Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая — повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в цепях питания вакуумных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель — это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

Переменный трансформатор

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Одним из потребительских применений переменного трансформатора является регулирование скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Видя, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от электрической изоляции и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору было бы либо иметь правильное соотношение первичной / вторичной обмоток, предназначенное для работы, либо использовать понижающую конфигурацию с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздергивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Автотрансформатор с вариатором

Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения коэффициента передачи.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Маленькие вариаторы для настольного использования — это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники, поскольку они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в домашних условиях с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

• Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
• Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
• Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
• Автотрансформатор — это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением гальванической развязки.
• A Variac — это регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам понадобятся трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как на рисунке ниже.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Первичный — Вторичный

• Y — Y
• Y — Δ
• Δ — Y
• Δ — Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора такие же, как и для любого другого трехфазного применения: соединения Y обеспечивают возможность для нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного трансформатора является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N ₁ и N ₂ ) в каждой энергосистеме.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

Подключение фаз для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.

Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть увеличен по размеру, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по схеме Y, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена — нижняя поверхность плотины:

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, для достижения этих проектных целей идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым. Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются провода такой большой длины, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи — как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности — стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, охватывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на предварительно определенном «заданном значении».

Снижение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие слои.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, состоит в том, чтобы сделать сердечник из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» — это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, чтобы изменяться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая большие потери мощности из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за того, что более высокие частоты, вихревые токи и эффекты гистерезиса становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Подобно их более простым аналогам — индукторам — трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота источника питания). трансформатор находится далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов удовлетворить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вместо этого вынужден работать на частоте 50 Гц, магнитный поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая более длительного времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

С математической точки зрения, это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения — это производная формы волны потока, «производная» — это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: замены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: спроектировав обмотки и сердечник так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска тока» или «тока».

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, который какое-то время находится под напряжением. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза превышать нормальную пиковую величину, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышая , вдвое превышающее его нормальный пик:

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к «медленнодействующим», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это прежде всего неприятный эффект, но нагрев — потенциально серьезная проблема, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения «повышения» максимальной рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

• Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
• Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
• Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
• Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).

Слышимый шум — это эффект, в основном происходящий из явления магнитострикции : небольшого изменения длины ферромагнитного объекта при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Разработчики трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции обмоток, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (большого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

• Силовые трансформаторы ограничены по количеству мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
• Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
• Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов — вихревых токов (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
• Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Присутствие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
• Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
• Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
• Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
• Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
• Шум — обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

— ElectroSchematics.com

Что такое понижающий трансформатор: это трансформатор, вторичное напряжение которого меньше его первичного напряжения. Он предназначен для снижения напряжения с первичной обмотки на вторичную. Такой трансформатор «понижает» подаваемое на него напряжение.

В качестве понижающего блока трансформатор преобразует высоковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть сделана из провода меньшего сечения.

Связанные товары: Магниты | Трансформатор тока

Купить трансформаторы

Перейти к главе

Соображения по поводу понижающего трансформатора

Можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: повышающий может функционировать как понижающий и наоборот. наоборот. В электроэнергетике используется условное обозначение «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и обозначение «X» для более низкого напряжения. обмотка напряжения.

Одним из наиболее важных факторов повышения эффективности трансформатора и снижения нагрева является выбор типа металла обмоток. Медные обмотки намного эффективнее алюминия и многих других металлических обмоток, но они также стоят дороже. Первоначально приобретение трансформаторов с медными обмотками обходится дороже, но со временем они позволяют сократить расходы на электроэнергию, поскольку их эффективность более чем компенсирует первоначальные затраты.

Связанные товары: Power Transformer

Понижающие трансформаторы обычно используются для преобразования электричества 220 вольт, имеющегося в большинстве частей мира, в 110 вольт, необходимых для оборудования Северной Америки.

Как подключить понижающий трансформатор

1. Определите схему и характеристики устанавливаемого понижающего трансформатора и определите их. Снимите крышку клеммной коробки, расположенную на нижней стороне трансформатора. Этот корпус будет иметь только типы с высоким током, в то время как трансформаторы с меньшей мощностью будут иметь открытый винтовой зажим.
2. Идентификация оконечной нагрузки «Знай» следует для всех понижающих трансформаторов: h2, h3, h4 и h5 обозначают сторону высокого напряжения или конец питания трансформатора.Это верно независимо от размера трансформатора. Схема подключения трансформатора зависит от производителя и напряжения питания трансформатора.
3. Сначала обрежьте провода питания подачи, отрезав их до нужной длины. Если вы используете большие наконечники для проводов, обязательно учитывайте длину наконечника и количество провода, которое можно вставить в область обжима с внутренней резьбой.
4. Зачистите внешнюю изоляцию проводов с помощью складного ножа или приспособлений для зачистки проводов.Наденьте проушину или наконечник на оголенный медный провод и надежно прижмите соединительное устройство к проводу с помощью обжима подходящего размера.
5. Замкните цепь высокого напряжения понижающего трансформатора. Если клеммы со стороны высокого напряжения являются болтами, обязательно соблюдайте все требования к крутящему моменту, указанные производителем.
6. Замкните цепь низкого напряжения трансформатора. Обратите внимание, что эти клеммы будут обозначены X1, X2, X3 и X4. Снова следуйте индивидуальным схемам производителя для этого конкретного типа трансформатора.Обратите внимание, что на небольших управляющих трансформаторах будут только X1 и X2. X1 — это сторона питания или «горячая» сторона, а X2 обычно является заземляющей и нейтральной частью низкого напряжения.
7. Подключите небольшой управляющий трансформатор для X1 и X2. X1 перейдет непосредственно в цепь управления после прохождения через небольшой предохранитель, рассчитанный на эту цепь. X2 будет подключен не только к нейтральной стороне цепи управления, но также и к заземлению. Другими словами, сторона X2 небольшого управляющего трансформатора должна быть связана с системой заземления электрической цепи.
8. Установите на место все крышки трансформатора и любые кожухи, защищающие вас от электричества. Подайте высокое напряжение на трансформатор, включив цепь питания фидера. Включите контроль цепи безопасности на стороне низкого давления.
9. Используйте вольтметр, чтобы проверить правильность напряжения на стороне понижающего трансформатора. Он должен быть таким же, как указано на этикетке со спецификациями, предоставленной производителем.

Как проверить понижающий трансформатор

1. Снимите все провода с клемм трансформатора с помощью отвертки.Определите провода, если они еще не идентифицированы. Используйте прозрачный скотч и ручку. Напишите клемму, к которой прикреплены провода, и поместите обозначенную ленту на конец провода.
2. Поверните вольт-омметр в положение «Ом» и вставьте красный провод в разъем, обозначенный как «Ом». Коснитесь черным проводом металлического каркаса трансформатора.
3. Коснитесь красным проводом клемм трансформатора в следующем порядке: h2, h3, X1, а затем X2. Измеритель должен показывать бесконечное сопротивление или полное раскрытие.Бесконечное сопротивление на цифровом измерителе будет идентифицировано как пустой экран, или на широко открытом экране будет отображаться слово «Открыть». Если счетчик регистрирует какое-либо сопротивление, это означает внутреннюю проблему с обмотками. Медные катушки могут быть закорочены на металлический каркас трансформатора. Трансформатор придется заменить.
4. Проверьте целостность каждой отдельной катушки с помощью омметра. Коснитесь черным проводом к h2 и красным проводом к h3. Измеритель должен показывать сопротивление.Как правило, оно должно находиться в диапазоне от 3 до 100 Ом, в зависимости от исполнения и типа трансформатора. Выполните такой же тест для клемм X1 и X2. Вы должны получить такие же результаты. Если при проверке между клеммами одной и той же катушки измеритель показывает бесконечное сопротивление или большой разрыв, провода оборваны. Заменить трансформатор.
5. С помощью омметра проверьте цепь развязки трансформатора. Коснитесь красным проводом к h2, а черным проводом к X1. Измеритель должен показывать бесконечное сопротивление или полную разомкнутую цепь.Выполните тот же тест, но для h3 и X2 соответственно. Если на измерителе вообще отображается какое-либо сопротивление, кроме разомкнутой цепи, изоляция трансформатора нарушена и ее необходимо заменить.

Связанные товары: Transformer Misc

Что такое понижающий трансформатор?

Трансформатор — это пассивное устройство, которое преобразует уровень напряжения из высокого в низкий или из низкого в высокий. Трансформатор, который преобразует мощность высокого напряжения в мощность низкого напряжения, называется понижающим трансформатором, а тот, который преобразует низкое напряжение в высокое, называется повышающим трансформатором.

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции, также известному как закон электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому величина напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Чтобы получить более полное представление о характеристиках трансформатора, давайте разберемся с его основами.

Взаимная индукция

Это означает, что ток индуцируется в катушке, когда она приближается к катушке с током, имеющей переменный магнитный поток.Этот индуцированный ток прямо пропорционален скорости изменения тока.

Закон Фарадея

Согласно закону Фарадея, любое изменение магнитного поля возле катушки или проводника приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС), которая индуцируется внутри катушки из-за изменения магнитного потока.

Строительство

Трансформатор состоит из следующих основных частей:

Ядро

Катушки, намотанные на определенный материал, вместе образуют сердечник трансформатора.Эти сердечники изготовлены из очень проницаемого материала, способного переносить флюс. Сердечник трансформатора действует как путь или канал для легкого прохождения магнитного потока. Эти сердечники изготовлены из ферромагнитных материалов с высокой проницаемостью, таких как железо.

В трансформаторах мы используем тонкие металлические листы железа вместо одного твердого сердечника, потому что один твердый сердечник вызывает большее образование вихревых токов, и это снижает эффективность трансформатора.

Обмотка

Трансформаторы намотаны проводами, называемыми катушками.Здесь мы используем провода с меньшим сопротивлением и хорошей проводимостью, что необходимо для обеспечения хорошего КПД трансформатора. Обычно медь используется в обмотке трансформатора, поскольку она имеет хорошую электропроводность и очень низкое сопротивление по сравнению с другими. Это также не дорого, как золото, серебро и платина.

рабочая

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции. Таким образом, когда происходит изменение тока одной катушки, электрический ток также индуцируется в другой катушке, находящейся поблизости.

Каждый трансформатор состоит из двух катушек или обмоток: первичной и вторичной. Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а вторичная — к нагрузке. Когда переменный ток подается на первичную обмотку катушки, создается магнитный поток. Магнитное поле проходит через сердечник трансформатора. Когда вторичная обмотка контактирует с этим магнитным потоком, на ней наводится ЭДС. Сила генерируемой ЭДС зависит от количества витков в обмотке вторичной катушки.

N1> N2

где, N1 = количество витков в 1-й катушке

N2 = количество витков во 2-й катушке

Соотношение между напряжением и количеством витков в катушке:

Впик. / Всз. = Норм. / Нс

где, Vp = напряжение в первичной обмотке

Вс = напряжение вторичной обмотки

Np = количество витков в первичной обмотке

Нс = количество витков вторичной обмотки

Что такое понижающий трансформатор?

Трансформатор с большим числом витков первичной обмотки и меньшим числом витков вторичной обмотки называется понижающим трансформатором.Итак, как мы можем видеть из предыдущего уравнения для связи между количеством витков в обмотке и напряжением, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной, то ЭДС, генерируемая во вторичной обмотке, меньше, чем первичная Вход.

Следовательно, мы получаем более низкое напряжение во вторичной обмотке понижающего трансформатора. Как видно из названия, понижающий трансформатор используется для преобразования мощности более высокого напряжения в мощность более низкого напряжения.

Теперь давайте разберемся с описанным выше процессом на примере.Предположим, у нас есть источник переменного тока, который может производить 210 В. Если мы используем трансформатор, имеющий Np (количество витков в первичной катушке) = 20000 и Ns (количество витков во вторичной обмотке) = 100, тогда Vs (напряжение на вторичной катушке) ) дается

Vs = (Vp * Ns) / Np

Введите указанные выше значения в это уравнение, чтобы рассчитать напряжение на вторичной обмотке. Я оставил тебе эту работу. Укажите правильное значение в комментариях.

Типы понижающих трансформаторов

1. однофазные понижающие трансформаторы
2. Понижающие трансформаторы средней фазы
3. Многоступенчатые понижающие трансформаторы

Применение понижающего трансформатора

используются в блоках питания и выпрямителях для эффективного снижения напряжения.Они также используются в электронных ИИП.

Другие приложения включают:

• Линии электропередачи
• Сварочные аппараты
• Стабилизаторы и инверторы напряжения

Преимущества понижающих трансформаторов

• Понижающие трансформаторы очень эффективны и могут давать желаемую мощность с КПД до 99%.
• Мы можем легко получить желаемое выходное напряжение без больших потерь мощности.
• Они дешевле и надежнее.
• Их можно использовать для обеспечения высоких токов и низких напряжений.

: применение и принципы работы

Повышающий или понижающий трансформатор — это статическое устройство без движущихся компонентов, которое передает электроэнергию от одной цепи к другой. Напряжение и ток изменяются во время этого процесса, в то время как у нас нет изменения частоты.

Повышающий трансформатор — это машина, которая преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное и увеличивает входное напряжение.С другой стороны, понижающий трансформатор снижает входное напряжение. У нас более низкое вторичное напряжение по сравнению с первичным.

На следующих изображениях показана простая иллюстрация использования трансформаторов (повышающих и понижающих трансформаторов) в обычной системе передачи.

Использование повышающих и понижающих трансформаторов в линии передачи (Ссылка: www.electronicshub.org)

подразделяются на несколько типов в зависимости от конструкции, номинального напряжения, типа охлаждения, места применения, количества фаз в системе переменного тока и т. Д.Здесь мы обсудим повышающие и понижающие трансформаторы, которые классифицируются на основе преобразования уровня напряжения.

Повышающий трансформатор

В повышающем трансформаторе вторичное напряжение выше исходного. Это ожидается из-за меньшего количества катушек на первой стороне, чем на вторичной. Повышающий трансформатор используется для повышения напряжения до более высокого уровня. Они устанавливаются в системах передачи и считаются на более высоких уровнях мощности.

В понижающем трансформаторе вторичное напряжение ниже исходного напряжения из-за меньшего количества витков во вторичной обмотке. Поэтому этот тип трансформатора используется для понижения напряжения до расчетных уровней для схемы. Почти в большинстве источников питания есть понижающий трансформатор, чтобы поддерживать рабочий диапазон цепи до определенных более безопасных пределов напряжения. Эти трансформаторы обычно устанавливаются в электронных схемах (электронные трансформаторы) и распределительных сетях (силовые трансформаторы).

Следует отметить, что трансформатор — это обратимая машина, поэтому его можно использовать как в качестве повышающего, так и понижающего трансформатора. Например, если для схемы требуется высокое напряжение, мы бы подключили клеммы ВН к системе, тогда как для схемы или нагрузки требуется низкое напряжение, мы бы подключили клеммы НН к системе.

Схема повышающего и понижающего трансформатора. (Ссылка: electronicshub.org)

Коэффициент трансформации определяет соотношение напряжений в трансформаторе.Используя большее количество витков в обмотке, мы получим в ней более высокое производимое напряжение. Понижающий трансформатор имеет меньшее количество витков на вторичной обмотке, чтобы обеспечить низкое напряжение, и больше витков на первичной обмотке, чтобы противостоять высоким уровням напряжения источника переменного тока.

Передаточное число = N_P / N_S = V_P / V_S

Коэффициент витков = число витков первичной обмотки / число витков вторичной обмотки = напряжение первичной обмотки / вторичное напряжение

Конструкция трансформатора представляет собой железный сердечник, покрытый стальными лентами.Пластины сердечника состоят из изолированных металлических тонких металлических полос. Пластины разделяются и скручиваются вокруг сгиба с помощью листа пальто или пергамента. Обмотка состоит из двух сторон: основной и вторичной обмотки. Обе обмотки образованы электрической катушкой и изолированы друг от друга. Основной особенностью сердечника является облегчение намотки магнитного потока и обеспечение полезного потока в направлении с низким сопротивлением. Для получения дополнительной информации о частях трансформатора щелкните здесь.

Части трансформатора следующие:

1. Электросхема
2. Магнитная цепь
3. Конструкция корпуса типа
4. Конструкция сердечника
5. Диэлектрическая цепь
6. Консерватор
7. Втулка
8. Сапун
9. Взрывоотводчик
10. Радиатор
11. Обмотки
12. Танк зимнего сада

Принцип работы электрического трансформатора — «взаимная индукция», который гласит: равномерное изменение тока в катушке приводит к возникновению E.М.Ф. в другой катушке, которая индуктивно связана с первой катушкой. Трансформатор включает в себя две катушки с высокой взаимной индуктивностью, которые электрически разделены, но имеют типичную магнитную цепь в своей основной форме. На следующем рисунке показана базовая структура трансформатора, работающего как понижающий трансформатор.

Базовая конструкция понижающего трансформатора (Ссылка: electronicshub.org)

Первичная катушка или первичная обмотка, первый набор катушек, подключены к первичному напряжению, источнику переменного напряжения на первой стороне.Другой набор катушек, который называется вторичной обмоткой или вторичной катушкой, подключен к нагрузке. Нагрузка потребляет переменное выходное напряжение (пониженное или повышенное напряжение).

Входное переменное напряжение возбуждает первичную обмотку, и в ней течет переменный ток. Переменный ток создает переменный магнитный поток, который проходит в сердечнике магнитного железа и завершает свой путь.

Согласно закону Фарадея ЭДС возникает во вторичной обмотке, поскольку вторичная обмотка также связана с переменным магнитным потоком.Сила напряжения на вторичной обмотке зависит от количества проходящих через нее магнитного потока. Следовательно, без электрического контакта переменное напряжение первичной обмотки передается на другую обмотку.

Следует отметить, что в зависимости от типа трансформатора напряжение на вторичной стороне трансформатора может быть таким же, более низким или более высоким по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Однако, но период напряжения и его частота не меняются.

Подробнее о Linquip

Понижающий трансформатор — это трансформатор, который преобразует высокое напряжение на первичных обмотках в низкое напряжение на вторичных обмотках. Что касается обмоток катушки, то первичная обмотка понижающего трансформатора имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На следующем изображении показан типичный понижающий трансформатор.

Понижающий трансформатор (www.electronicshub.org)

Мы можем измерить мощность трансформатора, используя напряжение и ток в системе. Мощность трансформатора определяется в ВА, вольт-амперах (для больших трансформаторов — киловольт-вольт-амперах, кВА).

В идеале мощность на обеих сторонах любого трансформатора постоянна, что означает, что доступная мощность на вторичной стороне трансформатора такая же, как мощность на первичной стороне трансформатора.Это относится и к понижающему трансформатору. Однако, поскольку напряжение на вторичной обмотке понижающего трансформатора ниже, чем на первичной обмотке, ток на вторичной обмотке будет увеличиваться, чтобы сбалансировать абсолютную мощность трансформатора.

Рассмотрим VP как напряжение, IP как ток, а PP как мощность на первичной стороне трансформатора. Как мы знаем, мощность можно вычислить, просто умножив ток и напряжение.Следовательно, мощность на первичной обмотке трансформатора составляет

P_P = V_P \ раз I_P

Аналогично, рассматривая VS как напряжение, IS как ток и PS как мощность на вторичной стороне трансформатора. Мощность на вторичной обмотке трансформатора составляет

P_S = V_S \ раз I_S

Из-за равенства мощностей в трансформаторе имеем:

P_P = P_S

V_P \ раз I_P = V_S \ раз I_S

Поскольку VS ниже, чем VP в понижающем трансформаторе, IS должно быть больше, чем IP.Таким образом, выходное напряжение в понижающем трансформаторе меньше, чем у первичного напряжения, в то время как выходной ток выше, чем входной ток.

Основываясь на приведенных выше уравнениях, мы можем определить понижающий трансформатор как машину, которая преобразует переменный вход высокого напряжения и низкого тока в переменный выход низкого напряжения и высокого тока.

Как упоминалось ранее, приведенный выше расчет мощности предназначен для идеального трансформатора без потерь. Возникнут потери в виде потерь в меди и в стали, которые следует учитывать, даже если потери небольшие.

Мы можем подключить понижающий трансформатор по представленной инструкции:

1. Перед установкой понижающего трансформатора необходимо определить номинал и схему понижающего трансформатора. Сначала снимаем крышку клеммной коробки.
2. Описание оконечной нагрузки Know соответствует всем понижающим трансформаторам: h2, h3, h4 и h5 обозначают сторону высокого напряжения трансформатора или конец подачи питания. Взаимосвязь трансформатора может варьироваться в зависимости от напряжения, используемого для питания трансформатора, и производителя.
3. Обрежьте провода питания до нужной длины. В случае использования больших наконечников для проводов следует учитывать размер наконечников и длину провода, который мы можем вставить в область обжима с внутренней резьбой.
4. Зачистите внешнюю изоляцию проводов с помощью инструмента для зачистки проводов или ножа. Наденьте кабельный наконечник или кольцо с проушиной на очищенный медный провод и надежно прижмите соединительное устройство к проводу, используя обжимной пресс подходящего размера.
5. Прервите высокое напряжение понижающего трансформатора.В случае болтов на клеммах со стороны высокого напряжения постарайтесь соблюдать требования к крутящему моменту, указанные в списках производителей.
6. Прервите низкое напряжение трансформатора. Эти терминалы будут распознаваться X1, X2, X3 и X4. Еще раз прочтите индивидуальные схемы производителя для конкретного типа трансформатора, который вы используете. На небольших управляющих трансформаторах будут только X1 и X2. Питание — это X1 или «горячая» сторона, а X2 обычно является заземляющей и нейтральной частью низкого напряжения.
7. Разомкните малый трансформатор управления.X1 перейдет прямо к цепи управления после прохождения через небольшой предохранитель, рассчитанный на эту цепь. X2 будет подключен к нейтральной стороне цепи управления и заземления. Это означает, что мы должны подключить сторону X2 небольшого управляющего трансформатора к заземлению электрической цепи.
8. Закройте все корпуса и все крышки на трансформаторе, чтобы защитить вас от электричества. Подключите высокое напряжение к трансформатору, включив питание фидера. Включите предохранитель на стороне низкого давления.
9. Используйте вольтметр для проверки правильности напряжения на второй стороне понижающего трансформатора. Он должен быть равен значениям, указанным на этикетке со спецификациями, предоставленной производителем.

По следующей инструкции мы можем проверить, правильно ли работает трансформатор или почему он перестал работать:

1. С помощью отвертки отсоедините все провода от клемм трансформатора. Различите кабели, если они еще не распознаны.Отметьте каждую клемму и подключенный к ней провод.
2. Используйте омметр. Подключите одну головку к металлическому каркасу, а другую к клеммам трансформатора в следующей последовательности: h2, h3, X1, а затем X2. Омметр должен показывать полностью открытые или бесконечные сопротивления. В некоторых случаях омметр показывает сопротивление любой формы, поэтому существует внутренняя проблема, связанная с обмотками. Катушки замкнуты на корпус трансформатора, и его придется заменить.
3. Вы должны проверить целостность каждой катушки с помощью омметра.Подключите один конец к h2, а другой к h3. Обычно сопротивление должно быть в диапазоне от 3 до 100 Ом, в зависимости от типа и типа трансформатора. Сделайте то же самое для клемм X1 и X2 и проверьте, дают ли они одинаковые результаты. В случае считывания открытого или бесконечного сопротивления провода разделяются.
4. Провести изоляцию цепи трансформатора с помощью омметра. Подключите один конец к h2, а другой к X1. Измеритель должен отображать полностью разомкнутую цепь или бесконечное сопротивление. Сделайте то же самое для h3 и X2 соответственно.При обнаружении любого сопротивления изоляцию трансформатора необходимо заменить, так как она нарушена.

Управляющий трансформатор (Ссылка: guillevin.com)

Для преобразования слаботочной и высоковольтной энергии в низковольтные различные понижающие трансформаторы напряжения сконструированы в следующих спецификациях.

Напряжение: Низкое выходное напряжение и высокое входное напряжение

Обмотка: Первичная обмотка высоковольтная

Ток: Вторичная обмотка имеет большой ток

Уровень выходного напряжения: 10 В, 20 В, 24 В, 110 В и т. Д.

В дополнение к указанным характеристикам, повышающие и понижающие трансформаторы доступны в представленных спецификациях:

• Летающие поводки
• Voltage IN: определение напряжения OUT
• Один или несколько выходов
• Изоляция
• Крепление для ПК
• Определение соотношения X: Y

используются для увеличения напряжения для передачи и уменьшения напряжения для использования в военной, медицинской, телекоммуникационной, электронной промышленности и т. Д.Вот несколько примеров их применения:

• Обеспечение изоляции 1: 1
• Электростанции (преобразование 220 В в 110 В и преобразование из 110 В в 220 В)
• Подстанции
• Электрооборудование и электронное оборудование
• Дверные звонки
• Телевизоры
• Холодильники
• Музыка / развлечения
• Выпрямительные схемы
• Инверторы
• Медицинское оборудование
• Печатные модули для печатных плат

Это были трансформаторы, но мы должны помнить, что почти все настенные низковольтные адаптеры используют понижающие трансформаторы для широкого использования импульсных источников питания.Также все уличные трансформаторы возле наших городов и домов — это понижающие трансформаторы. У них есть переменное входное напряжение 11 кВ, которое преобразуется в 230 В для совместного использования в наших домах. Понижающие трансформаторы обычно используются для преобразования 220-вольтового электричества в 110-вольтовое напряжение, необходимое для устройств в Северной Америке.

Обычные адаптеры, которые мы используем, являются примером понижающих трансформаторов (Ссылка: ebay.com)

Напряжение на электростанциях или генерирующих станциях составляет примерно 20 кВ.Его повышают до 440 кВ с помощью повышающего трансформатора для передачи этого напряжения на большие расстояния в наш дом. Это напряжение передается на распределительную станцию, и понижающий трансформатор снижает его до 11 кВ.

Возможно использовать оба этих типа трансформаторов в обратном направлении, используя источник переменного тока для питания вторичной обмотки и подключения первичной обмотки к нагрузке.Таким образом, выполняя противоположную функцию, понижение может действовать как повышение и наоборот. Одним из условностей, используемых в электроэнергетике, является использование обозначений «H» для обмотки (с более высоким напряжением, например, первичная обмотка в понижающей системе и вторичная обмотка в повышающей) и «X». обозначения обмотки с меньшим напряжением.

Одним из наиболее важных факторов для повышения эффективности трансформатора и уменьшения нагрева является выбор типа металла обмоток.Медные обмотки значительно более эффективны, чем алюминий и различные варианты обмоток из металла; однако это также стоит дороже. Трансформатор с медной обмоткой вначале стоит дорого. Тем не менее, это позволяет сэкономить на расходах на электроэнергию в будущем.

Конструкция, типы, работа и применение

Трансформатор является статическим устройством, поскольку у него нет движущихся частей. Основная функция этого состоит в том, чтобы передавать электроэнергию от цепи к цепи, изменяя напряжение-ток, но не частоту.Классификация трансформатора может быть сделана на основе таких функций, как повышающий трансформатор и понижающий трансформатор. Повышающий трансформатор используется для увеличения напряжения от низкого до высокого, тогда как понижающий трансформатор используется для понижения напряжения с высокого до низкого. Итак, в этой статье обсуждается обзор работы с приложениями понижающего трансформатора.

Что такое понижающий трансформатор?

Определение: Трансформатор, который преобразует высокое выходное напряжение с использованием меньшего тока в низкое выходное напряжение с помощью высокого тока, известен как понижающий трансформатор.В этом трансформаторе есть два типа обмоток: первичная и вторичная. Первичная обмотка содержит муаровые витки по сравнению с вторичной. Схема понижающего трансформатора показана ниже.

Например, диапазон напряжения, используемого силовой цепью, составляет от 230 В до 110 В, но в электрических устройствах он меньше 16 В. Таким образом, чтобы решить эту проблему с напряжением, используется понижающий трансформатор, чтобы его можно было уменьшить с 230 В до 110 В и, наконец, до 16 В.

Принцип работы

Понижающий трансформатор Принцип работы понижающего трансформатора — это закон электромагнитной индукции Фарадея. В трансформаторе необходима взаимная индукция между двумя обмотками для передачи. Согласно закону Фарадея, как только магнитный поток, соединяющий цепь, изменяется, в цепи может индуцироваться электродвижущая сила, которая пропорциональна скорости изменения магнитной связи.

Индуцированная электродвижущая сила может быть определена по количеству обмоток трансформатора.Это называется передаточным числом. Способность трансформаторов к понижению напряжения во многом зависит от этого отношения витков. Когда нет. Количество обмоток, присутствующих во вторичной обмотке, мало по сравнению с первичной обмоткой, тогда связь магнитного потока с вторичной обмоткой также меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Итак, индуцированная электродвижущая сила во вторичной обмотке мала, по этой причине напряжение на вторичной обмотке снижается по сравнению с первичной обмоткой.

Формула

Формула понижающего трансформатора :

Ns / Np = Vs / Vp

Где «Ns» — номер.обмоток во вторичной обмотке

«Np» нет. обмоток в первичной обмотке

«Vs» — это напряжение во вторичной обмотке

«Vp» — это напряжение в первичной обмотке

В этом трансформаторе номер количество обмоток во вторичной обмотке всегда меньше по сравнению с обмотками в первичной

Ns

Типы понижающего трансформатора

Понижающие трансформаторы делятся на три типа: однофазные, среднефазные и многоотводные.

• Однофазный используется для понижения номинального тока, а также входного напряжения для уменьшения напряжения и выходного тока, например, 12 В переменного тока.
• С отводом по центру включает в себя одну первичную обмотку и центральное разделение во вторичной обмотке, поэтому выходное напряжение с центральным разделением, например, 12 В на 0 — 12 В.
• Multi Tapped имеет множество ответвлений во вторичной обмотке, и они используются для получения предпочтительного выхода через вторичные катушки, например от 0 до 12 В, от 0 до 18 В.

Конструкция понижающего трансформатора

Конструкция понижающего трансформатора может быть выполнена с использованием двух или более катушек, намотанных на железный сердечник трансформатора.Эффективные трансформаторы в основном включают ферромагнитный сердечник, так как этот материал намагничивается с помощью первичной обмотки и передает энергию вторичной обмотке. Простой способ получить ферромагнитную катушку — это найти 2-3 дюйма большой стальной шайбы или помойку.

К преимуществам понижающего трансформатора относятся следующие.

• Высокая долговечность
• Высокая надежность
• Меньшая стоимость
• Высокая эффективность
• Используется для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу энергии
• Обеспечивает различные источники напряжения

Недостатки

К недостаткам понижающего трансформатора можно отнести следующее.

• Требуется больше обслуживания
• Устранение неисправности требует больше времени
• Нестабильность затрат на сырье

Применения

применения понижающего трансформатора включают следующее.

• Гальваническая развязка
• Стабилизаторы напряжения
• Инверторы
• Распределительная сеть
• Телевизоры
• В сварочных аппаратах
• Бытовая техника
• Линии передачи на понижение
• Адаптеры для дверей
• 3 Плееры CD3
• 3

Итак, это все обзор понижающего трансформатора. Это в основном используется для понижения напряжения и, таким образом, используется почти во всех бытовых электроприборах.В настоящее время он используется в большинстве электронных устройств. Вот вам вопрос, какой еще тип трансформатора?

Как сделать понижающий трансформатор

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Крис Дезил

Трансформаторы — это простые, но чрезвычайно полезные электрические устройства, и они работают из-за явления, известного как электромагнитная индукция. Если вы поместите провод в изменяющееся магнитное поле, поле индуцирует электрический ток в проводе, а там, где есть ток, возникает разность потенциалов или напряжение.Обратное также верно. Изменяющийся ток в проводнике создает магнитное поле. Поскольку ток должен изменяться (в потоке), трансформаторы работают только с электричеством переменного тока, что является преимуществом переменного тока перед мощностью постоянного тока.

Напряжение зависит от того, сколько раз проводник проходит через магнитное поле. Вы можете преобразовать напряжение в одной цепи — первичной цепи — в другое напряжение во вторичной цепи, регулируя количество раз, когда проводники каждой цепи проходят через магнитное поле.Устройство, которое это делает, представляет собой трансформатор, а когда он снижает напряжение во вторичной цепи, это понижающий трансформатор. Это именно то, что делает трансформатор на линии электропередачи за пределами вашего дома. Сделать понижающий трансформатор самому несложно, но он не будет таким большим и мощным, как на линии электропередачи. Однако он будет работать точно так же.

Трансформаторы используют обмотки

В трансформаторе используется один проводник, намотанный несколько раз вокруг центрального сердечника для первичной цепи, а другой проводник также несколько раз намотан вокруг того же или другого сердечника для вторичной цепи.Соотношение количества обмоток в этих катушках определяет напряжение во вторичной катушке. Формула трансформатора, которая следует из закона Фарадея, следующая:

\ frac {N_s} {N_p} = \ frac {V_s} {V_p}

, где N _s и N _p — количество обмоток в вторичная и первичная обмотки соответственно, а V _s и V _p — напряжения.

В понижающем трансформаторе вторичное напряжение меньше первичного, поэтому количество обмоток вторичной обмотки должно быть меньше количества обмоток первичной обмотки.Если вы знаете напряжение в первичной цепи и у вас есть цель для вторичной катушки, вы достигнете своей цели, отрегулировав количество обмоток на обеих катушках.

Создание понижающего трансформатора

Самые эффективные трансформаторы имеют ферромагнитные сердечники, потому что этот материал намагничивается первичной обмоткой и передает энергию вторичной обмотке более эффективно, чем катушки могут делать сами. Самый простой способ получить ферромагнитную катушку — найти большую стальную шайбу в строительном магазине или на ремонтной мастерской.Он должен быть от 2 до 3 дюймов в диаметре.

Для изготовления катушек можно использовать любой токопроводящий провод, но лучше всего подходит магнитный провод 28 калибра, который представляет собой очень тонкий медный провод, покрытый изоляцией. Чтобы создать первичную катушку, плотно оберните провод вокруг шайбы не менее 500 раз, удерживая провода плотно вместе. При необходимости намотайте его слоями. Тщательно подсчитайте количество витков и запишите количество. Когда вы закончите наматывать, оставьте два конца свободными для подключения к источнику питания и оберните провода малярной лентой, чтобы они оставались на месте.

Поскольку вы собираете понижающий трансформатор, количество обмоток вторичной обмотки будет меньше. Фактическое число зависит от желаемого напряжения, и вы можете рассчитать его, используя формулу трансформатора. Намотайте вторичную катушку поверх первичной, оставив концы свободными для подключения к счетчику. Оберните катушку малярной лентой, а затем оберните весь трансформатор изолентой, чтобы изолировать его. Трансформатор готов к тестированию.

Пример расчета

Предположим, вы хотите понизить напряжение 120 В в домашней розетке до 12 В.Соотношение напряжений составляет 12/120 = 1/10, поэтому, если первичная обмотка имеет 500 обмоток, вторичная обмотка должна иметь 50.

Обратите внимание, что использование домашнего напряжения в этом расчете является только примером, и ток, проходящий под ним. Большое напряжение приведет к быстрому нагреву проводов, и было бы опасно пытаться снизить его. Этот элементарный трансформатор безопаснее использовать для гораздо меньших входных напряжений от более безопасных источников. Не оставляйте трансформатор подключенным на какое-либо время.

Понижающий трансформатор

Трансформаторы изготовлены из железного сердечника и обмотки из медной проволоки. Иногда сердечник может быть из ферритовых материалов, в целом трансформаторы используются для передачи энергии между катушками обмотки посредством электромагнитной индукции.


Мы знаем, что переменный ток, протекающий в катушке, индуцирует магнитный поток, а противоположный изменяющийся магнитный поток на катушке индуцирует ток, на основе которого работают трансформаторы.

Понижающий трансформатор

Показаны три различных символа понижающего трансформатора, каждый из которых имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, сердечник из железа или феррита, обмотки в основном сделаны из изолированных медных проводов. Понижающий трансформатор, используемый для понижения номинальных значений входного напряжения и тока, обеспечивает выход напряжения и тока с низкой амплитудой по двум проводам.

Понижающий трансформатор с центральным ответвлением имеет одну первичную обмотку и вторичную обмотку с разделением по центру и дает два вторичных выхода с общей центральной точкой, например, 12В-0-12В.

Понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками дает два или более разных выхода с разными вторичными обмотками, например 0–12 В, 0–18 В в одном и том же трансформаторе вторичной обмотки, некоторые несколько вторичных трансформаторов дают разные выходные уровни тока.

Детали понижающего трансформатора

Каждый трансформатор состоит из трех частей: первичной обмотки, вторичной обмотки и железного сердечника.Первичная обмотка имеет больше витков по сравнению с вторичной, а вторичная обмотка имеет меньше витков с использованием толстого провода по сравнению с первичной. Железные сердечники сделаны из отдельных пластин, чтобы избежать потерь на вихревые токи.

Как это работает?

Не слишком техничный! только понижающий трансформатор выполняет амплитуду, а уменьшение тока зависит от соотношения вторичной и первичной обмоток и потока потока через сердечник.

Физический вид

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор с центральным отводом