Параметры трансформатора: характеристика, способы их определения

Автор Andrey Ku На чтение 5 мин Опубликовано 19.05.2019

Трансформатор преобразует подаваемое напряжение в большее или меньшее значение без изменения мощности. Статическое электромагнитное устройство состоит из двух и более обмоток, размещенных на одном магнитопроводе. Подобрать требуемый электромагнитный аппарат не представит затруднений с помощью параметров трансформатора, указываемых в техническом описании на любое изделие.

Содержание

1. Мощность
2. Электромагнитная
3. Полезная
4. Расчетная
5. Габаритная (типовая)
6. Основные технические характеристики и способы определения параметров
7. Первичное напряжение номинального значения
8. Вторичное номинальное напряжение
9. Номинальный первичный ток
10. Номинальный вторичный ток
11. Коэффициент трансформации
12. Номинальный коэффициент мощности (cos φ)
13. Коэффициент полезного действия
14. Характеристики, определяющие поведение электрической машины
15. Напряжение при коротком замыкании
16. Напряжение при холостом ходе
17. Ток холостого хода
18. Пусковой ток
19. Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты
20. Внешняя характеристика
21. Потери в режиме холостого хода
22. Потери в режиме короткого замыкания

Мощность

Основным параметром трансформаторов является мощность, обозначаемая буквой S. Она определяет массогабаритные показатели электромагнитного аппарата. От значения мощности зависит тип используемого магнитопровода, количество/диаметр витков в обмотках. Измеряется мощность в единицах В∙А (вольт-ампер). На практике для удобства используются кратные вольт-амперам величины кВА (10³∙ В∙А) и МВА (10⁶∙ В∙А).

Электромагнитная

Представляет собой мощность в   выходной катушке, передаваемой с витков входной электромагнитным способом. Она определяется умножением действующего значения ЭДС на величину тока, протекающего в нагрузке электромагнитного преобразователя: S_эм = E₂∙ I_2.

Полезная

Это произведение действующего напряжения во вторичной обмотке на значение нагрузочного тока. Рассчитывается по формуле: S_{2 =} U_2∙I₂.

Расчетная

Расчётная мощность – произведение величин I₁ и U₁   входной обмотки аппарата S₁ = U₁  I₁. Этот параметр определяет габариты изделия: число витков и сечение проводов.

Габаритная (типовая)

Параметр S _габ определяет реальное сечение сердечника. Так называют полусумму мощностей всех обмоток электромагнитного устройства: S _габ = 0,5∙(S₁+S₂ +S₃+ …).

Основные технические характеристики и способы определения параметров

Основные технические характеристики указываются в техдокументации на изделие. Они определяются расчетным путем или посредством замеров на специальном стенде при определенных режимах работы аппарата.

Первичное напряжение номинального значения

Так называют U_1н, которое требуется подать на входную катушку аппарата, чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное напряжение. Параметр U_1н указывается в техпаспорте изделия.

Вторичное номинальное напряжение

Это значение U_2н, которое устанавливается на выводах выходной обмотки при ненагруженном трансформаторе. На вход  прикладывается номинальная величина параметра. Значение параметра зависит от величины U_1н и коэффициента трансформации К_т. При  активно-емкостной нагрузке (φ₂< 0)  U_2н может оказаться больше U_1н.

Номинальный первичный ток

Это ток I_1н, протекающий во входной обмотке, при котором возможна продолжительная работа аппарата. Значение I_1н  указывается в техпаспорте на трансформатор.

Номинальный вторичный ток

Параметр также можно встретить в таблице паспортных данных трансформатора, он протекает по выходной катушке при продолжительной работе аппарата. Обозначается  I_2н.

Коэффициент трансформации

Соотношением номинального входного и выходного напряжений определяется коэффициент трансформации: К = U_1н/U_2н.

Номинальный коэффициент трансформации определяет соответствие количества витков во вторичной  и первичной катушке.

Номинальный коэффициент мощности (cos φ)

Сos φ (косинус фи) определяется отношением активной мощности трансформатора P к полной S: cos φ = P/S. Это величина, показывающая рациональность расходования электроэнергии с учетом реактивных потерь преобразователя.

Коэффициент полезного действия

КПД электромагнитного устройства представляет отношение активной мощности Р₂, отбираемой от аппарата, к подводимой P1: η = P2/P1. Величина КПД тем больше, чем выше cosφ₂ и коэффициент загрузки β= I₂/I_2н.

Характеристики, определяющие поведение электрической машины

Так называют совокупность параметров, определяющих поведение электрической машины при различных режимах работы. Таковыми являются: пусковой момент, режим короткого замыкания и холостого хода.

Напряжение при коротком замыкании

При измерениях значения закорачивают выводы, а на первичную катушку подается напряжение U_к.  Сила тока на ней не превышает номинала (I_к < I_1ном), а U_к составляет 5–12% от номинальной величины.

Напряжение при холостом ходе

Это значение ненагруженного (I₂=0) трансформатора при поданной номинальной величине U₁ на вход аппарата. При разомкнутой  нагрузке вторичная катушка оказывается обмоткой высшего (ВН) напряжения от взаимоиндукциии, а первичная становится обмоткой низшего (НН) значения. Подобное происходит по причине самоиндукции на ней, направленной против приложенного напряжения.

Ток холостого хода

Он относится к параметрам первичной обмотки и измеряется при  номинальном значении I_1н с ненагруженной вторичной катушкой.

Его величина обычно не превышает 5–10% от номинала I_1н.

Пусковой ток

Он протекает через первичную обмотку  аппарата после включения в питающую сеть. Пиковое значение в несколько десятков раз превышает I_1н. Способами борьбы с переходными процессами в электрической машине считаются:

• увеличение количества витков и эффективной площади сечения магнитопровода;
• подключение к питающей сети в момент максимальной амплитуды импульса (φ = π/2).

Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты

Этот параметр трансформатора характеризует электрическую прочность изделия – способность выдерживать повышенное напряжение. Величина испытательного напряжения зависит от класса используемой изоляции. Параметр измеряется подачей высокого U _исп рабочей частоты относительно земли на закороченные выводы обмотки ВВ. Выводы ВН закорачиваются и вместе с магнитопроводом (баком с маслом, металлическими деталями) заземляются.

Внешняя характеристика

Рабочий режим силовой машины задается не только U_1н и К_т, но и активно-реактивной нагрузкой электроприемника, подключенного к выводам вторичной обмотки. Изменяющийся ток в  нагрузке (при электропитании U_1н = const), соответственно, меняет и напряжение на выходе трансформатора. Эта зависимость отражается в коэффициенте нагрузки: Кн = I₂/I_2н.

Потери в режиме холостого хода

Потери мощности ненагруженного электромагнитного устройства состоят из потерь в сердечнике из трансформаторного железа. ЭДС расходуется на нагрев магнитопровода, вихревые токи и гистерезис.

Повышает КПД аппарата применение электротехнической стали с высоким удельным сопротивлением и качественная изоляция пластин магнитопровода лаком, жаростойким покрытием. Помимо «потерь в железе», всегда присутствуют «потери в меди», обусловленные омическим сопротивлением витков электромагнитного устройства.

Потери в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора при эксплуатации создает экстремальный режим, способный вывести из строя аппарат. При этом вторичный ток а, соответственно, первичный увеличиваются в десятки раз по сравнению с I_н. Поэтому в электрической цепи аппарата предусматривают защиту от сверхтока КЗ, которая автоматически размыкает цепь электропитания.

НКФ-110 трансформатор напряжения — цена, характеристики

Трансформатор напряжения НКФ-110

• Главная
• Трансформаторы
• Трансформатор напряжения НКФ-110

Трансформатор напряжения НКФ-110

в наличии

Трансформатор напряжения НКФ-110 57 У1 изготовленный в период с 1979 по 1984 гг.

Является масштабными преобразователями параметров переменного тока и предназначены для питания электрических измерительных приборов, защитных устройств в электрических системах переменного тока частотой 50 Гц с номинальными напряжениями от 110 кв.

• Запросить цену

• Описание
• Характеристики
• Документация
• Видеообзор

Структура условного обозначения:

НКФ-Х-ХХ1: пример НКФ-110 57 У1

Н — трансформатор напряжения;

К — каскадный;

Ф — фарфоровая покрышка;

Х — класс напряжения первичной обмотки, кВ;

Х — год разработки;

Х 1 — климатическое исполнение (У, ХЛ, Т) и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543. 1-89.

Условия эксплуатации НКФ-110 57 У1:

Высота над уровнем моря, м, не более 1000

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию

Требования пожарной безопасности ГОСТ 12.1.004-91

Требования техники безопасности ГОСТ 12.2.007.2-75

Нормативно – технический документ ТУ 16-94 ИАЯК.671243.008 ТУ БТЛИ.671243.004 ТУ

Описание НКФ-110 57 У1

Принцип действия трансформаторов напряжения основан на явлении электромагнитной индукции переменного тока.

Трансформаторы напряжения состоят из магнитопровода, выполненного из электротехнической стали, первичных и вторичной обмоток с высоковольтной изоляцией, конструктивных вспомогательных деталей, соединяющих части трансформаторов напряжения в единую конструкцию. Активная часть трансформаторов напряжения находится в изоляционной покрышке, заполненной трансформаторным маслом и установленной на основание.

Общий вид средства измерений и схема пломбировки от несанкционированного доступа изображены на рисунке.

Наименование параметра	Величина
Значение номинального напряжения первичной обмотки, В	110000/√3
Значение наибольшего рабочего напряжения, В	123000/√3
Значение номинального напряжения основной вторичной обмотки, В	100/√3
Значение номинального напряжения дополнительной вторичной обмотки, В	100
Значение номинальной мощности основной вторичной обмотки, ВА, при работе в классах точности 0,5 1 3	400 600 1200
Значение номинальной мощности дополнительной вторичной обмотки, ВА, при работе в классе точности 3Р	1200
Значение предельной мощности трансформатора вне класса точности, ВА	2500
Значение частоты переменного тока, Гц	50 или 60
Минимальное нормированное значение удельной длины пути утечки, мм/кВ	22,5
Значение испытательного напряжения грозового импульса внутренней изоляции, кВ — полный импульс — срезанный импульс	480 550
Значение испытательного напряжения грозового импульса внешней изоляции, кВ — полный импульс — срезанный импульс	460 570
Значение одноминутного испытательного напряжения внутренней изоляции, кВ	230
Значение одноминутного испытательного напряжения внешней изоляции при плавном подъеме, кВ — в сухом состоянии — под дождем	280 215
Масса, кг полная масла	560 155

Сопутствующая продукция

Укажите свои контактные данные для расчета стоимости

Отправляя форму, Вы принимаете условия Соглашения на обработку персональных данных

Трансформаторы для тяговых подстанций электрофицированного транспорта

Основные технические характеристики преобразовательных трансформаторов для тяговых подстанций электрофицированного транспорта типа ТСПУ (ТСЗПУ) класса напряжения 6 и 10 кв

Тип трансформатора	ТСПУ-1000/10ГТ У3 ТСЗПУ-1000/10ГТ У3		ТСПУ-2000/10ГТ У3 ТСЗПУ-2000/10ГТ У3
Номинальный выпрямленный ток преобразователя, А	1000		2000
Номинальное выпрямленное напряжение преобразователя, В	600		600
Номинальная мощность сетевых обмоток (СО), кВА	692		1384
Номинальная мощность вентильных обмоток (ВО), кВА	979		1957
Напряжение СО, кВ	6,0; 6,3; 10,0; 10,5
Ступени регулирования напряжения СО, %	±2х2,5%
Линейное/фазное напряжение ВО, кВ	0,979/0,565
Схема и группа соединения обмоток	У/УнрУнр-0-6
Класс нагревостойкости	H (180 °С)
Класс нагревостойкости изоляции (ГОСТ 8865-93)	200 (200 °С)
Материал обмоток	Al	Cu	Al	Cu
Pхх, Вт	2000	1850	3500	3100
Iхх, %	1,0	1,0	0,9	0,9
Pкз, Вт	9000	9000	15000	15000
Uкз, %	6,0	6,0	6,0	6,0

Примечание: возможно изготовление трансформаторов климатического исполнения У, УХЛ категорий размещения 2, 3 и 4 по ГОСТ 15150.

Основные массогабаритные характеристики преобразовательных трансформаторов для тяговых подстанций электрофицированного транспорта типа ТСПУ класса напряжения 6 и 10 кв открытого исполнения IP00 (материал обмоток – алюминий)

Тип трансформатора	ТСПУ-1000/10ГТ У3	ТСПУ-2000/10ГТ У3
L	2200	2600
B	1000	1200
h2	1705	1960
h3	1760	2040
C1	570	680
C2	430	540
C3	140	140
B1	325	370
B2	330	375
К1	920	1070
К2	820	820
Масса, кг	3000	5300

Основные массогабаритные характеристики преобразовательных трансформаторов для тяговых подстанций электрофицированного транспорта ТСЗПУ класса напряжения 6 и 10 кв закрытого исполнения IP21 (IP31) с вводами на крыше кожуха (материал обмоток – алюминий)

Тип трансформатора	ТСЗПУ-1000/10ГТ У3	ТСЗПУ-2000/10ГТ У3
L	2340	2800
B	1000	1200
H	2025	2470
h2	2120	2565
h3	2050	2525
C1	570	680
C2	430	540
C3	140	140
B1	325	370
B2	330	375
M	950	1150
К1	920	1070
К2	820	820
Масса, кг	3350	5700

Основные массогабаритные характеристики преобразовательных трансформаторов для тяговых подстанций электрофицированного транспорта типа ТСПУ класса напряжения 6 и 10 кв открытого исполнения IP00 (материал обмоток – медь)

Тип трансформатора	ТСПУ-1000/10ГТ У3	ТСПУ-2000/10ГТ У3
L	2050	2450
B	1000	1200
h2	1545	1940
h3	1595	2055
C1	530	630
C2	390	490
C3	140	140
B1	325	350
B2	325	350
К1	920	1070
К2	820	820
Масса, кг	3150	5300

Основные массогабаритные характеристики преобразовательных трансформаторов для тяговых подстанций электрофицированного транспорта ТСЗПУ класса напряжения 6 и 10 кв закрытого исполнения IP21 (IP31) с вводами на крыше кожуха (материал обмоток – медь)

Тип трансформатора	ТСЗПУ-1000/10ГТ У3	ТСЗПУ-2000/10ГТ У3
L	2200	2600
B	1000	1200
H	1870	2270
h2	1960	2360
h3	1870	2320
C1	530	630
C2	390	490
C3	140	140
B1	325	350
B2	325	350
M	900	1050
К1	920	1070
К2	820	820
Масса, кг	3500	5700

Трансформатор и его работа, характеристики и применение – Все о технике

Главная > Электрика > Трансформатор и его работа, характеристики и применение

Содержание

• 1 Трансформатор
  • 1. 1 Первичная обмотка
  30 Вторичная обмотка
  • 1.20 Коэффициент трансформации трансформатора
• 2 Принцип действия трансформатора
• 3 Характеристики трансформатора
• 4 Повышающий и понижающий трансформатор
• 5 Применение трансформатора

Трансформатор является очень распространенным и широко используемым электрическим устройством. Он имеет приложения от мини-мобильных устройств, которые могут поместиться в карман, до тяжелых промышленных машин. В этой статье мы собираемся обсудить трансформатор, его принцип работы, его характеристики и области применения.

Трансформатор

Трансформатор представляет собой статическое электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с увеличением или уменьшением напряжения и силы тока.

Состоит из двух или более обмоток (катушек), намотанных на неподвижный железный сердечник. Существует два типа обмоток:

• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка

Первичная обмотка

Входная обмотка, возбуждаемая переменным током питания, называется первичной обмоткой. Число витков в первичной обмотке обозначают N _p .

Вторичная обмотка

Обмотка трансформатора, которая является выходом трансформатора и соединена с нагрузкой, называется вторичной обмоткой. Число витков вторичной обмотки обозначается N _s .

Коэффициент трансформации трансформатора

Это отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки.

Очень важно определить входное и выходное напряжение и ток трансформатора.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы работают в соответствии с 2-м ^-м -м законом электромагнитной индукции Фарадея . это означает, что если катушку поместить в переменное магнитное поле, в катушке будет индуцироваться ЭДС.

Трансформатор работает от переменного тока питания, также известного как переменный ток (AC). Из-за изменения переменного тока в первичной обмотке вокруг нее создается переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке посредством явления «Взаимная индукция» . Следовательно, происходит передача электрической энергии между двумя обмотками. Первичная и вторичная обмотки соединены магнитно, но электрически изолированы.

Уровни выходного напряжения и тока трансформатора могут варьироваться в зависимости от количества витков в первичной и вторичной обмотках, но частота остается неизменной.

Характеристики трансформатора

Некоторые характеристики трансформатора приведены ниже:

• Переменное напряжение

Входное и выходное напряжения трансформатора являются переменными. Трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение питания.

В _вых  = В _в (N _s /N _p )

• Переменный ток

Ток также является переменной величиной в трансформаторе, которую можно увеличивать или уменьшать.

I _из  = I _из (N _p /N _s )

• Постоянная частота

Трансформатор — это устройство, работающее на постоянной частоте. Частота входного напряжения и выходного напряжения остается неизменной.

• Постоянная мощность

Мощность трансформатора остается постоянной. Мощность, подаваемая на трансформатор, и мощность, выдаваемая трансформатором, остается неизменной.

Р _в = Р _out

V _in I _in = V _out I _out

Повышающий и понижающий трансформатор

на эти два типа;

1) Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор имеет большее число витков во вторичной обмотке N _s , чем в первичной обмотке N _p . Он увеличивает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

N _S > N _P

Коэффициент поворота> 1

V _OUT = V _В (N _S /N _P )

Образец поворота больше 1.

2) Понижающий трансформатор

Трансформатор, у которого число витков первичной обмотки N _p больше, чем число витков вторичной обмотки N _s , называется понижающим трансформатором.

Уменьшает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

N _S P

Коэффициент поворота <1

V _OUT = V _В (N _S /N _P )

Образец поворотного уровня сгруппированного трансформатора венду венду. меньше 1.

Применение трансформатора

Трансформатор используется в самых разных электрических и электронных устройствах. Это самое распространенное электрическое устройство. Некоторые из его применений приведены ниже:

• Он используется для увеличения или уменьшения напряжения в цепи.
• Используется для гальванической развязки двух цепей.
• Используется в выпрямителях переменного тока в постоянный для снижения высокого входного переменного напряжения.
• Используется для согласования импеданса
• Трансформаторы тока используются для целей измерения.
• Распределительные трансформаторы используются для снижения уровня напряжения в наших бытовых приборах.
• Стабилизаторы и регуляторы напряжения

 

Вы также можете прочитать:

• Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором
• Типы электрических машин
• Различия между синхронным и асинхронным двигателем

Основы трансформаторов

1 Введение в трансформаторы

Проектирование и испытания трансформаторов иногда рассматриваются как искусство, а не наука.
Трансформаторы являются несовершенными устройствами, и между проектными значениями трансформатора, его тестовыми измерениями и его реальными характеристиками в цепи будут различия.
Возвращаясь к основам, эта техническая записка поможет инженерам-проектировщикам и инженерам-испытателям понять, как электрические характеристики трансформатора являются результатом физических свойств сердечника и обмоток.

2 Базовая теория трансформатора

На приведенном выше рисунке представлены основные элементы трансформатора: магнитный сердечник с первичной и вторичной обмотками, намотанными на ветви магнитного сердечника.
Переменное напряжение (Vp), приложенное к первичной обмотке, создает переменный ток (Ip) через первичную обмотку.
Этот ток создает переменный магнитный поток в магнитопроводе.
Этот переменный магнитный поток индуцирует напряжение в каждом витке первичной обмотки и в каждом витке вторичной обмотки.

Поскольку поток является постоянным, т. е. одинаковым как в первичной, так и во вторичной обмотке:

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения напряжения переменного тока путем управления соотношением витков первичной и вторичной обмотки. (действие трансформатора напряжения).

Можно также показать, что:
Вольт-ампер на первичной обмотке = Вольт-ампер на вторичной обмотке

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения переменного тока путем управления соотношением первичных и вторичных витков. (действие трансформатора тока)

Следует отметить отсутствие электрического соединения между первичной и вторичной обмотками.
Таким образом, трансформатор представляет собой средство изоляции одной электрической цепи от другой.
Эти функции — преобразование напряжения/тока и изоляция — не могут быть эффективно обеспечены никакими другими средствами, в результате чего трансформаторы используются в почти все электрическое и электронное оборудование в мире.

3 кривые B-H

Когда первичная обмотка трансформатора находится под напряжением, а вторичная не нагружена, в первичной обмотке протекает небольшой ток. Этот ток создает «намагничивающую силу», которая создает магнитный поток в сердечнике трансформатора.
Сила намагничивания (H) равна произведению тока намагничивания на число витков и выражается как Ампер — Обороты.
Для любого данного магнитного материала можно построить зависимость между силой намагничивания и создаваемым магнитным потоком. Это известно как кривая BH материала.

Из кривой B-H видно, что при увеличении силы намагничивания от нуля поток увеличивается до определенного максимального значения потока.

Выше этого уровня дальнейшее увеличение силы намагничивания не приводит к значительному увеличению потока. Говорят, что магнитный материал «насыщен».

Трансформатор обычно проектируется таким образом, чтобы плотность магнитного потока была ниже уровня, вызывающего насыщение.
Плотность потока можно определить с помощью следующего уравнения:

Где:
E представляет среднеквадратичное значение приложенного напряжения.
Н представляет собой количество витков обмотки.
B представляет собой максимальное значение плотности магнитного потока в сердечнике (Тесла).
A представляет собой площадь поперечного сечения магнитного материала в сердечнике (кв. м).
f представляет собой частоту приложенного напряжения.

Примечание
1 Тесла = 1 Вебер/метр²
1 Вебер/м² = 10 000 Гаусс
1 Ампер-виток на метр = 4 p x 10-3 Эрстедов

На практике все магнитные материалы после намагничивания сохраняют часть своей намагниченности, даже когда сила намагничивания уменьшается до нуля.
Этот эффект известен как «остаточная намагниченность» и приводит к тому, что кривая B-H для материала демонстрирует реакцию на уменьшение намагничивающей силы, отличную от реакции на возрастающую намагничивающую силу.

На практике реальные магнитные материалы имеют следующую кривую B-H:

Кривая, показанная выше, называется петлей «гистерезиса» материала и представляет собой истинную реакцию B-H материала. (Первая кривая BH представляет собой среднее или среднее значение истинного отклика петли BH).

Наклон кривой B-H, уровень насыщения и размер петли гистерезиса зависят от типа используемого материала и других факторов.
Это показано на следующих примерах:

	Сердечник из низкокачественного железа Высокая плотность потока насыщения Большой контур = большие потери на гистерезис Подходит для 50/60 Гц
	Сердечник из высококачественного железа Высокая плотность потока насыщения Средняя петля = средние потери на гистерезис Подходит для трансформаторов 400 Гц
	Ферритовый сердечник – без воздушного зазора Плотность потока среднего насыщения Малый контур = небольшие потери на гистерезис Подходит для высокочастотных трансформаторов
	Ферритовый сердечник – большой воздушный зазор Маленькая петля = небольшие потери на гистерезис Подходит для высокочастотных индукторов с большим постоянным током

 

4 Гистерезисные потери

Гистерезисные потери являются результатом циклического изменения магнитного материала вдоль кривой B-H.

Представляет собой энергию, принимаемую как приложенное напряжение, выравнивает магнитные диполи сначала в одном направлении, а затем в другом.

Потери увеличиваются с увеличением площади кривой B-H. По мере того, как материал приближается к насыщению, как площадь кривой, так и соответствующие потери энергии в каждом цикле существенно увеличиваются.

5 Потери на вихревые токи

Потери на вихревые токи вызываются небольшими токами, циркулирующими в материале сердечника, стимулируемыми переменным потоком в сердечнике.
Потери мощности I*I*R («потери на нагрев»), связанные с этими токами, вызывают нагрев сердечника, известный как потери на вихревые токи.
В трансформаторах с железным сердечником для сведения к минимуму этого эффекта используются изолированные листы железа, известные как пластины, ограничивающие путь для циркулирующих токов. Ферритовые сердечники
еще больше ограничивают эти пути.

6 Эквивалентная схема трансформатора

Идеальный трансформатор с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками может быть представлен, как показано ниже.
• Бесконечный импеданс холостого хода (т. е. отсутствие входного тока, когда вторичные цепи разомкнуты).
• Бесконечная изоляция между обмотками
В действительности характеристики реальных трансформаторов отличаются от характеристик идеального трансформатора.
Многие из этих характеристик могут быть представлены эквивалентной схемой трансформатора:

Где:
R1, R2, R3 представляют сопротивление провода обмотки.

C1, C2, C3 представляют собой емкость между обмотками.

Rp представляет собой потери, вызванные вихревыми токами и потерями на гистерезис. Это реальные потери мощности, иногда называемые потерями в сердечнике, которые можно измерить путем измерения мощности разомкнутой цепи. Поскольку ток нагрузки отсутствует, потери в меди I ² R в обмотке под напряжением очень малы, а мощность, измеренная без нагрузки, почти полностью приходится на сердечник.

Lp представляет импеданс из-за тока намагничивания. Это ток, который создает намагничивающую силу H, используемую в петлевых диаграммах B-H. Обратите внимание, что этот ток не может быть простой синусоидой, а может иметь искаженную остроконечную форму, если трансформатор работает в нелинейной области кривой B-H. Это обычно имеет место для трансформаторов линейной частоты пластинчатого типа.

L1, L2, L3 представляют индуктивность рассеяния каждой из обмоток. (Подробно это обсуждается в примечании Voltech 104-105, «Индуктивность рассеяния».)

7 Выводы

Эквивалентная схема трансформатора отражает реальные свойства магнитной цепи, состоящей из сердечника и обмоток.
Таким образом, эквивалентную схему можно с уверенностью использовать для понимания и прогнозирования электрических характеристик трансформатора в различных ситуациях.

8 Дополнительная литература

Эквивалентную схему также можно использовать для понимания и оптимизации испытаний и условий испытаний, которые можно использовать для проверки правильности конструкции трансформатора.
В дальнейших технических примечаниях этой серии обсуждается, как параметры эквивалентной схемы используются для проведения практических испытаний трансформаторов, чтобы гарантировать их качество в производственной среде.

См. также:
Технические примечания по индуктивности рассеяния (VPN 104-105)
Технические примечания по соотношению витков (VPN 104-113 )
Техническая записка по испытанию ферритового трансформатора (VPN 104-128)
Техническая записка по испытанию ламинированного трансформатора (VPN 104-127)

Характеристики идеального трансформатора

Основы идеального трансформатора 9000 идеальному трансформатору нужно понимать основы идеального трансформатора. Трансформатор представляет собой устройство, которое просто передает электроэнергию из одной цепи в другую, сохраняя при этом постоянные частоту и мощность и изменяя уровень напряжения и тока. В зависимости от увеличения или уменьшения уровня напряжения на выходе трансформаторы могут называться повышающими или понижающими трансформаторами. В повышающем трансформаторе выходное напряжение будет увеличиваться на определенный коэффициент в зависимости от конструкции трансформатора. Точно так же понижающий трансформатор снова снижает выходное напряжение на определенный коэффициент в зависимости от конструкции трансформатора. Как повышающие, так и понижающие трансформаторы не изменяют входную частоту электрического сигнала, а также сохраняют входную и выходную мощность одинаковыми, делая произведение тока и напряжения одинаковым на входе и выходе, т. е.

Трансформатор состоит из двух катушек, т. е. первичной обмотки (входная сторона) и вторичной обмотки (выходная сторона).

На первичную катушку подается вход, что вызывает создание магнитного поля вокруг первичной катушки. Это магнитное поле достигает вторичной катушки, вызывая индукцию тока во вторичной катушке, что приводит к напряжению во вторичной катушке. Выходное напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, зависит от числа витков первичной и вторичной обмотки и может быть найдено по формуле:

Характеристики идеального трансформатора

Идеальный трансформатор спроектировать невозможно из-за ограничений материалов, используемых для изготовления трансформатора. Однако теоретически мы можем объяснить характеристики идеального трансформатора. Ниже приведены некоторые характеристики идеального трансформатора.

Сопротивление катушек, используемых для изготовления трансформатора, будет незначительным.

В отличие от настоящих медных катушек, идеальные трансформаторы имеют нулевое реактивное сопротивление.

• Без потерь в меди

Идеальный трансформатор не имеет потерь в меди, поскольку вторичная и первичная обмотки не имеют реактивного сопротивления или сопротивления.

• Без потерь на гистерезис

Как и в неидеальных катушках, когда ток проходит через катушку, возникает явление намагничивания и перемагничивания в зависимости от направления тока. Всегда есть отставание в направлении намагничивания и цикле тока, что приводит к потере гистерезиса. Идеальный трансформатор, в котором нет явления гистерезиса, исключающего потери из-за гистерезиса.

Вихревой ток – это ток, который индуцируется в первичной обмотке, когда магнитное поле, создаваемое протеканием тока в обмотке, взаимодействует с витками той же первичной обмотки. Направление этого тока будет противоположно направлению входного тока, что приведет к потерям из-за противодействия входу. В идеальном трансформаторе в первичной обмотке нет вихревых токов, поскольку поток, создаваемый вокруг первичной обмотки, не взаимодействует с самой первичной обмоткой.

• Нет утечки магнитного потока

Идеальный трансформатор, нет утечки магнитного потока. Весь поток, возникающий при протекании тока через первичную обмотку трансформатора, напрямую связан со вторичной обмоткой. Никакой поток не будет взаимодействовать с первичной обмоткой или с какой-либо другой частью трансформатора или внешним пространством трансформатора, исключая любые потери из-за утечки потока.

Поскольку в идеальном трансформаторе отсутствуют потери на истерию, то не требуется дополнительного тока намагничивания для создания магнитного потока в первичной обмотке. Таким образом, идеальный трансформатор имеет бесконечную магнитную проницаемость, и кривая B-H будет показывать вертикальную линию, указывающую на отсутствие потребности в дополнительном токе для установления магнитного потока.

• Без потерь

Так как идеальный трансформатор не имеет истерических потерь, потерь на вихревые токи или рассеяния потока, то он не имеет потери мощности.

• КПД 100%

Идеальный трансформатор имеет КПД 100%; означает, что мощность, отдаваемая на выходе, равна мощности на входе. Следовательно, в идеальном трансформаторе нет ни потерь, ни прироста мощности.

Идеальный трансформатор не влияет на входную частоту сигнала и обеспечивает ту же частоту на выходе. Идеальный трансформатор работает независимо от значений частоты, и его работа не влияет на различные значения частоты.

Таким образом, идеальный трансформатор состоит из двух катушек с меньшим сопротивлением без потерь в сердечнике, потерь на вихревые токи и магнитного поля, создаваемого в первой катушке с бесконечной проницаемостью магнитного потока, связанного со второй цепью.

Нет утечки потока, что означает, что обе катушки не имеют физической связи между собой, но они имеют полную связь между собой посредством магнитного потока. Так как магнитный поток первичной катушки полностью передается вторичной катушке.

В идеальном трансформаторе, когда переменное напряжение Vp подается на первичную обмотку трансформатора, пиковый поток Φ _p индуцируется в первичной обмотке с числом витков Np. Этот поток Φ _p непосредственно связан со вторичной обмоткой, где во вторичной обмотке индуцируется ток, а во вторичной обмотке создается напряжение Vs, имеющее число витков, равное Ns. Для идеального трансформатора ЭДС (электродвижущая сила), индуцируемая во вторичной обмотке Vs, может быть определена как:

Из соотношения выше видно, что выходное напряжение напрямую зависит от количества витков первичной и вторичной катушек. Когда первичная обмотка будет иметь большее количество витков, то трансформатор будет понижающим. Точно так же трансформатор будет повышаться в случае большего количества витков во вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой.