Принцип работы трансформатора постоянного тока и напряжения

Для того чтобы увеличить или уменьшить постоянный потенциал применяют соответствующий трансформатор. Этот преобразователь имеет магнитопровод, который выполнен как магнитная система, а в его пазах находятся обмотки (первичная и вторичная) и их коммутаторы. Последние – это включенные управляемые полупроводниковые вентили.

Для преобразования постоянного потенциала одной величины в другую применяют вращающееся магнитное поле, оно создается в обвивке (первичной).

Большой трансформатор постоянного тока

Это производят переключением вентилей и подачей импульсов тока на электроды, которые передвинуты по отношению друг к другу на определенный угол (зависит от того сколько секций имеет трансформатор постоянного тока), а в результате уменьшаются потери, массогабаритные значения и увеличивается надежность и КПД.

Где применяют такие приборы

Они позволяют повысить тот потенциал, который вырабатывает источник переменного электричества, установленный на электростанции, и передают его на большое расстояние, при этом напряжение бывает высоким (от 110 до 1150 кВ). Этим уменьшают потерю энергии, и возможно применять провода меньшего сечения.

Передаваемое напряжение от высоковольтной линии снижают, применив преобразователи до 600, 380, 220 и 127 В. На таких показателях работают бытовые приборы в жилых домах и промышленные — на производствах.

Трансформаторы применяют и на подстанциях, здесь они необходимы для того чтобы уменьшить напряжение, которое подают к контактному двигателю или вспомогательной цепи.

Такие аппараты бывают тяговыми, лабораторными и др., но все они считаются силовыми. Их применяют для подключения электроприборов, электросварки и др. Трансформаторы имеют одну- , три фазы, две- и множество обмоток.

Как работает этот аппарат

Рассмотрим принцип работы трансформатора, который основан на таком явлении, как электромагнитная индукция. Самый простой аппарат имеет стальной магнитопровод и две обвивки, которые изолированы и не связаны друг с другом электрически. К первичной обвивке подают переменную эл.энергию, а к вторичной, через выпрямитель, подключают потребителей.

Для работы тягового аппарата осуществляют связь управляющей размагничивающей обмотки с потенциалом генератора. Источником питания является вторичная обмотка распределяющего трансформатора, в цепь которого входят аппараты постоянного напряжения. Они и регулируют величину электричества в главной обмотке, которая зависима от потенциала тягового генератора.

По принципу работы трансформатор постоянного потенциала это простой магнитный усилитель, который имеет две обвивки — рабочую и управляющую обмотки, причем последняя (управляющая) не имеет обратной связи.

Трехфазный понижающий трансформатор

Этот аппарат состоит из двух сердечников, имеющих тороидальную форму. Их изготовляют из пермаллоя (сплав, имеющий ферромагнитные свойства), это лента имеет толщину 0,2 мм. На сердечниках имеется катушка с обмоткой (употребляют только медный провод с сечением 1мм). Все залито эпоксидной смолой или подобной смесью, которая не дает влаге попасть внутрь, и обеспечивает долгую и надежную эксплуатацию трансформатору.

Если хотят установить преобразователь на тепловоз, то применяют для этого угольники и стягивают их шпильками. Обвивку управления аппарата стабильного потенциала включают на выходы генератора, пропуская его через резистор. Исходя из этого, сила тока преобразователя, всегда прямо пропорциональна ампиражу тягового агрегата. Поэтому электричество в рабочих обмотках всегда пропорционально не только напряжению генератора, но и току подмагничивания.

Значит, при увеличении вольтажа генератора, на ту же величину растет ток, выходящий из преобразователя со стабильным напряжением. А так как в цепи автоматики используют слабое электричество, то максимальный трансформаторный ампираж на выходе не будет выше 3 А.

Аппарат для стабильного электричества и трансформатор постоянного напряжения идентичны, только первый без управляющей обмотки. Для того чтобы его подмагнитить через дырочки сердечника проходит гибкий провод. По нему проводят ток от двух двигателей, при его росте, увеличивается подмагничивание и растет электричество обвивки на выходе.

Отсюда, можно сделать вывод, что ток, образующийся в рабочей цепи преобразователя прямо пропорционален сумме этой же величины, но двух электрических двигателей (тяговых). В рабочей цепи преобразователя электричество может иметь максимальную величину, которая составит до 3 А.

Вместо заключения

Аппарат, работающий на стабильном токе, может преобразовывать ток большого значения в пропорциональную слабую величину, которую можно использовать для того чтобы автоматически регулировать напряжение генератора (тягового).

Статья была полезной? Оцени и поделись ей в соц. сетях:
 Loading …

Советуем почитать по теме:

Трансформатор постоянного тока

 

Использование: для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Трансформатор содержит магнитопровод, выполненный в виде магнитной системы электромашинного типа, в пазах которого размещены первичная и вторичная силовые обмотки в виде секций и управляемые полупроводниковые коммутаторы первичной и вторичной обмоток, выполненные в виде прямо и обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей. Преобразование напряжения в трансформаторе происходит за счет вращающегося магнитного поля, создаваемого в первичной обмотке при подаче постоянного входного напряжения, путем переключения прямо и обратно включенных вентилей коммутаторов подачей токовых импульсов на управляемые электроды, сдвинутые относительно друг друга на угол, определяемый числом секций трансформатора. Технический результат заключается в уменьшении потерь, массогабаритных показателей, а также увеличении кпд и надежности. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины.

Такая задача решается путем достаточно сложного применения системы устройств, в которую входят: источник питания постоянного напряжения, автономный инвертор напряжения, силовой трансформатор, полупроводниковый выпрямитель, сглаживающий фильтр, стабилизатор напряжения, регулятор и система управления (см. Основы промышленной электроники под ред. проф. В.Г. Герасимова. M. 1978, стр. 178-212). Система преобразователей, реализующих изменение постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины, подробно приведена в работе И. М. Чиженко, В.С. Руденко, В.И. Сенько. Основы преобразовательной техники. М. 1974, стр. 221-223. Однако такое техническое решение имеет ряд существенных недостатков. Гармоники напряжений и токов, генерируемые системой преобразователей, загружают сеть, вызывают потери, снижающие кпд устройства. Помехи, вызываемые этими гармониками, оказывают вредное воздействие на окружающую электро- и радиоаппаратуру и установки различного назначения. Система преобразователя, состоящая из многих каскадов или блоков, потребляет из питающей энергетической сети большое количество реактивной мощности, негативно влияющей на основные технико-экономические показатели всего устройства в целом. Наличие большого количества элементов, входящих в блоки и каскады системы преобразователя, снижают обилую надежность последнего. Наконец, такая система преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня обладает большими массогабаритными показателями, требующими затрат полезной площади и ухудшающими его транспортировку, а также увеличивающими стоимость ремонтно-профилактических работ. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных недостатков, т.е. уменьшение потерь, массогабаритных показателей, а также увеличение кпд и надежности устройства. Указанная цель достигается тем, что трансформатор постоянного тока содержит магнитопровод, выполненный в виде магнитной системы электромашинного типа, в пазах которого размещены первичная и вторичная силовые обмотки в виде секций, а переключающие элементы выполнены в виде коммутаторов первичной и вторичной обмоток, состоящих из управляемых полупроводниковых вентилей, размещенных между первичной обмоткой и токопроводящими шинами, выполненными кольцеобразными и подключенными к зажимам входного напряжения и, соответственно, между вторичной обмоткой и токопроводящими шинами, выполненными кольцеобразными и подключенными к зажимам выходного напряжения, при этом в коммутаторе первичной обмотки катоды прямо включенных и аноды обратно включенных вентилей соединены между собой и подключены к секциям первичной обмотки, а аноды прямо включенных и катоды обратно включенных вентилей соединены с токопроводящими шинами, подключенными соответственно к положительному и отрицательному зажимам входного напряжения, в коммутаторе вторичной обмотки аноды прямо включенных и катоды обратно включенных вентилей соединены между собой и подключены к секциям вторичной обмотки, а катоды прямо включенных и аноды обратно включенных вентилей соединены с токопроводящими шинами, подключенными соответственно к отрицательному и положительному зажимам выходного напряжения. Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена электрическая схема трансформатора постоянного тока, который состоит из первичной силовой обмотки 1, разделенной на N отдельных секций 2 (в данном случае N=6), размещенных в пазах магнитопровода, выполненного в виде магнитной системы электромашинного типа, и вторичной силовой обмотки 3, аналогично разделенной на N отдельных секций 4, также размещенных в пазах магнитопровода. Секции 2 первичной силовой обмотки и секции 4 вторичной силовой обмотки соединены в обеих силовых обмотках между собой последовательно. К секциям 2 присоединен управляемый полупроводниковый коммутатор УПК-I, состоящий из прямо включенных 5-10 и обратно включенных 11-16 полупроводниковых вентилей, в качестве которых используются GTO — запираемые тиристоры. Аналогично, к секциям 4 присоединен управляемый полупроводниковый коммутатор УПК-II, также состоящий из прямо включенных 17-22 и обратно включенных 23-28 полупроводниковых вентилей — GTO — запираемых тиристоров. Как первичная силовая обмотка 1, так и вторичная силовая обмотка 3 трансформатора выполнены замкнутыми. Аноды прямо включенных вентилей 5-10 УПК-I присоединены к кольцеобразной токопроводящей шине 29, соединенной с положительным зажимом постоянного входного напряжения U

1. Катоды обратно включенных вентилей 11-16 присоединены к кольцеобразной токопроводящей шине 30, соединенной с отрицательным зажимом входного напряжения U₁. Катоды прямо включенных вентилей 5-10 последовательно соединены с анодами обратно включенных вентилей 11-16 и подсоединены к точкам соединения секций 2 первичной обмотки 1 трансформатора (А, В, С, D и т.д.). Аналогичным образом устроена цепь вторичного управляемого коммутатора УПК-II. Здесь аноды прямо включенных вентилей 17-22 и катоды обратно включенных вентилей 23-28 последовательно соединены между собой и подсоединены к точкам соединения секций 4 вторичной обмотки 3 трансформатора. Катоды прямо включенных вентилей 17-22 присоединены к кольцеобразной токопроводящей шине 31, соединенной с отрицательным зажимом постоянного выходного напряжения U₂. Аноды обратно включенных вентилей 23-28 присоединены к кольцеобразной токопроводящей шине 32, соединенной с положительным зажимом выходного напряжения U₂. Работа трансформатора постоянного тока осуществляется с помощью вращающегося магнитного поля, создаваемого в первичной обмотке 1 трансформатора, путем последовательного переключения прямых 5-10 и обратных 11-16 управляемых вентилей коммутатора УПК-I, при поступлении токовых импульсов на управляемые электроды этих вентилей, подаваемых с системы управления. В первом интервале времени токовые импульсы подаются на диаметрально расположенные прямо включенный 5 и обратно включенный 14 вентили УПК-I первичной силовой обмотки 1 трансформатора и они открываются. Все остальные вентили первичной обмотки при этом закрыты. Первичный ток проходит от положительного зажима входного напряжения U₁ через токопроводящую жилу 29, вентиль 5 и в точке А разветвляется на две параллельные ветви А и В, возвращаясь через вентиль 14 к отрицательному зажиму входного напряжения U₁ через токопроводящую шину 30. Точки А и В определяют пространственное направление магнитного поля трансформатора. Это магнитное поле первичной обмотки 1 индуктирует в параллельных ветвях вторичной обмотки 3 трансформатора эдс. Синхронно с импульсами, поступающими на вентили 5 и 14, на прямо включенный вентиль 17 и обратно включенный вентиль 26 УПК-II вторичной обмотки 3 поступают аналогичные токовые импульсы системы управления и они открываются. Все остальные вентили вторичной обмотки 3 при этом также закрыты. Под действием индуктируемой во вторичной обмотке трансформатора эдс в ней протекает вторичный ток, создающий выходное напряжение U₂. Цепь вторичного тока: вентиль 17, токопроводящая шина 31, отрицательный зажим выходного постоянного напряжения U₂, положительный зажим выходного постоянного напряжения U₂, токопроводящая шина 32, вентиль 26, вторичная обмотка 3 трансформатора. Через интервал времени t: где _и — угловая частота импульса управления, на диаметрально расположенные соседние вентили 6 и 15 УПК-I первичной обмотки 1 и вентили 18 и 27 УПК-II вторичной обмотки 3 подаются токовые импульсы системы управления и они открываются. Вентили 5 и 14 УПК-I первичной обмотки 1 и вентили 17 и 26 УПК -II вторичной обмотки 3 при этом закрываются. Все остальные вентили УПК-I и УПК-II по прежнему закрыты. В этом интервале времени цепь первичного тока: положительный зажим входного напряжения U₁, токопроводящая шина 29, точка С, две параллельные ветви С и D, точка D, вентиль 15, токопроводящая шина 30, отрицательный зажим входного напряжения U₁. Цепь вторичного тока: вторичная обмотка 3, вентиль 18, токопроводящая шина 31, отрицательный зажим выходного напряжения U₂, положительный зажим U₂, токопроводящая шина 32, вентиль 27, вторичная обмотка 3 трансформатора. Пространственное направление магнитного поля определяется в этом случае точками С и D, которые смещены относительно точек А и В по окружности на угол . На этот угол магнитное поле первичной обмотки 1 трансформатора повернуто в пространстве. В третьем интервале времени открываются вентили 7 и 16 УПК-I и вентили 19 и 28 УПК-II, а вентили 6 и 15 УПК-I и 18 и 27 УПК-II закрываются. Все остальные вентили, как и в предыдущих интервалах времени, закрыты. Магнитное поле первичной обмотки 1 трансформатора сдвигается в пространстве еще на угол . Таким образом, через N интервалов времени магнитное поле сделает один оборот, равный , в течение времени где f_и — частота подаваемых на управляющие электроды вентилей импульсов, формируемых системой управления. Угловая скорость вращения магнитного поля равна _мп = _и = 2f_и. Процентное колебание напряжения можно оценить выражением
,
при
N=6 — U%=7,2
N=8 — U%=4
N=10 — U%=2,5
Предлагаемый трансформатор постоянного тока предназначен для использования в энергосистемах, энергетических сетях и линиях электропередач, кабелях постоянного тока с разным уровнем напряжения и позволит за счет уменьшения потерь, массогабаритных показателей, а также увеличения кпд и надежности этих систем и устройств существенно улучшить их технико-экономические показатели.

Формула изобретения

Трансформатор постоянного тока, содержащий первичную и вторичную силовые обмотки, переключающие элементы, подключенные к первичной и вторичной обмоткам, магнитопровод и токопроводящие шины, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде магнитной системы электромашинного типа, в пазах которого размещены первичная и вторичная силовые обмотки в виде секций, при этом секции первичной обмотки, также как и секции вторичной обмотки соединены между собой последовательно, а переключающие элементы выполнены в виде коммутаторов первичной и вторичной силовых обмоток, состоящих из управляемых полупроводниковых вентилей, размещенных между первичной обмоткой и токопроводящими шинами, выполненными кольцеобразными и подключенными к зажимам входного напряжения и, соответственно, между вторичной обмоткой и токопроводящими шинами, выполненными кольцеобразными и подключенными к зажимам выходного напряжения, при этом в коммутаторе первичной обмотки катода прямо включенных и аноды обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей соединены между собой и подключены к секциям первичной обмотки, а аноды прямо включенных и катоды обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей соединены с токопроводящими шинами, подключенными соответственно к положительному и отрицательному зажимам входного напряжения, и последовательное переключение диаметрально расположенных прямо включенных и обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей коммутатора первичной обмотки ведет к созданию в ней вращающегося магнитного поля, а в коммутаторе вторичной обмотки аноды прямо включенных и катоды обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей соединены между собой и подключены к секциям вторичной обмотки, а катоды прямо включенных и аноды обратно включенных управляемых полупроводниковых вентилей соединены с токопроводящими шинами, подключенными, соответственно, к отрицательному и положительному зажимам выходного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов.

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

• для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500кV). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП;
• в контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000V;
• в сетях до 1000V для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги, и др.
• для электросетей до 500V, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов;
• в качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – т.е. если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели элетротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12V; для строительной техники – экскаваторов, бульдозеров, и др. используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24V. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7V.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой(-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). На рисунке 1 представлена схема работы постоянного тока с подключенной лампой.

Рис 1. Схема работы постоянного тока с подключенной лампой

 

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное, представлено на рисунке 2. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Рис 2. Схема действия постоянного тока в простейшей сети

 

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц)– означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50Гц, т.е. меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном (Рисунок 3).

Рис 3. Схема работы переменного тока с подключенной лампой

 

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза» (рисунок 4). Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220V.

Рис 4. Схема действия переменного тока в простейшей сети

Как видно из схемы замедленного действия однофазного переменного тока в простейшей сети, переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Особенностями переменного однофазного тока являются:

• Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
• Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
• Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.

Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.

Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства – трансформатора.

Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.

Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000V городских сетей до 220V домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.

Большой силовой трансформатор высокого напряжения постоянного тока

Трансформатор на 800 000 вольт для сети передачи постоянного тока высокого напряжения. Основой системы передачи электроэнергии являются десять трансформаторов, рассчитанные на напряжение в 800 кВ. Каждый из них размером с дом, и весит 350 тонн. На фотографии показан первый готовый к отправке трансформатор на 800 кВ, проходящий электрические испытания на заводе Siemens в Нюрнберге (Германия).

Ключевой компонент

            Трансформаторы высокого напряжения постоянного тока являются ключевыми компонентами станций высокого напряжения постоянного тока.
Станции высокого напряжения постоянного тока осуществляют прямое и обратное преобразование между переменным и постоянным током и представляют собой оконечными устройствами линий передачи постоянного тока на большие расстояния, или подводных кабелей постоянного тока. Трансформаторы данного типа осуществляют связь сетей электропередачи переменного тока, с мощными выпрямителями. Они используются для управления током нагрузки в линиях передачи постоянного тока. Эти устройства адаптируют напряжение линии переменного тока к уровню, подходящему для подачи в систему прямого и обратного преобразования постоянного тока.

Варианты конструкции

            Концепции, лежащие в основе конструкции трансформаторов высокого напряжения постоянного тока, в основном, определяются требуемым напряжением, мощностью, требованиями к перевозке, такими, как размеры, вес и способ транспортировки. Большинство крупных станций преобразования высокого напряжения постоянного тока располагаются в сельских районах, не имеющих развитой инфраструктуры.
Часто, для того, чтобы было возможно перевозить такие трансформаторы по железной дороге, необходимо обеспечить выполнение ограничений, связанных со специальными геометрическими профилями.

 

Рисунок 1. Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения ± 800 кВ, 6 400 МВ, 2 071 км: одна фаза; 
Параметры трансформатора: переменный ток: 550 кВ, постоянный ток: 816 кВ мощность: 321 МВА; высокочастотная Y-образная система намотки

 

            Обычно, трансформаторы высокого напряжения постоянного тока являются однофазными устройствами, содержащими две обмотки. Это могут быть или две параллельных вентильные обмотки (обе дельтаобразные, или обе Y-образные, как показано на рисунке 1), или две различных вентильные обмотки (одна дельтаобразная, и одна Y-образная, как показано на рисунке 2).
Для снижения общего веса при транспортировке, в сборку магнитопровода часто включаются два обратных выхода.

Рисунок 2 Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока высокого напряжения ± 500 кВ; 2,500 МВ одна фаза.
Параметры трансформатора: переменный ток 420 кВ, постоянный ток 515 кВ, мощность 397 МВА, Y-образная система (слева на рисунке), и дельтаобразная система (справа на рисунке)

            Благодаря требованиям избыточности, на станциях постоянного тока высокого напряжения трехфазных устройства применяются довольно редко.
Так как вентильные обмотки подвергаются диэлектрическим нагрузкам постоянного и переменного тока, то необходима специальная изоляционная сборка. Более того, для того, чтобы выдержать напряжения постоянного тока выпрямителя необходимо устанавливать специальную систему отведений, соединяющую турели с обмотками.
Помимо этого, ток нагрузки имеет гармонические составляющие, обладающие значительной энергией, что приводит к повышенным потерям энергии и увеличении шума.
Наконец, необходимы специальные проходные изоляторы со стороны вентилей, чтобы получить доступ извне к верхним и нижним выводам каждой обмотки. Поэтому, и для звездообразной (Y-образной) и для дельтаобразной системы используются два идентичных проходных изолятора.
Для утверждения соответствующей конструкции и качества изготовления, должны быть выполнены специальные тесты с использованием постоянного тока прямой и обратной полярности. Тестовый отсек должен быть оборудован соответствующей аппаратурой испытания постоянного тока, и должен обеспечивать адекватную геометрию, чтобы выдержать тестовое напряжение постоянного тока.

Технические элементы

При проектировании трансформаторов высокого напряжения постоянного тока, помимо стандартных параметров силовых трансформаторов, необходимо учитывать и требования к специальному функционированию.
Такие параметры определяются совместно проектировщиками станций высокого напряжения постоянного тока, и разработчиками трансформатора, с тем, чтобы обеспечить эффективную с точки затрат конструкцию всего оборудования.
К специальным параметрам относятся:
– Требования к изоляционной сборке трансформатора определяются уровнями тестирования, применяемым постоянным током прямой и обратной полярности, продолжительные параметры переменного тока.
– Гармонический спектр тока нагрузки и соотношения фаз порождают дополнительные потери, которые следует компенсировать схемами охлаждения.
– На размеры обмоток, и на общую высоту трансформатора оказывает влияние импеданс напряжения.
– Для устранения шума и потерь, связанных с нагрузкой, необходимо учитывать подмагничивание постоянным током в нагрузке, токе и нейтральной схеме трансформатора.
– Производная тока нагрузки (di/dt) является ключевым параметром для работы переключателя выходных обмоток под нагрузкой.
– Для определения параметра схемы охлаждения и мощности охладителей следует учитывать требования нагрузки.
– Ключевым параметром конструкции трансформатора является регулировка величины и количества шагового влияния напряжения на виток обмотки.
– Для расчета механической прочности турелей, выходов и проходных изоляторов, необходимо принимать во внимание сейсмические требования.

Ещё по теме:

Разделительные трансформаторы что это такое, сфера применения и принцип работы

Разделительный трансформатор – гарант безопасного пользования бытовыми электроприборами. У разделительного трансформатора коэффициент трансформации, то есть отношение напряжения на выходе к напряжению входа, равен единице. При создании электрических сетей вопросы электробезопасности всегда стоят на первом месте. Величина напряжения 220 В крайне опасна для жизни человека, а ведь такое присутствует в любой розетке бытовой электрической сети.

Если эксплуатация электрической аппаратуры осуществляется в потенциально опасных условиях внешней среды, то для снижения риска выхода из строя цепей и порчи оборудования рекомендуется применять безопасный разделительный трансформатор. Благодаря особенностям конструкции такое устройство осуществляет гальваническое разделение питающих электроцепей и потребляющих приборов. Это практически полностью исключает вероятность поражения электрическим током.

В данной статье будут описаны основные конструкционные особенности, преимущества эксплуатации и область использования. К статье бонусом добавлен видеоролик с информацией о разделительном трансформаторе ручной сборки и файл с техническими требованиями к безопасным разделительным трансформаторам.

Устройство разделительных трансформаторов.

Как устройство защищает электроприборы

Наши жилища наполнены бытовой техникой и аппаратурой, которые подключены к электросети. Сами по себе электроприборы безопасны в обращении, что обеспечено производителями еще при их изготовлении и гарантируется соответствующими сертификатами качества.

Однако ряд неблагоприятных факторов, воздействующих на приборы и сетевую проводку в каждом отдельном помещении, способен ухудшить их изоляцию и создать условия для прохождения тока через человеческое тело, что приведет к электротравме. К таким факторам относятся:

• высокая температура;
• влажность в воздухе и в местах прохождения проводки;
• наличие металлоизделий с неустойчивым заземлением;
• механические повреждения изоляции.

Компактный разделительный трансформатор.

При утечке электротока напряжение появляется на металлических поверхностях не только самих приборов, но и на трубопроводах или на других металлических предметах, окружающих пользователя.

Наиболее высока вероятность поражения током в ванной. Поскольку в ней присутствуют все негативные факторы воздействия на изоляцию.

Поражений от электрического тока удается избежать применением защитных мер. Это надежное заземление корпусов электроприборов, чтобы в случае случайных пробоев изоляции опасные токи проходили через цепи заземления.

Также защищаются использованием УЗО или дифференциальных автоматов во входных цепях подключения нагрузки, отключающих сеть в случае возникновения утечек на землю.

Такие меры защиты основаны на том, что земля для всех потребителей электроэнергии является частью электрической цепи. Защитное электрическое заземление просто шунтирует контур, который может возникнуть между фазой, случайно попавшей на корпус электрооборудования и землей через человеческое тело при случайном соприкосновении.

Интересно почитать: как собрать катушку тесла самостоятельно.

Другим способом защиты будет исключить связь земли с электрической сетью и достичь этого удается путем полной гальванической развязки первичных и вторичных электрических сетей. Добиваются этого путем применения безопасных разделительных трансформаторов, устройства которых коснемся ниже.

Специфика некоторых бытовых приборов типа стиральной машины или фена требует постоянного их подключения к энергосети в условиях повышенной влажности, что повышает степень риска поражения током от неисправного прибора или пробитой проводки.

Случайные прикосновения к проводящим фазам и к нулевому проводу приведут к трагическим последствиям. Напряжение 220 В из питающей энергосети формируется по схеме соединения всех трех цепей при разности потенциала 380 В между ними с нулевым проводом, который соединен (заземлен, как принято говорить в обиходе) с потенциалом в землю.

Схема подключения разделительного трансформатора и приборов к нему.

Такая схема предопределяет наличие фазного напряжения между каждым из трех сетевых линейных проводов (в просторечии именуемых фазами) и нулевым (нейтральным) — землей. При нарушенной изоляции проводника фазное напряжение переходит на корпус бытового прибора.

Одновременное касание пользователем такого «пробитого» корпуса и заземленных металлических предметов типа батарей отопления, смесителя или водопроводного крана провоцирует прохождение электротока через человеческий организм со всеми травматическими последствиями.

Принцип действия устройства

Функционирование разделительного понижающего трансформатора низкого напряжения основано на эффекте гальванической развязки. Технически, это реализовано в виде автономного функционирования обеих катушек. Катушки устройства разделены физически, то есть не соприкасаются между собой.

Это обеспечивает безопасную эксплуатацию при условии, что контуры не будут закорочены в результате механического воздействия. Чтобы полностью исключить возможность контакта обмотки изолируют несколькими слоями высококачественной изоляции.

Схема разделительного трансформатора.

Проходя через первичную обмотку, ток индуцирует электроэнергию во вторичной катушке, к которой и подключаются цепи с потребляющим оборудованием. Вторичная обмотка РТ или устройства к ней присоединенные не могут иметь контакта с землей или нейтралью.

Значительное повышение безопасности эксплуатации даже при возникновении пробоя на корпусе. При такой схеме пробой не станет причиной перегрузки цепи по току, а само устройство останется полностью функциональным.

При контакте человека с электроприбором под аварийным напряжением, подключенным через разделительный трансформатор, не произойдет фатального поражения током утечки. Так как он не превысит опасного для жизни уровня.

Одной из эксплуатационных особенностей разделительных трансформаторов напряжения является коэффициент преобразования равный единице у большинства используемых моделей. Таким образом, как входное, так и выходное напряжение равно одной и той же величине – 220 или 380 В.

При расчетах необходимо учитывать затраты энергии на функционирование устройства, так как КПД большинства моделей находится в диапазоне 70-85%.

Виды приборов

На данный момент в электротехнике большинство трансформаторов обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. Несмотря на то, что “классическое” определение разделительного трансформатора подразумевает неизменность величины трансформируемого параметра (напряжения) фактически все виды и типы являются разделительными. В зависимости от назначения различают трансформаторы нескольких видов.

Токовые

Чаще всего используется для подключения цепей, на которые установлены измерительных, регистрирующих приборов (электросчетчики, амперметры) и защитных реле.

Импульсные

Преобразует получаемый сигнал в прямоугольный импульс. Используется для предотвращения высокочастотных помех.

Силовые

Конструкция, чаще всего, состоит из нескольких вторичных обмоток, преобразующих входящий электрический импульс с одной системой напряжения в несколько исходящих с другими параметрами системы напряжения.

Пик-трансформаторы

Используются для преобразования синусоидальной составляющей напряжения. Основное назначение – предотвращение помех в цепях с аппаратурой для оцифровки.

Некоторые источники выделяют портативные разделительные преобразователи в отдельную категорию. Следует отметить, что габаритные размеры в техническом исполнении устройства различного типа не играют ключевой роли.

Конструктивные особенности

Разные виды разделительных трансформаторов могут быть как стационарными, так и портативными. Чаще всего портативные устройства имеют дополнительную защиту от внешнего воздействия и используются в экстремальных условиях эксплуатации, на открытой местности.

Автоматические трансформаторы не являются разделительными, так как в их конструкции реализован иной принцип расположения первичной и вторичной обмотки.

Они соединяются в одну, что образует кроме электромагнитной, прямую электрическую связь. Разрабатываются РТ узконаправленного использования. К примеру, для больниц и лабораторий.

Так называемые медицинские разделительные трансформаторы используются для обеспечения электроснабжение с точно определенными параметрами чувствительных приборов, установленных в реанимации, операционных различных биологических, химических и медицинских лабораториях.

Материал в тему: интересная информация о понижающих трансформаторах.

Предназначение бытовых трансформаторных разделителей

Конструкция медицинского трансформатора разделительного.

Кардинальным решением в части обеспечения электробезопасности в помещениях, подобным ванной или подвалам, является запрет на установку в них розеток, соединяющихся непосредственно с питающей электросетью.

В этом случае недалеко от розетки устанавливается разделительный трансформатор (РТ), задача которого состоит не в преобразовании напряжения в сторону повышения или понижения, а всего лишь изолировать использующий сетевую электроэнергию прибор от самой сети.

В целях безопасного пользования той же розеткой в ванной РТ обмоткой первичной запитывается от энергосети 220 В, а своей обмоткой вторичной присоединен к розетке. Таким образом осуществляется гальваническая развязка системы питающей энергосети и прибора пользования. Принцип работы РТ иллюстрирует условная схема его подключения и приборов пользования.

Вторичную обмотку РТ и подсоединенные приборы заземлять запрещено! Заземляется только кожух (корпус) трансформатора.

Применение трансформаторных разделителей

Конструкция трансформатора разделительного.

Устройство разделительного трансформатора выполнено в полной аналогии с компоновкой основных функциональных элементов в преобразователях напряжения повышающего или понижающего характера работы.

Так же на магнитопроводе установлены первичная и вторичная обмотки с одинаковыми характеристиками намотки, по таким же законам электромагнитной индукции происходит преобразование электроэнергии переменного тока от первичной обмотки на вторичную.

Поскольку параметры напряжения выходной цепи повторяют аналогичные характеристики поданного на первичку сетевого напряжения, векторы напряжения в цепях практически совпадают.

Главное конструктивное отличие РТ от других трансформаторов заключается в тщательной электрической изоляции обмоток друг от друга. Связь между ними только магнитная за счет магнитного потока в магнитопроводе.

Такой способ передачи энергии между цепями без непосредственного электрического контакта называется гальванической развязкой. При этом вторичная цепь трансформатора не заземлена! Внезапный электрический пробой не вызовет перегрузки по току, ток утечки при случайном соприкосновении человека с оборудованием, находящимся под нагрузкой, не превысит пороговых опасных значений.

Характеристики устройства

По своей сути разделительный трансформатор напоминает понижающий трансформатор обыкновенного электрического прибора, состоящий из первичной и одной (нескольких) вторичных обмоток. Витки первичных обмоток таких трансформаторов отделяются гальванической изоляцией от вторичных, правда, при возникновении аварийных ситуаций, например при перегреве, разрушении изоляции или замыкании обмоток не исключалась появление фазы во вторичных цепях. Основные характеристики разделительных трансформаторов приведены на рисунке ниже.

Основные технические характеристики разделительных трансформаторов.

Разделительные трансформаторы имеют коэффициент трансформации равный единице, обеспечиваемый идентичными по параметрам обмотками. А его главной особенностью является надежное гальваническое разделение обмоток.

Реализовано это применением усиленной или двойной изоляции, наиболее надежным вариантом считают развязку первичной и вторичной обмоток посредством намотки на разных катушках, смонтированных на едином магнитопроводе. КПД разделительных трансформаторов приближается к 85%, но это достойная плата за электробезопасность, недаром такие устройства называют трансформаторами безопасности.

Вероятность пострадать от вторичных напряжений в сети, работающей от разделительного трансформатора, минимизируется. Конечно же, опасность поражения электрическим током сохраняется в случае прикосновения к обоим проводам сети (понятие ноль или фаза в данной цепи неприменимы), но каждый в отдельности по отношению к земле нейтрален и поэтому опасности для жизни человека не представляет.

Промышленный разделительный трансформатор в корпусе представляет собой законченную щитовую конструкцию с трансформатором (или несколькими трансформаторами), рубильником по входу, автоматами защиты, с индикацией сети, с клеммной колодкой для подсоединения кабеля.

Гальваническая развязка, создаваемая РТ между входящей силовой системой и цепью потребительской нагрузки, обеспечивает надежную защиту для пользователей в быту и обслуживающего персонала на производстве. В модельный ряд входят в качестве базовых конструкций:

• трансформатор однофазный разделительный;
• трансформатор трехфазный сухой разделительный.

Какую модель выбрать для установки у себя в квартире или в отдельно стоящей постройке, уже выбирает владелец жилья в соответствии с рекомендациями специалистов. Трансформаторы выпускаются на различные виды напряжения. В числе прочих наиболее часто встречаются типовые комбинации:

• разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 380/220В
• разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 220/127В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 220В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 36В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 24В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 12В

В таблице 1 и 2 приведены основные характеристики трехфазных разделительных трансформаторов 380/380В и 380/220В и однофазных разделительных трансформаторов 220-220В.

Таблица 1. Основные характеристики трехфазных разделительных трансформаторов 380/380В и 380/220В.

 

Таблица 2. Характеристики однофазных разделительных трансформаторов 220-220В.

Схемы включения обмоток для трехфазных трансформаторов в комбинациях вход/выход:

• звезда
• треугольник
• зигзаг

В процессе эксплуатации трансформатора может возникнуть ситуация срабатывания термовыключателя при превышении температуры трансформатора выше 125 градусов С. В этом случае трансформатор выключается. Данная ситуация может произойти при перегрузке трансформатора или превышении входного напряжения сети. При правильной эксплуатации трансформатор возобновляет работоспособность примерно через 20 мин.

Преимущества и область применения

Изолирующие трансформаторы получили широкое применение практически во всех сферах электротехники. Они предоставляют пользователю широкий спектр специфических преимуществ в зависимости от отрасли, где они используются:

• устройства с коэффициентом трансформации 1:1 применяются в электросетях переменного тока без необходимости дополнительного заземления и изоляции периферийного оборудования;
• изоляция цепей постоянного тока в линиях связи. В случае необходимости использования усилителей сигнала применение РТ дает возможность отделить постоянный ток для подключения усилителя от компонентов информационного электроимпульса;
• повышение безопасности эксплуатации электрооборудования. Минимизирует риск фатального поражения электрическим током, отделяя пользователь или оператора от высокомощных источников;
• при тестировании, сервисном обслуживании или ремонте оборудования дает возможность проводить работы на включённых устройствах. При этом используются разделительные трансформаторы с коэффициентом 1:1, но имеющие небольшую мощность напряжения вторичной цепи;
• отфильтровывают (отсекают вне рабочего диапазона) искаженную синусоидальную форму напряжения, приводя ее к правильной. Снижают негативное влияние широтно-импульсных модуляций;
• нейтрализует широкий спектр шумов, образующихся при подключении аудиоустройств (усилителей) к динамикам.

Использование разделительных трансформаторов обусловлено эксплуатационными требованиями и спецификой применения электросетей:

1. Высокая влажность или присутствие воды в помещении, наличие металлических изделий без заземления либо со слабым заземлением: ванные и душевые комнаты, силовые коммутационные шкафы, расположенные на улице, кабельные колодцы, подвалы и полуподвалы.
2. Удалённые посты слежения, измерения и контроля в медицинских учреждениях, дата и колл-центрах, а также других учреждениях, где необходимо повышение уровня защиты персонала и безопасности эксплуатации оборудования.
3. Эксплуатация электроинструмента и оборудования, относящегося к первому классу безопасности.

Установка эксплуатации электрических приборов через разделительный трансформатор необходима в следующих случаях:

• при подключении устройств электропотребления, не имеющих потенциала заземления;
• в импульсных электросетях, требующих повышения показателей изоляции. В особенности в медицинском и лабораторном оборудовании;
• при лабораторных испытаниях электрических и электронных устройств для обеспечения безопасности персонала.

При использовании разделительного трансформатора также необходимо применять для эксплуатируемой цепи устройство защитного отключения (УЗО). Несмотря на высокую надежность и безопасность возможны случаи повреждения изоляции.

При этом потенциал может быть выведен на корпус устройства и появится вероятность поражения электрическим током, если коснуться корпуса и металлического проводника, связанного с землёй. Именно поэтому разделительные трансформаторы рекомендуется подключать через УЗО. Трансформатор разделительный однофазный в зависимости от его конструкции, можно использовать в следующих случаях:

1. При наличии крепежных пластин и открытых клеммных колодок. Установка в монтажный шкаф. При этом может быть реализована вертикальная или горизонтальная схема установки или специальные крепежи для монтажа на din-рейку.
2. При отсутствии клеммных колодок – выведение вторичной обмотки через ответвление кабеля. Применяется как составная часть электрооборудования, установок любого назначения.
3. Переносной вариант при наличии корпуса, розетки и выключателя. Дополнительно может быть доукомплектован кабелем (удлинителем).

Трёхфазный разделительный трансформатор – фактически является тремя однофазными устройствами, установленными на одной монтажной планке:

• открытый вариант как горизонтального и вертикального расположения с соединением в звезду или треугольник;
• расположение элементов в корпусе, в том числе герметичном.
• Разделительный трансформатор является нужным и полезным устройством, особенно в домашней мастерской. Его можно использовать в режиме пониженного переменного напряжения для проверки высоковольтных устройств.

Трехфазные разделительные трансформаторы.

К примеру, подключение схемы на 220 V к источнику питания на 36V позволит безбоязненно прослеживать протекание в тестируемых цепях тока.

При этом допускается использование любых унифицированных разделительных трансформаторов, так как современные электронные устройства не отличается большим потреблением.

Полезно узнать: как собрать повышающий трансформатор самостоятельно.

Примеры использования

Применение разделительных трансформаторов обязательно в помещениях повышенной опасности. Типичный пример – ванная комната, где использование обычной электросети ограничено:

• высокой влажностью воздуха;
• возможностью попадания воды на токоведущие части;
• наличием металлических предметов с неустойчивым заземлением.

При проведении временных работ в особо опасных помещениях допускается использование переносных трансформаторов безопасности. Благодаря медицинскому разделительному трансформатору появляется возможность создания специальных IT- сетей, обязательных для питания помещений 2 группы (реанимационные отделения, операционные), полностью безопасных как для пациентов, так и для медицинского персонала.

Номинальная мощность однофазных трансформаторов для таких сетей может лежать в пределах 0.5 – 10 кВт. При необходимости используются трехфазные разделительные трансформаторы. В видеоролике представлена информация о разделительном трансформаторе самостоятельной сборки.

Заключение

Установка на объектах трансформаторов разделительных является необходимым условием безопасной эксплуатации как бытовой техники, так и промышленного оборудования.  Больше информации об этих трансформаторах можно узнать в учебном материале “Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования”.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.enzs.ru

www.cenerg.ru

www.video-praktik.ru

www.expertelektrik.ru

Тороидальный трансформатор: устройство и область применения

Трансформаторы применяются для изменения выходного напряжения в большую или меньшую сторону. Без них невозможно представить себе современную электротехнику. Одним из самых высокоэффективных является тороидальный трансформатор. Он представляет собою изогнутый кольцом сердечник, обвитый проволокой, а внутри него находятся свернутые стальные полоски.

Электричество проходит сквозь обмотку сердечника, создавая магнитные поля. Для получения выходного напряжения магнитное поле проходит через первую обмотку в катушке. В статье читатель найдет видео c наглядным разбором устройства и книгу Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

Простая конструкция тороидального трансформатора.

Как устроен

Тороидальный трансформатор имеет идеальный дизайн, в отличие от трансформаторов другой конструкции. Фактически, первый трансформатор, разработанный Фарадеем, представлял собой трансформатор на тороидальном ядре.

Тороидальные сердечники сделаны из магнитной рулонной трансформаторной стали с очень низкими уровнями потерь и высокой индукцией насыщения. Это достигается путем нагрева тороидального каркаса до высокой температуры, а потом его охлаждения по специальной программе.

Это позволяет достичь высоких степеней насыщения до 16 000 Гаусс. В тороидальном трансформаторе магнитный поток равномерно распределен в сердечнике и, из-за отсутствия промежуточных металлических деталей и технологических зазоров.

Точно так же, поскольку все обмоточные катушки равномерно распределены по поверхности сердечника шум, вызванный магнитострикцией фактически, исчезает. Также тороидальный трансформатор имеет наилучшие тепловые характеристики, это способствует хорошему охлаждению трансформатора. Нет необходимости применять кулеры и вентиляторы.

Основные преимущества и недостатки

При использовании тороидальных трансформаторов, поставляемых со свободными витыми выводами, можно добиться экономии до 64 % занимаемого объёма по сравнению с обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками (очень часто легче подключить оборудование именно с помощью выводов из трансформатора, а не клеммников).

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор, используя минимальное количество материала. Все обмотки симметрично распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки.

Главные плюсы и минусы тороидальных трансформаторов.

Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению коэффициента полезного действия. Возможна более высокая магнитная индукция, так как магнитный ток проходит в том же направлении, в каком ориентирована кремнистая сталь ядра во время прокатки. Также можно отметить плюсы:

• низкие показатели рассеивания;
• меньший нагрев;
• низкий вес и размер;
• компактен, удобен в установке в электроаппаратуре.

Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность тороидального сердечника позволяет эффективно охлаждать медные провода. Потери в железе очень низки – типическое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Это обеспечивает очень низкий ток намагничивания, способствующий изумительной тепловой нагрузочной способности тороидального трансформатора.

Тороидальный трансформатор

Почему это самый популярный вид трансформаторов

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше, чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

Обмотка тороидального трансформатора.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются, будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, – и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Область применения

У тороидальных трансформаторов есть многочисленные области применения, и среди них мы можем подчеркнуть, как наиболее распространенные следующие:

1. Бытовая электроника.
2. Медицинская электроника.
3. Конвертеры.
4. Системы электропитания.
5. Аудиосистемы.
6. Системы безопасности.
7. Телекоммуникации.
8. Низковольтное освещение.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании.

Что нужно для намотки устройства

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же, как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию.

Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Основное, что должен знать и главное понимать человек, который мотает трансформатор:

• длина провода (количество витков) это напряжение;
• сечение проводника – это ток, которым можно нагружать его;
• если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
• если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного), это опять-таки тепло;
• перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Для намотки понадобится трансформаторное железо в форме тора, лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод). Также пригодится скотч малярный (бумажный), клей ПВА, тканевая изолента или киперка и кусочки провода в изоляции.

Схема расчета конструкции трансформатора.

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора, то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально. Минимальный радиус окружности 3мм.

Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Чтобы изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту шириной около 25мм, тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем.

Лакопровод

Лакопроводом называют электрический проводник изоляция которого сделана из лака (намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В).

Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Готовая намотка с лакопроводом.

Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень ненужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался.

Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод, который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки, обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов).

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно к касательной, а слегка наклонено в сторону намотки, как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной. Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам.

Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин/воск.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Как проверить устройство

Необходимые материалы для тестирования тороидального трансформатора: схема цепи с указанием того, как подсоединен трансформатор и (цифровой электронный мультиметр тестер или аналоговый мультиметр тестер).

Первый шаг заключается в том, что трансформатор необходимо визуально осмотреть и проверить, нет ли от него запаха. Перегрев может привести к неисправности трансформатора, если есть следы ожогов или внешняя часть обмотки видна снаружи, трансформатор должен быть заменен и нет никакой необходимости для дальнейших испытаний, которые будут проводиться.

Проверка тороидального трансформатора.

Точно так же, запах гари является свидетельством того, что трансформатор перегревается. Если никаких дополнительных повреждений не видно за исключением запаха, дальнейшие испытания могут быть проведены, чтобы определить, является ли трансформатор в рабочем состоянии или нет.

Информация о входном и выходном напряжении, как правило, четко обозначена на трансформаторе, но самым безопасным вариантом является получение схемы цепи от производителя продукта.

Инструкция пошаговой проверки

Напряжение, которое подается на первичную обмотку, должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Аналогичным образом, выходное напряжение, подаваемое на вторичной обмотке должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Вы должны знать входное и выходное напряжения для того, чтобы проверить, правильно ли работает трансформатор.

Трансформатор не способен преобразовывать переменное напряжение, в напряжение постоянного тока. Для преобразования напряжения переменного тока используются диоды и конденсаторы.

Для тех, кому понравилось, материал в тему: что такое трансформаторы тока.

Схема цепи покажет, как выходное напряжение трансформатора преобразуется из переменного тока, в напряжение постоянного тока. Вам потребуется эта информация, чтобы определить, следует ли завершить измерения, проводимые с помощью мультиметра тестера в режиме переменного тока или в режиме постоянного тока. Начните проведение теста путем подключения питания и коммутации к изделию. Далее следуйте инструкции:

1. Переключите цифровой мультиметр тестер (с экраном) или аналоговый мультиметр тестер в режиме напряжения переменного тока.
2. Для того, чтобы подтвердить правильность входного напряжения для трансформатора, проверьте напряжение, прикоснувшись красный щуп к положительному полюсу, а черный зонда к отрицательной клемме трансформатора основного входа.
3. Если значения напряжений слишком низкие, значит это может быть из-за проблем с трансформатором или схемами.
4. Необходимо удалить трансформатор от входной цепи и проверить входную мощность, представленную схемой. Если показания находятся в линии, то трансформатор неисправен и если показания остаются неизменными, то схема неисправна.
5. Чтобы проверить выходное напряжение сначала нужно определить, является ли выходное напряжение в сети переменного или постоянного тока.
6. Установите цифровой или аналоговый мультиметр тестер в нужный режим для проверки.

Если конденсаторы и диоды используются для преобразования выходного напряжения от сети переменного тока в напряжении постоянного тока, то слишком низкое чтение может быть вызвано неисправным трансформатором или неисправными конденсаторами и диодами. В видеоролике об устройстве будет рассказано подробнее.

Извлеките тороидальный трансформатор с выходной схемой и проверьте выходное напряжение трансформатора. Не забудьте изменить режим мультиметра тестера к напряжению сети переменного тока. Если выходное напряжение в линии, трансформатор работает правильно, то проблема будет тогда с конденсаторами и диодами.

Тороидальные трансформаторы, которые излучают постоянный жужжащий звук скоро выйдут из строя и должны быть заменены. Всегда помните об осторожности, не касайтесь схемы при выполнении тестов. Случайный контакт со схемой, которая находится под напряжением может привести к травмам.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные преимущества и недостатки тороидальных трансформаторов, которые нужно принять во внимание. Больше информации о современных тороидальных трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать в книге Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.yudzhen.ru

www.tor-trans.com.ua

www.energytik.net

www.norma-stab.ru

Обсуждение:Трансформатор — Википедия

Несмотря на сравнительно высокий КПД трансформатора (до 95%)… — цифра в 95% явно неверна. У мощных трансформаторов КПД должен быть значительно больше (возможно, 99,5%). — Monedula 10:45, 9 июн 2005 (UTC)

Неплохо было бы добавить: Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются в электроэнергетике (энергоучет, энергосбережение) в качестве понижающих для подсоединения входов (или обмоток) статических микропроцессорных (или индукционных) счетчиков электроэнергии. Нормативные документы:

• ГОСТ 7746-2001 Трансформаторы тока. Общие технические условия;
• ГОСТ 18685-73 ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ;
• ГОСТ 1983-2001 Трансформаторы напряжения. Общие технические требования;
• ГОСТ 8.216-88 ГСОЕИ Трансформаторы напряжения. Методика поверки;
• ГОСТ 8.217-2003 Трансформаторы тока. Методика поверки; — Эта реплика добавлена с IP 194.54.161.69 (о) 18:40, 9 марта 2006 (UTC)

Добавлены прямые ссылки на скачивание на два ГОСТа в формате DOC aigmailru 10:37, 25 февраля 2009 (UTC)

• Поменял их на официальный ресурс—boom1x 17:23, 25 февраля 2009 (UTC)

А про т.н. Электронные трансформаторы [1] — сюда, или во Вторичные источники электропитания ? Tpyvvikky 17:16, 8 сентября 2011 (UTC)

Трансформатор — аппарат?[править код]

Начало статьи говорит о том, что тр-р электрический аппарат (согластно ГОСТ), но это как-то странно выглядит, хотя и до эл. машины он не дотягивает, но название аппарат, на мой взгляд, не уместно. Возможно изменить хоть на что-то типа «электромагнитное устройство»? — Владимир Рар 18:52, 6 апреля 2011 (UTC)

Правильно ли я понимаю (основываясь на иллюстрации), что направление магнитного потока обратно направлению электрического тока в обмотке? 89.218.5.245 20:43, 14 января 2008 (UTC)

нет не правильно. Зависит от того, как она намотана (по часовой или против часовой стрелки). Изучай закон фарадея =) И ещё в обмотке идёт переменный ток, следовательно поле тоже меняет своё направление (соб-сна еслиб ток не был переменным не было б вообще ни какого поля — всё из тогоже закона). —boom1x 16:25, 16 января 2008 (UTC)

Значит надо это в статье рассказать. И, кстати, закон фарадея на вопрос не отвечает, хоть изучай, хоть не изучай. Нет там ничего, кроме непонятныхъ формул. Нечеловеческим языком написана статья. 89.218.2.7 22:20, 16 января 2008 (UTC)

Поддерживаю, я сам ужаснулся когда туда защёл (поэтому и написал что из него понимать надо), если сможешь исправить ситуацию — будет очень хорошо. на счёт статьи про трансформатор — попробую номинировать её на работу недели. —boom1x 15:22, 17 января 2008 (UTC)

Картинку надо проверить. Сбивает с толку. На форуме ответили про «правило буравчика», но та статья написана так косноязычно, что ещё больше запутывает. 89.218.30.114 06:59, 24 января 2008 (UTC)

На каком вам форуме ответили, что картинка сбивает с толку? Вообще на будущее если ссылаетесь на кого-то, то сразу давайте ссылку.

В свободное время можешь проверить картинку 🙂 — картинка корректна. —boom1x 15:59, 24 января 2008 (UTC)

о разделительных трансформаторах[править код]

Господа! А что о разделительных трансформаторах? Прошу заметить, не только о низковольтных, которые используются для безопасности но и о тех, которые устанавливаются на энергокомплексах (например ГПЭС). Если быть объективным, то и о таком типе трансформаторов нужно включить информацию. Буду очень благодарен, ибо целый день потратил на то чтобы найти исчерпывающую информацию о подобном оборудовании. ««Вад

Былоб очень хорошо если бы Вы поделились своей информацией. Создать страницу можно например так: Разделительный трансформатор —boom1x 10:33, 9 августа 2008 (UTC)

условное обозначение трансформаторов[править код]

а надо ли оно тут? речь идет об условном обозначении в россии, за бугром они обозначаются иначе—80.246.245.150 13:03, 12 августа 2008 (UTC)

Другие применения трансформатора[править код]

к «К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона»,» Вполне себе существуют ионные лампы, с положительным носителем

В БСЭ эта тема называется «Трансформатор электрический». Статья «Трансформатор» в БСЭ соответствует общетехническому термину. — высказ.уч. Камень доб.в 11:41, 3 мая 2009 (UTC)

Метод определения напряжения обмоток готового трансформатора[править код]

Метод основан на эффекте «насыщения» материала сердечника. Любая из обмоток трансформатора поключается к (с предположительно большим или равным напряжению обмотки) источнику переменного напряжения через токоограничивающий прибор. Устанавливающийся в этом случае режим насыщения сердечника трансформатора с досточной степенью точности определяет рабочее напряжение подключенной обмотки трансформатора (как и других) которое в данном случае будет равно замеренному на ней напряжению. (Излишняя часть тестирующего напряжения остаётся на токоограничивающем приборе.)

Пример: любую из обмоток трансформатора 50-1000 вт. подключаем к сети 220в. последовательно с эл.лампой 40-100вт. (Наличие/отсутствие свечения лампы будет говорить о рабочем напряжении обмотки меньшем 220 в./либо равном или большем). Замерив напряжение на подключенной (и любой другой) обмотке трансформатора можно с достаточной степенью точности предварительно оценить рабочие напряжения обмоток. Определившись (по напряжениям) с первичной обмоткой и подав на неё соответствующее напряжение замеряем точные значения напряжений обмоток трансформатора.

Какие либо манипуляции с трансформатором следует проводить при отлюченной сети, с соблюдением мер электробезопасности (общения с трансформатором имеющим явно высоковольные конструкции выводов следует проводить персоналу имеющему соответствующую группу допуска).Waleri 17:13, 9 июня 2009 (UTC)

а к чему вы это здесь написали?:)—FearChild 17:32, 9 июня 2009 (UTC)

Как предложение включить в один из разделов. Waleri 19:14, 15 июня 2009 (UTC) Waleri

Нет ли ошибки в картинке?[править код]

[2]: В статье написано, что U₁ — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки, N₁ — число витков в первичной обмотке. На картинке же наоборот: к первичной обмотке приложен ток U₂, а ко вторичной — U₁. Судя по всему, на рисунке перепутаны местами вторичная и первичная обмотки. Или это я где запутался?—Tim474 13:22, 24 января 2010 (UTC)

Не только энергетики…[править код]

Уважаемые соратники! Как мне кажется, статья в таком виде, в каком она существует сейчас, написана исключительно энергетиками и отражает, в основном, вопросы, относящиеся к силовым трансформаторам сетей электропередачи. Статья изобилует ссылками на российские ГОСТы, учебники для энергетических ВУЗов, и совершенно не касается некоторых других сфер применения трансформаторов — хотя бы, к примеру, в высокочастотной радиотехнике. Общая статья с названием «Трансформатор» должна в равном объёме (и достаточно небольшом) описывать все основные виды трансформаторов, не углубляясь излишне в аспекты теории, конструирования, стандартизации и эксплуатации каждого из них. А по каждому из видов (и по энергетическим — в том числе) желательна, на мой взгляд, отдельная статья, развиваемая специалистами в данных сравнительно более узких областях. В общей же статье следует сделать упор на историю вопроса и многообразие существующих применений и реализаций — дабы статья (напомню — общая!) была увлекательной и познавательной для большинства интересующихся читателей, а не напоминала вводную главу из узкоспециального учебного пособия.

идеальный трансформатор[править код]

It’s dificult to type russian Words. So I want simply to metion: Handbuch der theoretischen Grundlagen der Funktechnik (in russischer Sprache), Band 2, Moskau, 1977, Seite 196: „Der ideale Transformator ist ein vierpoliges Element im Schaltbild, das keine Energie abstrahlt (in Form von Wärme) und keine Energie in elektromagnetischer Form speichert.“ (Übersetzung: Wefo). de.wikipedia.org/wiki/Benutzer:Wefo — 84.189.161.237 21:03, 1 ноября 2010 (UTC) — Wefo 21:06, 1 ноября 2010 (UTC) See also: http://de.wikipedia.org/wiki/Benutzer:Wefo/Transformator_%28idealer_Transformator%29 — Wefo 21:21, 1 ноября 2010 (UTC)

При чтении текущей версии «Уравнений идеального трансформатора» возникает расхождение с практическим опытом: если вторичную обмотку реального трансформатора ни к чему не подключить (I2 = 0), ток в первичной обмотке через какое-то время всё равно пойдёт, и формулы не выполнятся. Я не знаю, как это правильно написать, но, думаю, было бы неплохо сказать о том, что приближением к идеальному трансформатору является трансформатор с очень большим количеством витков в обеих обмотках на короткий период времени в начале. Т. е. индуктивность первичной обмотки очень велика, и за короткое время в трансформаторе накопится незначительная энергия, которой можно пренебречь. Ivan 23:25, 23 февраля 2012 (UTC)

У меня сложилось впечатление, что львиная доля статьи посвящена всего одному типу трансформаторов — тем, что стоят на трансформаторных подстанциях. Причём даются не общеобразовательные, а какие-то узкоспециальные, причём отрывочные сведения. Может быть, изъять эту часть и переместить в отдельную статью, а здесь оставить только общие для всех трансформаторов сведения? Обедающий философ 23:04, 16 декабря 2010 (UTC)

Цены на трансформаторы[править код]

Хочу предложить добавить ссылку http://www.rus-trans.com/index.php?ukey=pricelist на раздел нашего сайта с актуальными заводскими ценами на новые силовые трансформаторы I-III габарита 80.255.27.54 14:01, 19 декабря 2010 (UTC)

Спасибо, не надо, это будет расценено как спам. Z-Gleb^ё 15:04, 19 декабря 2010 (UTC)

Холостой ход трансформатора[править код]

Меня удивило упоминание о том, что есть трансформаторы без холостого хода. Это шутка или непонимание? Можно снизить ток и, как следствие, реактивную мощность на ХХ. Но как можно совсем убрать ток ХХ? Именно хол. ход создает намагничивание сердечника и ЭДС. Без него транс просто не будет работать.abah 10:03, 24 декабря 2010 (UTC)

На мой взгляд, примерная структура статьи должна быть:

• 1 история
• 2 теория
• 3 остальное — виды, область применения и т.п.

Важно не перемешивать.Mysterybeing 09:56, 30 октября 2011 (UTC)

• Классификация (самое главное) — всегда наверху. Tpyvvikky 11:13, 30 октября 2011 (UTC)
  • Возможно вы правы, но сейчас нет раздела «классификация» а то что понапихано в «типы трансформаторов» это какая-то сборная солянка. Ставить на верх это преждевременно.Mysterybeing 05:55, 2 ноября 2011 (UTC)

ДобавлеВ самние ссылки[править код]

В самом начале статьи допущена большая ошибка описания работы трансформатора, а мменно сказано, что трансформатор преобразует переменный и постоянный ток, хочу Вам сообщить, что постоянный ток не трансформируется!!! То есть при протекании постоянного тока по первичной обмотке трансформатора, вокруг проводника по которому протекает постоянный злектрический ток нет переменного злектромагнитного поля которое и создает э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора, и каким бы небыли постоянное напряжение и ток а первичной обмотке трансформатора во вторичной обмотке будет ноль.Только в момент подачи постоянного напряжения на первичную обмотку трансформатора само нарастание тока в первичной обмотке даст кратковременный импульс напряжения на вторичной обмотке. Так что преобразования постоянного тока и напряжения трансформаторами не физически не электрическа произойти неможет!!!С уважением Владимир. 185.3.35.251 18:52, 2 января 2014 (UTC)

Выходные трансформаторы[править код]

Предлагаю в статью «Трансформаторы» добавить ссылку на статью про выходные трансформаторы http://heavil.ru/?p=7

выходные, согласующие вроде как одна песня. Есть отдельная статья, пара слов добавлена, ссылка сделана. А вот статью про согласующие трансы не грех бы доработать. Qwazzy 12:12, 11 января 2012 (UTC)

Нет нислова о насыщении[править код]

Нет нислова о насыщении магнитопровода трансформатора. 95.81.247.101 17:58, 26 июня 2012 (UTC).

• На самом деле, много чего нет. Не только о насыщении, но и о материалах сердечников вообще. Однако, что возмущться? Знаешь как лучше? — Исправь.NakedTruth 07:09, 22 августа 2012 (UTC)

нет ни слова про Усагина[править код]

хотя рядом на его странице в википедии он называется изобретателем трансформатора 84.51.89.65 13:42, 9 сентября 2013 (UTC)

Про незабвенного Зелева тут тоже нет ни одного слова. 🙂 А если серьёзно, то я к примеру не помню ни одного упоминания о том кто именно изобрёл трансформатор, но если у Вас есть ссылки на авторитетные источники, помимо ссылок на статьи в Википедии, то укажите имена и факты (со ссылками) в начальной части статьи или тут в обсуждении. При необходимости помощь в форматировании будет оказана. Qwazzy 16:06, 11 сентября 2013 (UTC)

«18 февраля 1977 года, дата подачи заявки на изобретение (патент 955429) Мотовиловым Дмитрием Николаевичем, может считаться датой рождения первого трансформатора постоянного тока.» — Во-первых хронологически не туда воткнули. Во-вторых ни одной ссылки на довольно странное изобретение. Если доп подмагничивание и переключение диодами то это скорее всего разновидность импульсного трансформатора.154.20.114.153 20:47, 19 декабря 2013 (UTC) Антидот

Предлагаю добавить в статью новую ссылку

Никита—31.133.238.138 19:32, 14 марта 2015 (UTC)

Спасибо автору (авторам) за статью[править код]

Спасибо от Татарской Википедии за статью. Мы её перевели на татарский язык.—A.Khamidullin

Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия. Архивировано на сайте http://elektropostavka.ru/gost/