверстие или окно в этом трансформаторе.Некоторые из трансформаторов тока включают в себя разделенный сердечник, который используется для открытия, закрытия и установки без разделения сети, к которой они подключены.

    Трансформатор тока стержневого типа

    В этом трансформаторе используется настоящий кабель, в противном случае — шина основной сети, такая как первичная обмотка, что равносильно только скручиванию. Они полностью защищены от высоких напряжений системы и, как правило, прикреплены болтами к устройству, по которому проходит ток.

    Защитные трансформаторы

    Этот тип трансформатора используется для защиты компонентов. Основное различие между измерительными трансформаторами и защитными трансформаторами заключается в точности, которая означает, что защитные трансформаторы должны быть точными по сравнению с измерительными трансформаторами.

    Измерительный трансформатор

    Обычно измерительный трансформатор называется изолирующим трансформатором или измерительным трансформатором. Это электрическое устройство, которое в основном используется для изменения уровня напряжения и тока.Основная цель этого трансформатора — надежно изолировать вторичную обмотку, когда первичная обмотка имеет высокое напряжение и источник тока, чтобы счетчики энергии, реле или измерительные приборы были связаны со вторичной обмоткой трансформатора, которая не будет повреждена.

    Измерительные трансформаторы

    Трансформаторы на основе фазы

    Трансформаторы на основе фазы обсуждаются ниже.

    Однофазный трансформатор

    Это стационарное устройство, и принцип работы однофазного трансформатора в основном зависит от закона взаимной индукции Фарадея.При стабильном уровне частоты и разности напряжений этот тип трансформатора передает мощность переменного тока, используя одну цепь в другую. Этот трансформатор включает в себя два типа обмоток: первичную и вторичную. Питание переменного тока подается на первичную обмотку, а нагрузка подключена ко вторичной обмотке.

    Однофазный трансформатор
    Трехфазный трансформатор

    Если три однофазных трансформатора используются и соединяются вместе, используя их все 3 первичные обмотки, соединенные друг с другом как одна.Все 3 вторичные обмотки соединены друг с другом как одна вторичная обмотка. Таким образом, этот трансформатор называется трехфазным трансформатором. Трехфазное электроснабжение в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленности. Сборка этого трансформатора не дорогая, и подключение этого трансформатора может быть выполнено через соединения типа звезда и треугольник.

    Трехфазный трансформатор

    Соединение двух обмоток трансформатора может быть выполнено с помощью различных комбинаций, как показано ниже.

    Первичная обмотка

    Вторичная обмотка

    Звезда (звезда)

    Звезда

    Дельта (сетка)

    Дельта
    Звезда

    Дельта

    Дельта

    Звезда

    Вышеупомянутые комбинации для первичной и вторичной обмоток: звезда-звезда, треугольник (сетка), треугольник, звезда-треугольник и треугольник.

    Трансформатор корпусного типа

    Конструкция этого типа трансформатора имеет прямоугольную форму, а сердечник охватывает значительную часть двух обмоток, таких как первичная и вторичная, которые расположены внутри одной ветви. Расположение катушек может быть выполнено путем намотки многослойной формы диска, где слои этого диска изолированы друг от друга через бумагу.

    Трансформатор ягодного типа

    Обычно трансформатор ягодного типа представляет собой трансформатор с распределенным сердечником и корпусом.Итак, конструкция этого трансформатора похожа на спицы колеса, потому что магнитопровод похож на спицы колеса. Эти жилы расположены в форме прямоугольника. В этом типе трансформатора количество магнитных полос в ягодном типе превышает два, которые являются независимыми, поскольку включают в себя распределенные магнитные полосы.

    Для покрытия трансформатора всю его конструкцию можно погрузить в трансформаторное масло, а также использовать металлические листы, которые плотно соединены.Конструирование металлических резервуаров может быть выполнено, в частности, с использованием высококачественной стальной пластины, которая соединяется с прочной конструкцией. После этого для изоляции трансформатор можно заливать через трансформаторное масло. Во избежание протечки необходимо соблюдать особую осторожность.

    Трансформатор с масляным охлаждением и сухим типом

    В настоящее время существует два типа трансформаторов, которые в основном используются: сухой трансформатор и масляный трансформатор. В трансформаторе сухого типа в качестве охлаждающей среды используется воздух, тогда как в трансформаторе с жидкостным охлаждением используется масло.Несмотря на то, что оба типа трансформаторов имеют схожие конечные результаты, между ними есть несколько различий, таких как техническое обслуживание, стоимость, шум, эффективность, возможность вторичной переработки, расположение и допустимые напряжения.

    С учетом вышеупомянутых переменных лучше всего подходят масляные трансформаторы. А вот масляные агрегаты в принципе нельзя утилизировать ни в каком состоянии. Трансформатор сухого типа — лучший и во многих случаях необходимый выбор для промышленных и внутренних процессов, поскольку они более безопасны для использования рядом с людьми, а также в местах, где может возникнуть пожар.

    Типы трансформаторов, используемых в области электроники

    В области электроники используются различные небольшие трансформаторы, которые могут быть установлены на печатной плате или закреплены на небольшой площади изделия. Трансформаторы, используемые в области электроники, обсуждаются ниже.

    Импульсный трансформатор

    На печатной плате расположен импульсный трансформатор, который генерирует электрические сигналы со стабильной амплитудой. Этот вид трансформатора используется в нескольких цифровых схемах, где требуется генерация импульса в изолированной среде.Таким образом, эти трансформаторы разделяют первичную и вторичную обмотки и распределяют первичные импульсы по вторичной цепи, часто к драйверам или цифровым логическим вентилям. Правильно сконструированные импульсные трансформаторы должны требовать паразитной емкости, надлежащей гальванической развязки и небольшой утечки.

    Трансформатор аудиовыхода

    Этот трансформатор также применим в области электроники. Он особенно используется в приложениях, связанных со звуком, где необходимо согласование импеданса.Этот вид трансформатора управляет схемой усилителя, а также обычно нагружает громкоговоритель. Этот трансформатор включает в себя несколько катушек, таких как первичная и вторичная, разделенных по центру.

    Трансформаторы по месту использования

    Классифицируются как внутренние и внешние трансформаторы. Внутренние трансформаторы имеют хорошую крышу, как в обрабатывающей промышленности. Наружные трансформаторы — это не что иное, как трансформаторы распределительного типа.

    Типы трансформаторов внутри и снаружи помещений

    Применения типов трансформаторов

    Применения различных типов трансформаторов включают следующее.

    • Силовой трансформатор используется для увеличения или уменьшения напряжения в распределительной сети.
    • Распределительный трансформатор
    • в основном используется для понижения напряжения для распределения между коммерческими и бытовыми потребителями.
    • Измерительный трансформатор
    • используется для снижения высокого напряжения, а также тока, после чего его можно измерить и осторожно использовать с помощью обычных устройств.
    • Однофазный трансформатор часто используется для питания розеток, освещения жилых помещений, переменного тока и отопления.
    • Трехфазный трансформатор используется для экономичного распределения электроэнергии.
    • Автотрансформаторы
    • и двухобмоточные обычно используются для увеличения или уменьшения напряжения в сетях, например, от передачи к распределительной.
    • Трансформаторы с масляным охлаждением используются на электрических подстанциях или распределительных сетях
    • Трансформаторы с воздушным охлаждением представляют собой недорогой метод корректировки более низкого, в противном случае более высокого номинального напряжения для более эффективной работы электрического оборудования.

    Это все о различных типах трансформаторов. Мы надеемся, что вы, возможно, почерпнули некоторые ценные идеи и концепции из этой статьи о преобразователе, после тщательного ее прочтения. Кроме того, мы призываем вас поделиться своими знаниями по этой конкретной теме или темам электрических и электронных проектов, поскольку это станет для нас ценным предложением. Однако для получения дополнительных сведений, предложений и комментариев вы можете оставить комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос , какие типы трансформаторов основаны на использовании?

    Как это работает Jameco Electronics

    Автор: Меган Тунг

    Трансформаторы — это электрические устройства, состоящие из двух или более катушек провода, которые используются для передачи электрической энергии посредством магнитного поля.Трансформаторы — это очень простые статические электромагнитные пассивные электрические устройства, которые работают по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Две электрические цепи связаны посредством взаимной индукции, которая представляет собой процесс, с помощью которого катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости. Электрическая энергия более эффективно передается от одной катушки к другой за счет наматывания катушек вокруг сердечника. Уровни напряжения и тока увеличиваются или уменьшаются без изменения частоты.Более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть снижены до гораздо более низкого, более безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в домах и на рабочих местах.


    Трансформатор напряжения
    Однофазный трансформатор напряжения состоит из двух электрических катушек с проволокой, первичной обмотки и вторичной обмотки. Первичная обмотка потребляет энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Две катушки не связаны электрически, а связаны магнитно.Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такого же размера, как и в первой катушке. Понижающий трансформатор — это когда первая катушка (первичная обмотка) имеет больше витков, чем вторая катушка (вторичная обмотка), поэтому вторичное напряжение меньше первичного напряжения. Повышающий трансформатор — это когда первая катушка имеет меньше витков, чем вторая катушка, в результате чего вторичное напряжение выше первичного.
    Трансформатор с железным сердечником
    Как упоминалось ранее, катушки намотаны вокруг сердечника. Сердечник может быть изготовлен из нескольких различных материалов. Во-первых, это трансформатор с железным сердечником, в котором в качестве материала сердечника используются пластины из мягкого железа. Железо обладает превосходными магнитными свойствами, что приводит к высокой магнитной связи трансформатора с железным сердечником, поэтому эффективность также высока. В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник, который имеет высокую магнитную проницаемость и предлагает очень низкие потери в высокочастотных приложениях.Часто трансформаторы с ферритовым сердечником используются в импульсных источниках питания или в приложениях, связанных с радиочастотами. В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы (кольцевой или кольцевой), такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Форма кольца обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния. В трансформаторе с воздушным сердечником потокосцепление полностью выполнено с использованием воздуха; однако они создают низкую взаимную индуктивность по сравнению с трансформатором с физическим сердечником.

    Вам также может быть интересно прочитать: Что такое переменный ток


    Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

    Фото: Учебники по электронике

    .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *