+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Как работает трансформатор, его принцип действия и устройство на простом языке.

 

 

 

Содержание

Тема: пояснение работы и устройства силового трансформатора электрического.

 

Обычный силовой трансформатор является достаточно важным и распространенным электротехническим устройством. Он позволяет преобразовывать напряжение и ток в нужные величины. Конструктивно он прост, имеется магнитный сердечник определенной формы, на который наматываются обмотки изолированного провода (медный, чаще всего). Эти обмотки делятся на первичную (входную) и вторичную (выходная). Их может быть не две (входная и выходная), а более двух (несколько входных и выходных) в зависимости от конкретного назначения силового трансформатора.

 

электромагнитная индукция в основе принципа работы трансформатораВ основе работы любого трансформатора заложен один простой принцип, точнее электро физическое явление — это электромагнитная индукция. Что это такое? Все очень просто! Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (в твердых телах это электроны. а в жидких и газообразных это ионы). При движении заряда по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (именно движущегося заряда, вокруг недвижущегося имеется только электрическое поле). Магнитное поле также существует вокруг постоянных магнитов. Так вот, если взять кусок изолированного провода, намотать из него катушку, подсоединить к концам этой катушки вольтметр, после чего быстро провести возле катушки магнитом, то мы на вольтметре увидим скачок электрического напряжения. Получается, что если постоянно воздействовать на катушку магнитным полем (движущемся), то можно из нее получить некий источник или преобразователь электрической энергии.

 

В трансформаторе одна катушка (первичная, входная) выполняет роль источника магнитного поля. Стоит учесть, что магнитное поле должно быть обязательно переменным (постоянно меняющееся в направлении и величине). На эту входную катушку подается переменное напряжение определенной величины (то, на которую рассчитана эта катушка, чтобы основная часть электрической энергии тратилось именно на создание магнитного поля, и лишь минимальная его часть тратилась на выделение тепла, это неизбежные потери).

 

 

 

 

В результате вокруг этой входной катушки образуется переменное магнитное поле, которое по сердечнику передается на вторую катушку. Как было сказано выше, если воздействовать на проводник переменным магнитным полем, на нем индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). То есть, на выходной катушке появляется напряжение. Вот и получаем простой электромагнитный преобразователь электрической энергии.

 

устройство и работа трансформатора, принцип действия электрических и магнитных потоков

 

Материал сердечника трансформатора подбирается так, чтобы он максимально хорошо проводил через себя электромагнитные поля, усиливая их. В итоге мы имеем несколько цепей. Первая — электрическая, которая образована движением зарядов по первичной обмотке. Она вокруг себя образовывает магнитное поле, которое замыкается по контуру магнитного сердечника, и это вторая цепь (электромагнитная, смещена на 90 градусов). Ну, а третья цепь опять электрическая, которая образована вторичной обмоткой (где индуцируется напряжение) и подключенной к ней нагрузкой (она также смещена на 90 градусов относительно магнитной цепи).

 

От количества витков на катушке зависит напряжение, а от сечения провода этой катушки зависит сила тока. То есть, если первичная и вторичная катушка будут иметь одинаковое количество витков — выходное напряжение будет такое же как и входное. Если вторичную обмотку намотать в два раза больше (по количеству витков), то и выходное напряжение увеличится вдвое (относительно входного). От диаметра провода катушки зависит выходной ток. При большой нагрузке и слишком малом сечении провода будет происходит нагрев катушки, что может привести к перегреву, повреждению изоляции и выходу из строя трансформатора.

 

Существуют специальные таблицы, в которых указаны нужные сечения проводов с учетом определенной плотности тока в них. При расчете трансформатора и выборе сечения провода под нужный выходной ток необходимо брать данные с этих таблиц.

 

 

Что касается магнитопровода, который замыкает магнитные поля на себе. Чем лучше материал магнитопровода проводит через себя электромагнитные поля, тем выше коэффициент полезного действия трансформатора. Следовательно, существуют специальные сплавы, имеющие лучшие электромагнитные характеристики, которые и используют в сердечнике трансформаторов. Помимо этого в трансформаторе не должны быть зазоров между частями магнитопровода (на пути течения магнитного поля). Только лишь при полной замкнутости магнитопровода можно получить минимальные потери при трансформации электрической энергии.

 

высокочастотный трансформатор устройство работа действиеРабота трансформатора также зависит от частоты тока, который подается на входную обмотку. Чем выше частота тока, тем лучше происходит трансформация энергии. То есть, с повышением частоты будут уменьшаться размеры трансформатора при тех же выходных мощностях. Если взять обычный трансформатор, который рассчитан на сетевое напряжение стандартной частоты в 50 герц, то он по размерам будет значительно больше того, который будет работать на килогерцовых частотах. Но там уже и магнитопровод используется из других ферромагнитных материалов.

 

Более короче работу трансформатора можно выразить так — на входную обмотку подается переменное напряжение (которое должно быть изначально рассчитано), в катушке начинает течь переменный ток, который образовывает переменное магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле начинает протекать по магнитопроводу сердечника трансформатора проходя также через выходную катушку. В результате на этой выходной обмотке образуется переменное напряжение, величина которого зависит от количества витков катушек. При подключении нагрузки к выходной обмотки мы получаем течение переменного тока в выходной цепи.

 

ps smail

P.S. В нынешнее время все чаще стали использовать электрические схемы, где для источников питания делается специальный модуль, работающий на более высоких частотах, отличных от стандартных 50 герц. То есть, если раньше повсеместно для блоков питания использовали обычные силовые трансформаторы, имеющие железный магнитопровод, рассчитанный на сетевую частоту, имеющие только выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, то сейчас схемы блоков питания более сложнее. Они уже содержать выпрямитель, фильтр, электронный преобразователь напряжения и частоты (на транзисторах, микросхемах), стабилизатор, обратную связь (гальваническую развязку) и т.д. Размеры, масса и выходные характеристики таких источников питания гораздо выше, чем у их предшественников (обычных силовых трансформаторов). Хотя по надежности все же классический вариант блоков питания будет получше.

 

Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформаторы

С открытием и началом промышленного использования электричества возникла необходимость создания систем его преобразования и доставки к потребителям. Так появились трансформаторы, о принципе действия которых и пойдет речь.

Появлению их на свет предшествовало открытие явления электромагнитной индукции великим английским физиком Майклом Фарадеем почти 200 лет назад. Позже он и его американский коллега Д. Генри нарисовали схему будущего трансформатора.

Трансфрматор Фарадея Трансформатор Фарадея

Первое воплощение идеи в железо состоялось в 1848 году с создания индукционной катушки французским механиком Г. Румкорфом. Свою лепту внесли и российские ученые. В 1872 году профессор Московского университета А. Г. Столетов открыл петлю гистерезиса и описал структуру ферромагнетика, а 4 года спустя, выдающийся российский изобретатель П. Н. Яблочков получил патент на изобретение первого трансформатора переменного тока.

Трансформатор Яблочкова

Как устроен и как работает трансформатор

Трансформаторы – это название огромного «семейства», куда входят однофазные, трехфазные, понижающие, повышающие, измерительные и множество других типов трансформаторов. Основное их назначение – преобразование одного или нескольких напряжений переменного тока в другое на основе электромагнитной индукции при неизменной частоте.

Итак, кратко, как работает простейший однофазный трансформатор. Он состоит из трех основных элементов – первичной и вторичной обмоток и объединяющего их в единое целое магнитопровода, на который они как бы нанизаны. Источник подключается исключительно к первичной обмотке, в то время, как вторичная снимает и передает уже измененное напряжение потребителю.

Принцип работы трансформатораПринцип работы трансформатора

Подключенная к сети первичная обмотка создает в магнитопроводе переменное электромагнитное поле и формирует магнитный поток, который начинает циркулировать между обмотками, индуцируя в них электродвижущую силу (ЭДС). Ее величина зависит от числа витков в обмотках. К примеру, для понижения напряжения необходимо, чтобы в первичной обмотке витков было больше, чем во вторичной. Именно по такому принципу работают понижающие и повышающие трансформаторы.

Важная особенность конструкции трансформатора состоит в том, что магнитопровод имеет стальную структуру, а обмотки, как правило имеющие форму цилиндра, изолированы от него, непосредственно не связаны друг с другом и имеют свою маркировку.

Трансформаторы напряжения

Это, пожалуй, наиболее многочисленная разновидность семейства трансформаторов. В двух словах, их основная функция – сделать произведенную на электростанциях энергию доступной для потребления различными устройствами. Для этого существует система передачи электроэнергии, состоящая из повышающих и понижающих трансформаторных подстанций и линий электропередач.

Передаяа энергии по ЛЭП

Вначале электроэнергия, произведенная электростанцией, подается на повышающую трансформаторную подстанцию (к примеру, с 12 до 500 кВ). Это необходимо для того, чтобы компенсировать неизбежные потери электроэнергии при передаче на большие расстояния.

Следующий этап – понижающая подстанция, откуда электроэнергия уже по низковольтной линии подается на понижающий трансформатор и далее к потребителю в виде напряжения 220 в.

Но на этом работа трансформаторов не заканчивается. В большинстве окружающих нас бытовых электроприборов — в ПК, телевизорах, принтерах, стиральных машинах-автоматах, холодильниках, микроволновых печах, DVD и даже в энергосберегающих лампочках установлены понижающие трансформаторы. Пример индивидуального «карманного» трансформатора – зарядное устройство мобильного телефона (смартфона).

Адаптер питания

Гигантскому разнообразию современных электронных устройств и выполняемых ими функций соответствует множество различных типов трансформаторов. Это далеко не полный их список: силовые, импульсные, сварочные, разделительные, согласующие, вращающиеся, трехфазные, пик-трансформаторы, трансформаторы тока, тороидальные, стержневые и броневые.

Какие они, трансформаторы будущего

Считается, что трансформаторная отрасль весьма консервативна. Тем не менее и ей приходится считаться с революционными изменениями в области электротехники, где все громче о себе заявляют нанотехнологии. Как и множество других устройств, они постепенно «умнеют».

Элегазовые трансформаторыЭлегазовые трансформаторы

Активно ведется поиск новых конструкционных материалов – изоляционных и магнитных, способных обеспечить более высокую надежность трансформаторного оборудования. Одним из направлений может стать использование аморфных материалов, что значительно повысит его пожарную безопасность и надежность.

Появятся взрыво- и пожаробезопасные трансформаторы, в которых хлордифенилы, используемые для пропитки электроизоляционных материалов, будут заменены нетоксичными жидкими, экологически безопасными диэлектриками.

Элегазовые трансформаторыЭлегазовые трансформаторы

Примером тому — элегазовые силовые трансформаторы, где функцию хладагента выполняет негорючий элегаз гексафторид серы, вместо далеко не безопасного трансформаторного масла.

Вопрос времени – создание «умных» электросетей, оснащенных полупроводниковыми твердотельными трансформаторами с электронным управлением, с помощью которых появится возможность регулировать напряжение в зависимости от потребностей потребителей, в частности, подключать к домашней сети возобновляемые и промышленные источники питания, или наоборот отключать лишние, когда в них нет необходимости.

Еще одно перспективное направление – низкотемпературные сверхпроводимые трансформаторы. Работа по их созданию началась еще в 60-е годы. Главная проблема, с которой столкнулись ученые – огромные размеры криогенных систем, необходимых для изготовления жидкого гелия. Все изменилось в 1986 году, когда были открыты сверхпроводниковые высокотемпературные материалы. Благодаря им, появилась возможность отказаться от громоздких охлаждающих устройств.

Трансформатор с полупроводниковым преобразователемТрансформатор с полупроводниковым преобразователем

Сверхпроводимые трансформаторы обладают уникальным качеством: при высокой плотности тока потери в них минимальны, зато, когда ток достигает критических значений, сопротивление от нулевого уровня резко увеличивается.Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

принцип работы, назначение и схемы включения

Трансформатором тока(ТН, TV) – называют электротехническое устройство, изменяющее величину выходного значения электротока в процессе передачи с первичной на вторичную обмотку. В результате пропуска через трансформатор, электрический ток передаётся из одной системы в другую, пропорционально изменяясь, в зависимости от поставленной задачи.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа) Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

Особенности конструкции и принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на использовании закона электромагнитной индукции.

Прибор состоит из следующих элементов:

  • первичной и вторичной обмоток;
  • замкнутого сердечника (магнитопровода).
Принцип работы трансформатораПринцип работы трансформатора

Обмотки накручены вокруг сердечника, изолированно от него и друг от друга. Иногда первичная обмотка может заменяться медной или алюминиевой шиной. Трансформация величины электрического тока происходит за счёт разницы количества витков первичной и вторичной обмоток. В большинстве случаев устройство предназначено для снижения показателя тока, поэтому вторичная обмотка выполняется с меньшим количеством витков, нежели первичная.

Электроток подаётся на первичную обмотку при последовательном подключении. В результате на катушке формируется магнитный поток и наводится электродвижущая сила, вызывающая возникновение тока на выходной катушке.

К выходной обмотке подключают потребляющий прибор, в зависимости от целей, для которых используется устройство.

Некоторые устройства выполняются с несколькими выходными катушками, что позволяет путём переключения изменять величину трансформации электрического тока. В целях безопасности, для обеспечения защиты при пробое изоляции, выходной контур заземляется.

Виды трансформаторов тока

Данные электротехнические устройства классифицируются по нескольким характеристикам. В зависимости от назначения токовые трансформаторы могут быть:

  • защитными – снижающими параметры тока для предотвращения выхода из строя потребляющих устройств;
  • измерительными – через которые подключаются средства измерения, в том числе электросчётчики;
  • промежуточными – устанавливаемыми в системы релейной защиты;
  • лабораторными – используемыми для исследовательских целей, обладающими низкой погрешностью измерения, нередко – с несколькими коэффициентами трансформации.

Учитывая характер условий эксплуатации, различают трансформаторы:

  • для наружной установки – защищённые от воздействия атмосферных факторов, которые можно использовать на открытом воздухе;

    Три трансформатора тока для 3-х фаз(А, B? C)Три трансформатора тока для 3-х фаз(А, B? C)

  • внутренние – применяемые внутри помещений;

    ТТ для установки внутри помещенийТТ для установки внутри помещений

  • встроенные – расположенные внутри электрических приборов и являющиеся их составной частью(3 ТА для каждой фазы показаны стрелкой).

    встроенный-таВстроенные ТТ

В зависимости от исполнения первичных обмоток различают устройства:

  • одновиткового исполнения;
  • многовитковые;
  • шинные.

исполнение первичных обмоток

С учётом способа установки их подразделяют на следующие типы:

  • проходной;
  • опорный.

опорный и проходной та

По числу ступеней изменения тока выделяют трансформаторы:

  • одноступенчатого,
  • двухступенчатого (каскадного) типа.

Устройства, в зависимости от величины напряжения, на которое они рассчитаны делят на предназначенные для работы в условиях более и менее 1000 В.

Для изготовления сердечника применяется специальная трансформаторная сталь. Изоляция выполняется сухой (бакелитовой, фарфоровой), обычной или бумажно-масляной.

Расшифровка маркировки

Расшифровка маркировки трансформаторов токаРасшифровка маркировки трансформаторов тока

Технические параметры

Трансформаторы тока характеризуются следующими индивидуальными параметрами:

  1. Номинальным током – позволяющим аппарату функционировать длительное время, не перегреваясь;
  2. Номинальным напряжением – значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.
  3. Коэффициентом трансформации; Формула по вычислению коэффициента трансформацииФормула по вычислению коэффициента трансформации

    где:

    • U1 и U2 – напряжение в первичной и вторичной обмотки,
    • N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке,
    • I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки(обычно ток во вторичной обмотке равен 1А или 5А).
  4. Погрешностью значения электротока – вызывается намагничиванием;
  5. Номинальной нагрузкой, определяющей нормальную работу прибора;
  6. Номинальной предельной кратностью – максимально допустимое значение отношения первичного значения электротока к номинальному;
  7. Предельной кратностью вторичного тока – соотношение наибольшего тока вторичной обмотки к его номинальной величине.
ЗначенияЗначения которыми могут обладать ТТ

При выборе устройства необходимо учитывать значение указанных и других характеристик.

Схемы подключения трансформаторов тока

Силового оборудования

Схема подключения для 110 кВ и выше:

подключение тт на 110 кВ

Схема подключения для 6-10 кВ в ячейках КРУ:

подключение тт на 10 кв

Вторичные цепи

Схема включение трансформатора тока в полную звезду:

1

Схема включение трансформатора тока в неполную звезду(З а счет распределения токов на дополнительном приборе получается отобразить векторную сумму фаз А и С, которая противоположно направлена вектору фазы В при симметричном режиме нагрузки сети):

4

Схема включение трансформатора тока в неполную звезду(для контроля линейного тока с помощью реле):

3

Схема включение трансформатора тока в полную звезду с подключением обмотки реле к фильтру нулевой последовательности(ФТНП):

2

Популярные виды и стоимость трансформаторов

Бытового потребителя больше интересуют токовые трансформаторы, используемые для подключения электросчётчиков. В продаже предлагаются приборы типов:

  • ТТИ;
  • ТТН;
  • ТОП;
  • ТОЛ и другие.

Цена зависит от разновидности, конструкции, характеристик и напряжений на котором будет использоваться ТН:

  • 0,66 кВ от 300 – 5000,
  • 6-10 кВ 10000 – 45000,
  • 35 кВ – около 50 000р,
  • 110 кВ и выше – нужно уточнять у производителя.

Возможные неисправности

Указанные устройства чаще всего выходят из строя в результате повреждения изоляции, вызванного перегревом, непредусмотренным механическим воздействием или ошибкой при сборке.

Чтобы проверить состояние прибора, измеряют сопротивление межвитковой изоляции. Если она меньше установленного значения, оборудование нуждается в замене или ремонте.

Также для диагностики используются специальные приборы – тепловизоры, позволяющие проверить состояние всей действующей схемы. Наиболее сложные диагностические процедуры производятся в лабораторных условиях. Своевременная диагностика позволяет исключить аварийные ситуации и обеспечить нормальную работу устройств.

Виды и принцип работы трансформаторов

Трансформатор нужен для преобразования электрической энергии одного напряжения к электрической энергии другого напряжения. Используется для повышения или понижения напряжения. Нет разницы в понижении или повышении, так как трансформатор является обратимой электрической машиной (возможно преобразование электроэнергии как в большую, так и меньшую сторону). Однако производители выпускают трансформаторы для определенных целей – или повышающим или понижающим трансом.

На электрической станции турбогенератором вырабатывается электроэнергия с генераторным напряжением, например 15кВ, далее она трансформируется повышающими трансформаторами (описываемые элементы обозначены на схеме) до напряжения линии электропередач (например, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 750кВ). Далее по ЛЭП электроэнергия передается к потребителям и снижается через понижающие трансформаторы до величины 10, 6, 0,4кВ.

Зачем передачу электроэнергии делают на высокие напряжения? Это необходимо для снижения потерь электроэнергии, что достигается увеличением напряжения. Какие бывают трансформаторы

По назначению:

  • самыми распространенными являются силовые трансформаторы, предназначенные для передачи и распространения электроэнергии
  • существуют силовые трансформаторы специального назначения – сварочные, печные
  • трансформаторы тока и напряжения (измерительные и релейные) тоже относятся к трансформаторам
  • испытательные трансформаторы – для подачи высокого напряжения для проверки прочности изоляции
  • а также радиотрансформаторы, импульсные трансформаторы, пик-трансформаторы

Трансформаторы подразделяются на разные виды в зависимости от числа обмоток на двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и одна или несколько вторичных обмоток).

В зависимости от числа фаз – однофазные, трехфазные, многофазные.

По способу охлаждения – масляные, сухие.

Принцип действия трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Возьмем для примера двухобмоточный однофазный трансформатор. К первичной обмотке подключается источник переменного тока. Этот ток протекает по обмотке и создает переменный магнитный поток Ф, который пронизывает обмотки трансформатора и изменяясь наводит в них ЭДС. Так как обмотки имеют различное число витков, то и величина ЭДС будет в них различная.

В повышающих трансах вторичное напряжение будет больше первичного, а в понижающих – наоборот. К вторичной обмотке подключается нагрузка и возникает вторичный ток, созданный индуцируемой магнитным потоком ЭДС. Таким образом, в трансформаторе происходит передача электроэнергии из первичной обмотки с напряжением U1 и током I1 во вторичную обмотку с током I2 и напряжением U2 посредством магнитного потока.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями



Последние статьи


Самое популярное

как выбрать трансформатор тока

Трансформатор — Вікіпедія

Трансформатор

Трансформа́тор (від лат. transformo — перетворювати) — пристрій для перетворення параметрів (амплітуд і фаз) напруг і струмів[1].

Установка трансформатора на відкритому повітрі. Силовий трансформатор 110/35/10кВ потужністю 63МВА

Трансформатор — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно зв’язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем (напруг) змінного струму в одну або декілька інших систем (напруг) змінного струму без зміни частоти системи (напруги) змінного струму[2].

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. При високій напрузі й малій силі струму передача електроенергії відбувається з меншими втратами. Тому, зазвичай лінії електропередач є високовольтними. Водночас побутові й промислові машини вимагають великої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну. Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

Коефіцієнт корисної дії сучасних трансформаторів, особливо підвищеної потужності, вельми високий і досягає значень 0,95…0,996.

У 1831 році англійським фізиком Майклом Фарадеєм при проведенні ним основоположних досліджень було відкрите явище електромагнітної індукції, що лежить в основі принципу роботи електричного трансформатора.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році[3], хоча ще в 1876 році Яблочков П. М. запатентував (патент Франції № 115793 від 30 листопада 1876 року[4]) аналогічний пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова»[5] [6]. Це був трансформатор з розімкнутим осердям, у вигляді стрижня, на який намотувались обмотки.

Трансформатор силовий ОСМ1-0,63 380/220-24-12-5; Однофазний Сухий Багатоцільового призначення потужністю 0,63 кВА

У 1885 р. угорські інженери фірми «Ganz factory» Отто Блаті, Карл Зіперновскі і Мікша Дері винайшли трансформатор із замкнутим магнітопроводом, що зіграло важливу роль у подальшому розвитку конструкцій трансформаторів[7].

Велику роль для підвищення надійності трансформаторів зіграло застосування масляного охолодження (кінець 1880-х років, Джордж Свінберн). Свінберн розташовував трансформатори у керамічних посудинах, заповнених оливою, що суттєво підвищувало надійність ізоляції обмоток.[8].

Винахід трансформатора був важливим фактором у так званій війні струмів — конкурентній боротьбі за те, який електричний струм, постійний чи змінний ефективніший для масового користування.

З винайденням трансформатора виник технічний інтерес до змінного струму. Електротехнік російського походження М. О. Доліво-Добровольський у 1889 р. розробив для німецької фірми «Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft» перший трифазний трансформатор[9]. На електротехнічній виставці у Франкфурті-на-Майні у 1891 р. Доліво-Добровольський демонстрував дослідну високовольтну електропередачу трифазного струму на відстань 175 км. Трифазний генератор мав потужність 230 кВт при напрузі 95 В.

У 1891 році Нікола Тесла винайшов резонансний трансформатор для генерування високої напруги при високій частоті[10][11][12].

Схематична будова ідеального трансформатора Підключення трансформатора у схемі

Найпростіший трансформатор складається з двох обмоток на спільному осерді. Одна з обмоток під’єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження. Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу е.р.с. у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношення е.р.с. у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках. В ідеальному випадку

U S U P = N S N P = I P I S {\displaystyle {\frac {U_{S}}{U_{P}}}={\frac {N_{S}}{N_{P}}}={\frac {I_{P}}{I_{S}}}} ,

де індексом P позначені величини, що стосуються первинної обмотки, а індексом S — відповідні величини для вторинної обмотки, U — напруга, N — кількість витків, I — сила струму.

Таким чином, перетворення напруги й сили струму в трансформаторі визначається кількістю витків у первинній та вторинній обмотках. Напруга пропорційна кількості витків, тоді як сила струму обернено пропорційна їй.

У реальних трансформаторах енергія передається від первинного кола до вторинного з втратами. Існує низка фізичних причин, що їх зумовлюють.

Однією з причин втрат є активний опір обмоток. При протіканні струму через трансформатор, він нагрівається і віддає тепло навколишньому середовищу. При збільшенні частоти опір обмоток збільшується через скін-ефект та ефект близькості, які зменшують площу перерізу провідника, через який протікає струм.

Ще одна причина втрат — перемагнічування осердя внаслідок гістерезису. Ці втрати для конкретної речовини осердя пропорційні частоті й залежать від пікового значення потоку магнітного поля через осердя.

Інша причина втрат — струми Фуко. Змінне магнітне поле в осерді породжує змінне вихрове електричне поле, яке викликає додаткові вихрові струми, що теж призводять до нагрівання. Для зменшення струмів Фуко осердя виготовляють із тонких сталевих пластинок, оскільки втрати, пов’язані зі струмами Фуко, обернено квадратично залежать від товщини матеріалу. На високих частотах для виготовлення осердь використовують феромагнітні матеріали, які завдяки більшому опору, мають значно менші втрати.

Частина енергії втрачається на механічні коливання. Феромагнітний матеріал осердя розширюється і стискається у змінному магнітному полі завдяки явищу магнітострикції. Цим пояснюється гудіння трансформатора, що супроводжує його роботу. Додатково, первинна й вторинна обмотка притягаються й відштовхуються у змінному магнітному полі, змушуючи також коливатися і корпус трансформатора.

Магнітний потік, що виходить за межі осердя, сам по собі не призводить до втрати енергії, але він може призводити до появи вихрових струмів Фуко в металевих деталях корпусу й кріплення, що теж зумовлює невеликі втрати енергії.

Загалом, великі трансформатори мають коефіцієнт корисної дії до 98%[13]. Трансформатори з надпровідних матеріалів можуть збільшити цей коефіцієнт до 99,85%[14].

Втрати у трансформаторах залежать від навантаження. Втрати без навантаження зумовлені в основному опором обмоток, тоді як причиною втрат при повному навантаженні зазвичай є гістерезис та вихрові струми. Втрати при відсутності навантаження можуть бути значними, тому навіть, якщо до вторинної обмотки нічого не підключено, трансформатори повинні задовольняти умовам економної роботи. Конструювання трансформаторів із малими втратами вимагає великого осердя, високоякісної електротехнічної сталі, товстіших провідників, що збільшує початкові затрати, але окупається при експлуатації[15].

Режими роботи трансформатора[ред. | ред. код]

Режим холостого ходу[ред. | ред. код]

Трансформатор може працювати в режимі холостого ходу, коли вторинне коло розімкнене (навантаження відсутнє), тобто Z S = ∞ ; I S = 0 {\displaystyle Z_{S}=\infty ;I_{S}=0} . За допомогою дослідження холостого ходу можна визначити ККД трансформатора, коефіцієнт трансформації, а також втрати в осерді.

У режимі холостого ходу для трансформатора з сердечником з магнітом’якого матеріалу струм холостого ходу характеризує величину втрат в осерді (на вихрові струми і на гістерезис) та реактивну потужність перемагнічування магнітопроводу. Потужність втрат можна обчислити, помноживши активну складову струму холостого ходу на напругу, що подається на трансформатор.

Для трансформатора без феромагнітного осердя втрати на перемагнічування відсутні, і струм холостого ходу визначається опором індуктивності первинної обмотки, який пропорційний до частоти змінного струму та величини індуктивності.

Режим короткого замикання[ред. | ред. код]

Режим короткого замикання можна отримати в результаті замикання вторинної обмотки накоротко. Це аварійний режим, що може призвести до виходу з ладу трансформатора. При цьому струм у вторинній обмотці може бути у 20…30 разів більшим за номінальний. Тому слід відрізняти режим короткого замикання від досліду короткого замикання. За допомогою останнього можна визначити втрати корисної потужності на нагрівання проводів в колі трансформатора.

При дослідженні режиму короткого замикання, на первинну обмотку трансформатора подається змінна напруга невеликої величини, виводи вторинної обмотки закорочують. Величину напруги на вході встановлюють такою, щоб струм короткого замикання дорівнював номінальному (розрахунковому) струму трансформатора. У таких умовах величина напруги короткого замикання характеризує втрати в обмотках трансформатора, втрати на омічний опір. Потужність втрат можна обчислити помноживши напругу короткого замикання на струм короткого замикання.

Даний режим широко використовується у вимірювальних трансформаторах струму.

Режим навантаження[ред. | ред. код]

Режим роботи трансформатора при якому вторинна обмотка замкнута на опір називається режимом роботи трансформатора під навантаженням. При такому режимі роботи у вторинній обмотці буде протікати струм IS, який створить свій магнітний потік ΦS, який за правилом Ленца має зменшити зміни магнітного потоку в осерді. Це призводить до автоматичного збільшення сили струму в колі первинної обмотки. Збільшення сили струму в колі первинної обмотки відбувається згідно із законом збереження енергії:

I P ⋅ U P ≈ I S ⋅ U S {\displaystyle I_{P}\cdot U_{P}\approx I_{S}\cdot U_{S}} або U P U S ≈ I S I P {\displaystyle {\frac {U_{P}}{U_{S}}}\approx {\frac {I_{S}}{I_{P}}}} .

Це означає, що підвищуючи за допомогою трансформатора напругу у кілька разів, ми в стільки ж разів зменшуємо силу струму (та навпаки). Отже, трансформатор перетворює змінний струм таким чином, що добуток сили струму на напругу приблизно однаковий у первинній і вторинній обмотках.

Умовні графічні позначення силових трансформаторів
circuit symbol Трансформатор з двома обмотками на феромагнітному осерді
circuit symbol Трансформатор з трьома обмотками. Крапками позначені початки обмоток, стосовно напрямку намотування
circuit symbol Трансформатор з електростатичним екраном для усунення ємнісного зв’язку між обмотками

Силовий трансформатор[ред. | ред. код]

Силовий трансформатор — стаціонарний прилад з двома або більше обмотками, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює систему змінної напруги та струму в іншу систему змінної напруги та струму, як правило, різних значень при тій же частоті з метою передачі електроенергії без зміни її потужності при передаванні[16][17].

Силовий трансформатор використовується для перетворення параметрів електричної енергії в електричних мережах і устаткуванні, що застосовуються для приймання та споживання електричної енергії[18]. Силовий трансформатор застосовується у складі комплектних трансформаторних підстанцій для пониження напруги при подачі електроенергії населеним пунктам.

Термін «силовий» вказує на роботу даного виду трансформаторів з великими потужностями. Необхідність застосування силових трансформаторів зумовлена ​​різною величиною робочих напруг ліній електропередач (35…750 кВ), міських електромереж (як правило 6…10 кВ), напруги що подається кінцевим споживачам (0,4 кВ, вони ж 380/220 В) та напруги, необхідної для роботи електромашин і електроприладів (у досить широкому діапазоні від одиниць вольт до сотень кіловольт).

Силові трансформатори поділяються на сухі, найчастіше використовуються в електромережах і в джерелах живлення різних приладів, і масляні, що працюють при напругах від 6кВ і вище. Масляні трансформатори відрізняються від сухих тим, що як ізоляційне та охолоджувальне середовище застосовується спеціальна трансформаторна олива. Силові масляні трансформатори переважно призначаються для пониження напруги електромереж.

circuit symbol Умовна графічна познака автотрансформа- тора з трьома виводами

Автотрансформатор[ред. | ред. код]

Автотрансформатор — трансформатор, дві або більше обмоток якого мають спільну частину[19]. Це є варіант виконання силового трансформатора, в якому первинна і вторинна обмотки сполучені безпосередньо, і мають за рахунок цього не тільки електромагнітний зв’язок, а й електричний. Обмотка автотрансформатора має декілька виводів (як мінімум 3), при підключенні до яких, можна отримувати різні напруги.

Перевагою автотрансформатора є вищий ККД, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню — це особливо суттєво, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються незначно. Недоліком є відсутність електричної ізоляції (гальванічної розв’язки) між первинним і вторинним колом. У промислових мережах, де наявність заземлення нульового проводу обов’язкова, цей чинник ролі не грає, зате суттєвою є менша витрата сталі для осердя, міді для обмоток, менша вага і габарити, і в результаті — менша вартість.

Застосування автотрансформаторів економічно виправдане замість звичайних трансформаторів для сполучення ефективно заземлених мереж з напругою 110 кВ і вище при коефіцієнтах трансформації не більших за 3…4.

Узгоджувальний трансформатор[ред. | ред. код]

Узгоджувальний трансформатор (англ. matching transformer) — трансформатор, призначений для вмикання між двома колами з різними імпедансами з метою оптимізації потужності сигналу, що пересилається[1]. Одночасно узгоджувальний трансформатор забезпечує створення гальванічної розв’язки між ділянками схем.

Узгоджувальні трансформатори за особливостями використання поділяють на вхідні, вихідні та проміжні.

Вимірювальний трансформатор[ред. | ред. код]

circuit symbol

Вимірювальний трансформатор (англ. instrument transformer[20]) — трансформатор, призначений для пересилання інформаційного сигналу вимірювальним приладам, лічильникам, пристроям захисту і (або) керування[21]. Вимірювальні трансформатори поділяються на трансформатори струму і трансформатори напруги.

Трансформатор струму — вимірювальний трансформатор, в якому за нормальних умов роботи вторинний струм практично пропорційний первинному і зсув фаз між ними близький до нуля[21].

Вимірювальний трансформатор струму — трансформатор, який призначений для перетворення струму до значення, зручного для виміру. Первинна обмотка трансформатора струму включається послідовно у коло зі змінним струмом, що вимірюється. А у вторинну включаються вимірювальні прилади. Струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатора струму, пропорційний струму, що протікає у його первинній обмотці.

Трансформатори струму широко використовуються для вимірювання електричного струму й у пристроях релейного захисту електроенергетичних систем, у зв’язку з чим на них накладаються високі вимоги по точності. Трансформатори струму забезпечують безпеку вимірювань, ізолюючи вимірювальні кола від первинного кола з високою напругою, яка часто складає сотні кіловольт.

Зазвичай, трансформатор струму виготовляється з двома і більше групами вторинних обмоток: одна використовується для підключення пристроїв захисту, інша, точніша — для підключення засобів обліку і вимірювання (наприклад, лічильників електроенергії).

Трансформатор напруги — вимірювальний трансформатор, у якому за нормальних умов використання вторинна напруга пропорційна первинній напрузі та за умови правильного вмикання зміщена відносно неї за фазою на кут, близький до нуля[21].

Трансформатор напруги використовується для перетворення високої напруги в низьку в колах релейного захисту та контрольно-вимірювальних приладів і автоматики. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні кола захисту і кола вимірювання від кіл високої напруги.

Імпульсний трансформатор[ред. | ред. код]

Імпульсний трансформатор — трансформатор з феромагнітним осердям, для перетворення імпульсів електричного струму або напруги з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з мінімальним спотворенням форми імпульсу. Імпульсні трансформатори в радіолокації, імпульсному радіозв’язку, автоматиці і обчислювальній техніці служать для узгодження джерела імпульсів з навантаженням, зміни полярності імпульсів, розділення електричних кіл по постійному і змінному струму, додавання сигналів, запалювання імпульсних ламп тощо.

Робота імпульсного трансформатора істотно відрізняється під час формування фронту і вершини імпульсу. Для кращої передачі фронту і спаду імпульсу необхідно, щоб міжвиткова ємність обмоток, паразитні ємності монтажу і індуктивність розсіяння імпульсного трансформатора були мінімальними. Зменшення міжвиткових ємностей досягається використанням сердечників малих розмірів, відповідним намотуванням і взаємним розташуванням обмоток, а також зменшенням числа витків (при цьому знижується коефіцієнт трансформації). В імпульсних трансформаторах застосовують сердечники з пермалою, кремнистої трансформаторної сталі, феритів та інших матеріалів з високою магнітною проникністю.

Резонансний трансформатор[ред. | ред. код]

Резонансний трансформатор — трансформатор, що працює на резонансній частоті коливального контуру утвореного однією або декількома із його обмоток підключенням до електричного конденсатора. У резонансного трансформатора зазвичай вторинна обмотка виконує роль індуктивності у коливальному контурі, утвореному разом з конденсатором. Коли на первинну обмотку подати періодичний струм у вигляді прямокутних чи пилкоподібних імпульсів на резонансній частоті, кожен імпульс струму дає поштовх коливанням індукованого струму у вторинній котушці. У зв’язку з резонансом можуть досягатись великі значення напруги, поки вона не буде обмежена якимось процесом, таким як електричний пробій. Такі пристрої використовуються для створення високої змінної напруги, що не може бути досягнутою на таких електростатичних машинах, як електростатичний генератор Ван де Граафа чи електрофорна машина.

Приклади:

Застосування трансформаторів[ред. | ред. код]

circuit symbol Трифазний розподільний трансформатор.

Найчастіше трансформатори застосовуються в електромережах та в джерелах живлення різних приладів.

Застосування в електромережах[ред. | ред. код]

Оскільки втрати на нагрівання дроту пропорційні квадрату струму, що проходить через дріт, при передачі електроенергії на великі відстані вигідно використовувати дуже великі напруги і невеликі струми. З міркувань безпеки та для зменшення маси ізоляції в побуті бажано використовувати менші напруги. Тому для найбільш вигідного транспортування електроенергії в електромережі багаторазово застосовують силові трансформатори: спочатку для підвищення напруги генераторів на електростанціях перед транспортуванням електроенергії, а потім для зниження напруги лінії електропередач до прийнятного для споживачів рівня.

Оскільки в електричній мережі три фази, для перетворення напруги застосовують трифазні трансформатори, або групу з трьох однофазних трансформаторів, з’єднаних за схемою зірки або трикутника. У трифазного трансформатора сердечник для всіх трьох фаз загальний.

Незважаючи на високий ККД трансформатора (для трансформаторів великої потужності — понад 99%), в дуже потужних трансформаторах електромереж виділяється велика потужність у вигляді тепла (наприклад, для типової потужності блоку електростанції 1 ГВт на трансформаторі може виділятися потужність до декількох мегават). Тому трансформатори електромереж використовують спеціальну систему охолодження: трансформатор поміщається в бак, заповнений трансформаторним маслом або спеціальною негорючою рідиною. Масло циркулює під дією конвекції або примусово між баком і потужним радіатором. Іноді масло охолоджують водою. «Сухі» трансформатори використовують при відносно малій потужності.

Застосування в джерелах електроживлення[ред. | ред. код]

Компактний мережевий трансформатор.

Для живлення різних вузлів електроприладів потрібні найрізноманітніші напруги. Блоки електроживлення у пристроях, які потребують кілька напруг різної величини, містять трансформатори з декількома вторинними обмотками або містять у схемі додаткові трансформатори. Наприклад, в телевізорі за допомогою трансформаторів отримують напруги від 5 вольт (для живлення мiкросхем і транзисторів) до декількох кіловольт (для живлення анода кінескопа через помножувач напруги).

У схемах живлення сучасних радіотехнічних та електронних пристроїв (наприклад в блоках живлення персональних комп’ютерів) широко застосовуються високочастотні імпульсні трансформатори. В імпульсних блоках живлення змінну напругу мережі спершу випрямляють, а потім за допомогою інвертора перетворюють на високочастотні імпульси. Система управління за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) дозволяє стабілізувати напругу. Після чого імпульси високої частоти подаються на імпульсний трансформатор, на виході з якого, після випрямлення і фільтрації отримують стабільну постійну напругу.

У минулому мережевий трансформатор (на 50-60 Гц) був однією з найважчих деталей багатьох приладів. Справа в тому, що лінійні розміри трансформатора визначаються його потужністю, причому виявляється, що лінійний розмір мережевого трансформатора приблизно пропорційний потужності в степені 1/4. Розмір трансформатора можна зменшити, якщо збільшити частоту змінного струму. Тому сучасні імпульсні блоки живлення при однаковій потужності є значно легшими.

Трансформатори на 50-60 Гц, незважаючи на свої недоліки, продовжують використовувати в схемах живлення, в тих випадках, коли необхідно забезпечити мінімальний рівень високочастотних перешкод, наприклад при високоякісному звуковідтворенні.

  1. а б ДСТУ 2815-94 Електричні й магнітні кола та пристрої. Терміни та визначення.
  2. ↑ ГОСТ 16110-82 Трансформаторы силовые. Термины и определения.
  3. ↑ Allan, D.J. (Jan. 1991). Power Transformers – The Second Century. Power Engineering Journal 5 (1): 5–14. 
  4. ↑ Iablochkov, Pavel Nikolaevich Архівовано 25 червня 2013 у Wayback Machine. на сайті TheFreeDictionary.com Farlex, Inc.
  5. ↑ Stanley Transformer. Los Alamos National Laboratory; University of Florida. Архів оригіналу за 2013-06-25. Процитовано Jan. 9, 2009. 
  6. ↑ De Fonveille, W. (Jan. 22, 1880). Gas and Electricity in Paris. Nature 21 (534): 283. Процитовано Jan. 9, 2009. 
  7. Hughes, Thomas P. Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1993. — p. 95. ISBN 0-8018-2873-2.
  8. Савинцев Ю. М Силовые трансформаторы: основные вехи развития.
  9. ↑ Neidhöfer, Gerhard; in collaboration with VDE «History of Electrical Engineering» Committee (2008). Michael von Dolivo-Dobrowolsky and Three-Phase: The Beginnings of Modern Drive Technology and Power Supply (German) (вид. 2). Berlin: VDE-Verl. ISBN 978-3-8007-3115-2. 
  10. ↑ Uth, Robert (Dec. 12, 2000). Tesla Coil. Tesla: Master of Lightning. PBS.org. Архів оригіналу за 2013-06-25. Процитовано 2008-05-20. 
  11. ↑ Tesla, Nikola. System of Electrical Lighting. U.S. Patent 454 622, issued June 23, 1891. Архів оригіналу за 2013-06-25. Процитовано 2019-05-09. 
  12. ↑ Патент США № 568 176 від 22 вересня 1896. Apparatus for producing electric currents of high frequency and potential. Опис патенту на сайті Бюро по реєстрації патентів і торгових марок США.
  13. ↑ Kubo, T.; Sachs, H.; Nadel, S. (2001). Opportunities for new appliance and equipment efficiency standards (PDF). American Council for an Energy-Efficient Economy. с. 39. Архів оригіналу за травень 31, 2009. Процитовано June 21, 2009. 
  14. ↑ Riemersma, H., et al.; Eckels, P.; Barton, M.; Murphy, J.; Litz, D.; Roach, J. (1981). Application of Superconducting Technology to Power Transformers. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. PAS-100 (7): 3398. doi:10.1109/TPAS.1981.316682. Архів оригіналу за 1 вересень 2007. Процитовано 13 лютий 2011. 
  15. ↑ Heathcote, Martin (November 3, 1998). J & P Transformer Book, Twelfth edition. Newnes. с. 41–42. ISBN 0750611588. 
  16. ↑ ДСТУ ГОСТ 30830-2003 (IEC 60076-1-93) Трансформатори силові. Частина 1. Загальні положення (ГОСТ 30830-2002 (IEC 60076-1-93). IDT)
  17. ↑ «Power transformer» у Міжнародному електротехнічному словнику (IEV 421-01-01)
  18. ↑ ДСТУ 2790-94 Системи електропостачальні номінальною напругою понад 1000 В: джерела, мережі, перетворювачі та споживачі електричної енергії. Терміни та визначення.
  19. ↑ ДСТУ 3270-95 Трансформатори силові. Терміни та визначення.
  20. ↑ «Instrument transformer» в IEV ref 321-01-01
  21. а б в ДСТУ 2976-94 Трансформатори струму й напруги. Терміни та визначення.
  • Загірняк М. В., Невзлін Б. І. Електричні машини : підручник. — К. : Знання, 2009. — 399 с. — ISBN 978-966-346-644-6.
  • Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П. Загальний курс фізики : навч. посібник у 3-х т. — Київ : Техніка, 2006. — Т. 2 : Електрика і магнетизм.
  • Монтаж, наладка і експлуатація електрообладнання. Конспект лекцій (для студентів 5 курсу денної і 6 курсу заочної форм навчання спеціальності 7.0906003 — «Електричні системи електроспоживання») / А. В. Хитров — Харків : ХНАМГ, 2009. — 328 с.
  • Трансформатори. Монтаж, обслуговування та ремонт / М. В. Принц, В. М. Цимбалістий. — Л. : Оріяна-Нова, 2007. — 184 c. — (Професійно-технічна освіта України). — ISBN 978-966-2128-03-1
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Москва : Наука, 1977. — Т. 3 : Электричество. (рос.)
  • Захист трансформаторів та автотрансформаторів : Навч. посіб. для студ. напрямів «Системи упр. вир-вом та розподілом електроенергії», «Електр. системи та мережі», «Електр. станції» / В. П. Кідиба, Т. М. Шелепетень ; Нац. ун-т «Львів. політехніка». — Л. : Вид-во Нац. ун-ту «Львів. політехніка», 2004. — 177 c. — Бібліогр.: 26 назв.
Практическое введение в классификацию текста с использованием простых трансформаторов

За последние несколько лет мы увидели огромные улучшения в способности машин работать с естественным языком. Мы видели алгоритмы, ломающие современное состояние один за другим в различных специфических для языка задачах, все благодаря преобразователям. В этой статье мы обсудим и реализуем преобразователи самым простым способом из библиотеки Simple Transformers.

Seq2Seq Модель

Прежде чем перейти на территорию трансформаторов, давайте кратко рассмотрим модели «последовательность-последовательность».

Модель от последовательности к последовательности (seq2seq) преобразует данную последовательность текста фиксированной длины в другую последовательность фиксированной длины, которую мы можем легко отнести к машинному переводу. Но Seq2seq не ограничивается только переводом, он довольно эффективен в задачах, требующих генерации текста.



Модель использует архитектуру кодера-декодера и была очень успешной в задачах машинного перевода и ответов на вопросы. Он использует стек сетей с кратковременной памятью (LSTM) или рекуррентные блоки Gated (GRU) в кодерах и декодерах.

Вот простая демонстрация модели Seq2Seq:


W3Schools
Источник изображения: десятиминутное введение в последовательное обучение в Керасе

Одним из основных недостатков модели Seq2Seq является ограничение ее базовых сетей RNN. Хотя LSTM предназначены для работы с долговременными зависимостями между векторами слов, производительность падает с увеличением расстояния. Модель также ограничивает распараллеливание.

Трансформаторная Архитектура

Модель трансформатора представляет архитектуру, которая основана исключительно на механизме внимания и не использует никаких повторяющихся сетей, но все же дает результаты, превосходящие по качеству модели Seq2Seq.Он решает проблему долгосрочной зависимости модели Seq2Seq. Архитектура трансформатора также распараллеливается, и процесс обучения значительно быстрее.

Источник изображения: Внимание это все, что вам нужно

Давайте рассмотрим некоторые важные функции:

Кодер : Кодер имеет 6 идентичных уровней, каждый из которых состоит из механизма самоконтроля с несколькими головками и полностью подключенной сети прямой связи. Система внимания с несколькими головами и сеть прямой связи имеют остаточное соединение и уровень нормализации.


W3Schools

Декодер : Декодер также состоит из 6 идентичных слоев с дополнительным подуровнем в каждом из 6 слоев. Дополнительный подуровень выполняет многоголовочное внимание над выводом стека кодера.

Механизм внимания :

Внимание — это отображение запроса и набора пар ключ-значение на выход, где запрос, ключи, значения и выходные данные являются векторами. Механизм внимания позволяет модели понять контекст текста.

  • Масштабируемый точечный продукт Внимание:
Источник изображения: Внимание это все, что вам нужно

Трансформаторная архитектура — это прорыв в спектре НЛП, породивший множество современных алгоритмов, таких как Google BERT, RoBERTa, OpenGPT и многие другие.

Классификация текста с трансформаторами

В этом практическом занятии вы познакомитесь с библиотекой Simple Transformers. Библиотека построена на основе популярной библиотеки преобразователей huggingface и состоит из реализаций различных моделей и алгоритмов на основе преобразователей.

Библиотека облегчает реализацию различных задач моделирования языка, таких как классификация последовательностей, классификация токенов (NER) и ответы на вопросы.

Так что без лишних слов давайте запачкаем руки!

Введение в простые трансформаторы

Библиотека Simple Transformers создана с целью сделать реализацию как можно более простой и вполне достигла ее. Трансформеры теперь могут быть использованы без особых усилий с помощью всего лишь нескольких строк кода.Все дело в простых трансформаторах — мультиклассовой классификации текста с преобразователями BERT, RoBERTa, XLNet, XLM и DistilBERT и обнимающими лицами.

Установка простых трансформаторов

Введите и выполните следующую команду для установки библиотеки простых преобразователей.

! Pip install симплетрансформаторы

Создание модели классификатора

от simpletransformers.classification import ClassificationModel

# Создать модель классификации

Смотрите также W3Schools

модель = ClassificationModel (тип модели, имя модели, номер_класса, use_cuda = логическое значение)

  • модель_типа: этот параметр может быть одним из следующих параметров: «bert», «xlnet», «xlm», «roberta», «дистилберт».
  • имя модели: все доступные названия моделей можно найти здесь.
  • number_of_labels: Это ряд уникальных меток или классов в задаче.
  • use_cuda: при значении true используется платформа CUDA для графических процессоров.

ClassificationModel также имеет аргументы dict, которые содержат атрибуты для управления значениями гиперпараметров. Список аргументов по умолчанию приведен ниже:

Обучение Модель

Метод train_model можно использовать для обучения модели. Метод принимает фрейм данных.

Модель

.train_model (training_dataframe)

Метод также сохраняет контрольные точки модели в путь, если он указан с использованием аргументов dict.

Оценка классификатора

Метод eval_model оценивает модель на наборе проверки и возвращает метрики, выходные данные модели, а также неправильные прогнозы.

результат, model_outputs, неправильные_предсказания = model.eval_model (validation_dataframe)

Прогнозирование

Метод прогнозирования возвращает прогнозы и выходные данные строк, которые содержат значение для каждого класса в прогнозируемых метках.

прогнозов, raw_outputs = model.predict (['входное предложение']

Мультиклассовая классификация с простыми трансформаторами

Теперь мы будем использовать трансформаторы для решения MachineHacks Predict Hackathon категории новостей. Для этого зайдите в MachineHack, зарегистрируйтесь и начните курс для загрузки наборов данных.

Оставьте свои комментарии ниже

комментариев


Если вам понравилась эта история, присоединяйтесь к нашему сообществу Telegram.

Кроме того, вы можете написать нам и стать одним из 500+ экспертов, которые написали истории в AIM. Поделитесь своими номинациями здесь.
Amal Nair Амаль Наир

Инженер-компьютерщик стал специалистом по данным, который увлечен искусственным интеллектом и всеми связанными технологиями. Контакт: [email protected]

,
Принцип работы трансформатора — коэффициент поворота и трансформации

Основным принципом работы трансформатора является Закон Фарадея об электромагнитности Индукция или взаимная индукция между двумя катушками. Работа трансформатора объясняется ниже. Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, размещенных над многослойным сердечником из кремнистой стали.

Обмотка, к которой подключен источник переменного тока, называется первичной обмоткой, а к которой подключена нагрузка — вторичной обмоткой, как показано на рисунке ниже.Он работает на переменном токе только на , поскольку для взаимной индукции между двумя обмотками требуется переменный поток.

transformer-working-diagram

Содержание:

Когда источник переменного тока подается на первичную обмотку с напряжением V 1 , в сердечнике трансформатора устанавливается переменный поток ϕ, который соединяется со вторичной обмоткой, и в результате этого возникает эдс в нем называется взаимно индуцированной ЭДС . Направление этой наведенной ЭДС противоположно приложенному напряжению V 1 , это из-за закона Ленца, показанного на рисунке ниже:

working-of-transformer-circuit Физически, между двумя обмотками нет электрического соединения, но они магнитно связаны.Следовательно, электрическая мощность передается от первичной цепи во вторичную цепь через взаимную индуктивность.

Индуцированная ЭДС в первичной и вторичной обмотках зависит от скорости изменения связи потока, которая составляет (N dϕ / dt).

dϕ / dt — изменение потока и одинаково для первичной и вторичной обмоток. Индуцированная ЭДС E 1 в первичной обмотке пропорциональна числу витков N 1 первичной обмотки (E 1 ∞ N 1 ).Аналогично индуцируемая эдс во вторичной обмотке пропорциональна числу витков на вторичной стороне. (E 2 ∞ N 2 ).

Трансформатор от источника постоянного тока

Как обсуждалось выше, трансформатор работает от источника переменного тока и не может работать без источника постоянного тока. Если на первичную обмотку подается номинальное постоянное напряжение, в сердечнике трансформатора будет создаваться постоянный магнитный поток, и, следовательно, не будет никакого генерирования ЭДС, вызванного самоиндукцией, так как для связи потока с вторичной обмоткой должно быть необходим переменный поток, а не постоянный поток.

Согласно закону Ома

working-of-transformer-eq

Сопротивление первичной обмотки очень низкое, а ток первичной обмотки высокий. Таким образом, этот ток намного выше, чем номинальный ток первичной обмотки при полной нагрузке. Следовательно, в результате количество выделяемого тепла будет больше, и, следовательно, потери на вихревые токи (I 2 R) будут больше.

Из-за этого изоляция первичных обмоток будет сожжена, а трансформатор поврежден.

Коэффициент поворота

Определяется как отношение первичных и вторичных витков.
turn-ratio-eq Если N 2 > N 1 , трансформатор называется Повышающий трансформатор

Если N 2 1 , то трансформатор называется Трансформатор понижающий

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации определяется как отношение вторичного напряжения к первичному напряжению. Обозначается К.
transformation-ratio-of-transformer

As (E 2 ∞ N 2 и E 1 ∞ N 1 )

Это все о работе трансформатора.

,
Simple Transformers — Распознавание именованных объектов с помощью моделей трансформаторов | Thilina Rajapakse

Библиотека Simple Transformers была задумана для упрощения использования моделей Transformer. Трансформеры являются невероятно мощными (не говоря уже об огромных) моделями глубокого обучения, которые были чрезвычайно успешны в решении широкого спектра задач обработки естественного языка. Simple Transformers позволили применять модели Transformer к задачам классификации последовательностей (первоначально двоичная классификация, но вскоре после этого была добавлена ​​мультиклассовая классификация) всего с тремя строками кода.

Я рад сообщить, что Simple Transformers теперь поддерживает распознавание именованных объектов, еще одну распространенную задачу NLP, наряду с классификацией последовательностей.

Ссылки на другие возможности:

Библиотека Simple Transformers построена на базе превосходной библиотеки Transformers от Hugging Face. Библиотека Hugging Face Transformers — это , библиотека для исследователей и других людей, которым необходим обширный контроль над тем, как все делается. Это также лучший выбор, когда вам нужно отклониться от проторенного пути, сделать что-то иначе или сделать что-то новое.Простые Трансформеры, ну, намного проще.

Вы хотите опробовать эту блестящую идею, вы хотите закатать рукава и приступить к работе, но тысячи строк кода, полных загадочных (но классных) вещей, могут быть пугающими даже для опытного исследователя НЛП. Основная идея Simple Transformers заключается в том, что использование Transformers не должно быть сложным (или разочаровывающим).

Simple Transformers абстрагирует весь сложный код установки, сохраняя при этом гибкость и пространство для конфигурации, насколько это возможно.Модель Transformer может использоваться всего в трех строках кода: одна строка для инициализации, одна для обучения и одна для оценки.

Этот пост демонстрирует, как выполнить NER с помощью простых трансформаторов.

Весь исходный код доступен на Github Repo . Если у вас есть какие-либо проблемы или вопросы, это место для их решения. Пожалуйста, проверьте это!

  1. Установите менеджер пакетов Anaconda или Miniconda отсюда
  2. Создайте новую виртуальную среду и установите необходимые пакеты.
    conda create -n трансформаторы python pandas tqdm
    conda активировать трансформаторы
    При использовании cuda:
    conda установить pytorch cudatoolkit = 10.0 -c pytorch
    остальное:
    conda установить pytorch cpuonly -c pytorch
    conda install -c anaconda scipy
    conda install -c anaconda scikit-learn
    pip установить трансформаторы
    pip установить tennorboardx
    pip установить seqeval
  3. установить симплетрансформаторов .
    pip install simpletransformers

Чтобы продемонстрировать распознавание именованных объектов, мы будем использовать набор данных CoNLL. Завладеть этим набором данных может быть немного сложно, но я нашел его версию на Kaggle, которая работает для наших целей.

Подготовка данных

  1. Загрузите набор данных из Kaggle.
  2. Извлеките текстовые файлы в каталог data / . (Он должен содержать 3 текстовых файла train.txt, valid.txt, test.txt .Мы будем использовать поезд и тестовые файлы . Вы можете использовать действительный файл , чтобы выполнить настройку гиперпараметра для повышения производительности модели.

Модель NER простых трансформаторов может использоваться с файлами .txt или с пандами Фреймы данных . Для примера использования с DataFrames , пожалуйста, обратитесь к минимальному стартовому примеру для NER в репо документов.

При использовании ваших собственных наборов данных входные текстовые файлы должны соответствовать формату CoNLL. Каждая строка в файле должна содержать одно слово и связанные с ним теги, разделенные одним пробелом. Simple Transformers предполагает, что первое «слово» в строке является фактическим словом, а последнее «слово» в строке является его назначенной меткой. Чтобы обозначить новое предложение, между последним словом предыдущего предложения и первым словом следующего предложения добавляется пустая строка. Однако может быть проще использовать подход DataFrame при использовании пользовательских наборов данных.

NERModel

Мы создаем NERModel , который можно использовать для обучения, оценки и прогнозирования в задачах NER. Полный список параметров для объекта NERModel приведен ниже.

  • model_type : тип модели (bert, roberta)
  • model_name : имя модели трансформатора по умолчанию или путь к каталогу, содержащему файл модели Transformer (pytorch_nodel.bin).
  • ярлыки (необязательно): список всех ярлыков именованных объектов.Если не указано, [«O», «B-MISC», «I-MISC», «B-PER», «I-PER», «B-ORG», «I-ORG», «B-LOC» «I-LOC»].
  • args (необязательно): Аргументы по умолчанию будут использоваться, если этот параметр не указан. Если указано, это должен быть dict, содержащий аргументы, которые должны быть изменены в аргументах по умолчанию.
  • use_cuda (необязательно): используйте графический процессор, если имеется. Установка в False заставит модель использовать только процессор.

Чтобы загрузить модель ранее сохраненную модель вместо модели по умолчанию, вы можете изменить имя-модели на путь к каталогу, который содержит сохраненную модель.

 модель = NERModel («bert», «path_to_model /») 

9003 NERModel содержит python dict args со многими атрибутами, которые обеспечивают контроль над гиперпараметрами. Подробное описание каждого из них приведено в документации по репо. Значения по умолчанию показаны ниже.

Любой из этих атрибутов может быть изменен при создании NERModel или при вызове его метода train_model путем простой передачи dict , содержащего пары ключ-значение, подлежащие обновлению.Пример приведен ниже.

Обучение модели

Как и было обещано, обучение можно проводить в одной строке кода.

Метод train_model создает контрольную точку (сохранение) модели на каждом n-м шаге, где n равно self.args ['save_steps'] . По завершении обучения окончательная модель будет сохранена в self.args ['output_dir'] .

Загрузка сохраненной модели показана ниже.

Оценка модели

Опять же, оценка — это всего лишь одна строка кода.

Здесь три возвращаемых значения:

  • результат : словарь, содержащий результаты оценки. (eval_loss, precision, напоминает, f1_score)
  • model_outputs : список необработанных выходов модели
  • preds_list : список прогнозируемых тегов

Полученные результаты оценки приведены здесь для справки.

 {'eval_loss': 0.10684790916955669, 'точность': 0.9023580786026201, 'отзыв': 0.9153082919914954, 'f1_score': 0.9087870525112148} 

Не так уж плохо для одиночного прогона со значениями гиперпараметра по умолчанию!

Собираем все вместе

Прогнозирование и тестирование

В реальных приложениях мы часто понятия не имеем, какими должны быть настоящие ярлыки. Для выполнения прогнозов на произвольных примерах вы можете использовать метод прогнозирования . Этот метод довольно похож на метод eval_model , за исключением того, что он принимает список текста и возвращает список прогнозов и список выходных данных модели.

 прогнозов, raw_outputs = model.predict (["Некоторое произвольное предложение"]) 

Простые преобразователи предоставляют быстрый и простой способ выполнения распознавания именованных объектов (и других задач классификации на уровне токенов). Simple Transformers — «концептуально простой и эмпирически мощный», чтобы украсть у человека, стоящего за самим BERT.

Трансформатор

— Energy Education

Рисунок 1. Трансформатор, устанавливаемый на площадке для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (переменного тока) от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразовывая») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для выведения напряжения постоянного тока (постоянного напряжения) из сигнала при сохранении изменяющейся части (напряжения переменного тока).В электрической сети трансформаторы являются ключом к изменению напряжения, чтобы уменьшить, сколько энергии теряется при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из силовой установки, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в качестве распределительных трансформаторов. [2] Трансформаторы также используются как часть устройств, таких как трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность одинаковой, когда напряжение повышается или понижается.Следует помнить, что когда напряжение возрастает, ток падает:

[математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]
Трансформаторы

используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока. Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока со своего первичного на вторичный компонент (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку, изменение тока вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше).Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, вызывая напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного к вторичному компоненту трансформатора. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это происходит потому, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; Это означает, что нет никакого изменяющегося магнитного поля, чтобы вызвать напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой работающий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math]. Ток проходит через обмотки [math] N_p [/ math], создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через петли [math] N_s [/ math] в другой цепи. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разницу напряжения во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электрическая мощность ([математика] V \ times I [/ математика]) остается неизменной.

Основополагающим принципом, который позволяет трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между отношением витков провода первичной обмотки к вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение между числом витков (или витков) в первичной катушке к числу витков во вторичной катушке известно как отношение витков к . Коэффициент оборотов устанавливает следующие отношения с напряжением:

[математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
  • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
  • [math] N_s [/ math] = Количество витков во вторичной катушке
  • [математика] V_p [/ математика] = напряжение на первичной
  • [math] V_s [/ math] = напряжение на вторичной обмотке
  • [math] I_p [/ math] = ток через первичный
  • [математика] I_s [/ математика] = ток через вторичную систему

Из этого уравнения, если число витков в первичной катушке больше, чем число витков во вторичной катушке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше , чем в первичной катушке.Это известно как понижающий трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже приведены распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Коэффициент поворотов Текущий Мощность
Уйти в отставку входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] p > [математика] N [/ математика] s [математика] I [/ математика] р <[математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Шаг вперед входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р <[математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р > [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Один на один входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р = [математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р = [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с

Трансформатор один в один будет иметь равных значений для всего и используется в основном для обеспечения изоляции постоянного тока.

У понижающего трансформатора будет первичное напряжение выше, чем у вторичного напряжения , но у ниже значение первичного тока , чем у его вторичной составляющей.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет на ниже, чем вторичное напряжение, а это означает, что первичный ток на больше, чем у вторичного компонента.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются на один и тот же коэффициент для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.Когда одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный уровень равновесной мощности. [2]

Трансформаторы

могут быть чрезвычайно эффективными. Мощные трансформаторы могут достигать отметки эффективности 99% в результате успехов в минимизации потерь трансформатора. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного более низкую мощность, чем его вход, поскольку потери невозможно полностью устранить. Существует некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

,
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *