Всего комментариев: 0

Принцип действия трансформатора | Основы судовой электротехники

Страница 6 из 16

ГЛАВА V
ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 28. Принцип действия трансформатора, основные соотношения
В судовых электроэнергетических установках и системах автоматики широкое применение находят электромагнитные статические (без движущихся частей) аппараты — трансформаторы. Действие трансформаторов, предназначенных для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого по величине напряжения, основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Наибольшее распространение на транспортных судах получили однофазные и трехфазные трансформаторы с ферромагнитным сердечником из электротехнической стали.

Переходя к действующим значениям ЭДС, получим:
откуда
(174)
где w — число витков; ω= 2πf — круговая частота питающей сети; A=0 — постоянная интегрирования, равная нулю в случае установившегося синусоидального режима.
Переменный магнитный поток изменяется от —Фт до +Фт, тогда 1

В процессе преобразования переменного тока в трансформаторе возникают потери мощности: электрические в проводниках обмоток при протекании в них тока; магнитные, обусловленные перемагничиванием сердечника (потери на гистерезис и вихревые токи), и диэлектрические в изоляции при воздействии на нее переменного электрического поля. Наибольшие значения имеют электрические и магнитные потери; диэлектрические потери невелики, и их необходимо практически учитывать только при высоких напряжениях и частотах.

Как работает трансформатор?

  Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная схема которого представлена ниже:

На замкнутом магнитопроводе из ферромагнитного материала расположены две обмотки, первичная и вторичная. На первичную обмотку подаётся входное напряжение U1 от источника переменного тока (электрической сети), а к вторичной, на которой наводится (индуктируется) переменное напряжение  U2, подключается нагрузка, имеющая сопротивление Zн. Применение ферромагнитного магнитопровода даёт возможность уменьшать магнитное сопротивление контура, по которому замыкается магнитный поток, что положительно отражается на усилении электромагнитной связи между обмотками.

В подключенной к сети первичной обмотке трансформатора протекает переменный ток, который в свою очередь создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Переменный магнитный поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (ЭДС) е1 и е2. Мгновенные значения этих ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числу витков w1 и w2 соответствующих обмоток и скорости изменения магнитного потока dФ/dt, определяются выражением:

Из этого следует, что отношение действующих и мгновенных значений ЭДС в обмотках можно представить как:

Падением напряжения в обмотках трансформатора можно пренебречь, поскольку оно обычно составляет 3%…5% от номинальных значений,  и считать что E1≈U1 и E2≈U2 . Тогда получим:

Из этого равенства отношений, напряжений и количества витков соответствующих обмоток, следует, что подобрав (рассчитав) количество витков обмоток при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2 (то есть U2< U1, U2>U1 или  U2=U1).

Если надо получить U2< U1, то количество витков w2 вторичной обмотки должно быть меньше количества витков w1 первичной обмотки, такой трансформатор называют понижающим. Если же надо получить U2>U1, то количество витков w2 вторичной обмотки должно быть больше количества витков w1 первичной обмотки, такой трансформатор называют повышающим.

Предположим, что количество витков w1 первичной обмотки больше количества витков w2 вторичной обмотки. Это значит что в дальнейшем мы будем рассматривать работу двухобмоточного понижающего трансформатора.

Важным параметром, которым широко пользуются в электротехнических расчетах, является коэффициент трансформации, представляющий собой отношение ЭДС обмотки высшего напряжения Е_в.н. к ЭДС обмотки низшего напряжения Е_н.н. (или отношение числа витков w_в.н.  обмотки высшего напряжения к числу витков w_н.н.  обмотки низшего напряжения).

Следует обратить внимание, что значение коэффициента трансформации всегда больше единицы (поскольку всегда Е_в.н. > Е_н.н., w_в.н.  > w_н.н.).

В электроэнергетике в системах распределения и передачи энергии применяют также и трехобмоточные  трансформаторы, а для устройств автоматики и радиоэлектроники – многообмоточные трансформаторы. На магнитопроводе этих трансформаторов находится три или большее число изолированных друг от друга обмоток. Это даёт возможность получать большее число напряжений (U2, U3, U4 и так далее, необходимых для питания различных групп электрических цепей), подавая напряжение (U1) только на одну (первичную) обмотку.

Трансформаторы преобразуют только напряжения и токи, оставляя мощность приблизительно постоянной (входная мощность первичной обмотки должна равняться сумме мощностей вторичных обмоток с учётом, как правило, незначительных, внутренних потерь энергии в самом трансформаторе). В случае с двухобмоточным понижающим трансформатором, увеличение напряжения на вторичной обмотке  (без изменения напряжения на первичной) в k раз должно привести к уменьшению тока во вторичной обмотке в k раз:

Ведь   мощность P=U∙I∙сos φ , U₁∙I₁∙cos φ ≈ U₂∙I₂∙cos φ  , отсюда I₂ ≈ U₁∙I₁/ U₂

Для трансформаторов важной особенностью является то, что они могут работать только в цепях переменного тока. Если подключить к цепи постоянного тока первичную обмотку трансформатора, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, но он будет постоянным по направлению, величине и времени. Поэтому, в установившемся режиме, в обмотках трансформатора (как первичной, так и вторичной) не будет индуктироваться ЭДС (формула 1а) . Как следствие, не будет выполняться передача электроэнергии из первичной цепи во вторичную. При этом из-за отсутствия, противоЭДС Е1, ток I1 в первичной обмотке резко возрастает и становится равным I₁=U₁/r₁ (где r₁ – сопротивление обмотки w1). Поэтому, подключение к цепи постоянного тока, может представлять серьёзную опасность для трансформатора и не только.

Среди важных свойств трансформатора следует выделить его способность преобразовывать величину нагрузочного сопротивления. Например, если к источнику переменного тока подключить сопротивление r не напрямую, а через трансформатор с коэффициентом трансформации k, то его величина для цепи источника становится равной:

где Р₁ — это мощность, которую трансформатор потребляет от источника переменного тока; Р₂= I₂²∙r ≈ P₁— мощность, которую потребляет сопротивление r от трансформатора.

Из этого можно сделать вывод, что трансформатор изменяет величину сопротивления r для цепи источника переменного тока в k² раз. Поэтому, это свойство часто используют разработчики электрических схем для согласования сопротивления источника электроэнергии с сопротивлением нагрузки.

Принцип работы | Трансформаторы и монтаж

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i 1 , образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные Э.Д.С. е 1 и е 2 . Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием Э.Д.С. е 2 по ее цепи проходит ток i 2 .
Э.Д.С. [E, ( В )] , индуцированная в каждом витке первичной и вторичной обмоток трансформатора, согласно закону электромагнитной индукции зависит от магнитного потока [B, ( Тл )] , пронизывающего виток [W] , частоты [f, ( Гц) ] и площади сечения магнит о провода [S, (мм 2) ] .

E=4.44*W*f*B*S

Отношение Э.Д.С. Е 2 обмотки высшего напряжения к Э.Д.С. E 1 обмотки низшего напряжения (или отношение чисел их витков) называется коэффициентом трансформации,

n = Е 1 / E 1\2 = W 1 / W 2

Если пренебречь падениями напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора (в трансформаторах средней и большой мощности они не превышают обычно 2—5 % номинальных значений напряжений U 1 и U 2 ), то можно считать, что отношение напряжения U 1 первичной обмотки к напряжению U 2 вторичной обмотки приблизительно равно отношению чисел их витков , т. е.

U 1 /U 2 = W 1 / W 2

Таким образом, подбирая требуемое соотношение между числами витков первичной и вторичной обмоток, можно увеличивать или уменьшать напряжение на приемнике, подключенном к вторичной обмотке. Если необходимо на вторичной обмотке получить напряжение большее, чем подается на первичную, то применяют повышающие трансформаторы, у которых число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

Одним из наиболее важных параметров трансформатора является его мощность. Различают электромагнитную, полезную, расчётную и типовую мощности трансформатора.
Электромагнитной мощностью трансформатора называются мощность, передаваемая из первичной обмотки ко вторичную электромагнитным путём; она равна произведению действующей значению ЭДС этой обмотки на величину тока нагрузки, т. е.

Рэм=Е2I2, [ВА]

Полезной или отдаваемой мощностью трансформатора называется произведение действующего напряжения на зажимах вторичной обмотки на величину её нагрузочного тока, т.е.

Р2=U2I2, [ВА]

Расчётной мощностью трансформатора называется произведение действующего значения тока, протекающего по обмотке, на величину напряжения на её зажимах.

Р1=U1I1, [ВА]

С иловой трансформатор переменного тока — статическое электромагнитное устройство, использующееся для преобразования электрической энергии и её передачи из одних цепей в другие. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями.
Автотрансформатор — вид трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь и электрическую. Как правило автотрансформатор обладает высоким КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию. Основным отличием от трансформатора является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью.

Трансформатор тока — называется трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении сдвинут относительно его на угол, близкий к нулю. Первичная обмотка трансформатора тока включена в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная обмотка замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая прохождение по ней тока, пропорционального току первичной обмотке.

Импульсный трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, имеющего вид импульсов.

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала, обеспечивая создание гальванической развязки между участками схем.

Устройство и принцип действия понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор предназначен для преобразования переменного тока и может использоваться самостоятельно либо в составе различного электрооборудования (фильтры, линейные источники питания, ИБП и пр.). Группа компаний «Штиль» осуществляет производство и продажу такого высокотехнологичного электротехнического оборудования. Мы предлагаем тороидальные автотрансформаторы с номинальным напряжением вторичной обмотки в 100, 110 и 120 В. Предприятие также предлагает влагозащищённую продукцию (залитую компаундом) мощностью до 1600 ВА.

Конструкция и основные типы понижающих трансформаторов

Представленное устройство состоит из нескольких обмоток (две и более), которые наматываются на сердечник, изготовленный из ферромагнитного материала. Различают следующие типы приборов:

• стержневые,
• броневые,
• тороидальные.

Они имеют похожие технические характеристики, однако отличаются способами изготовления. Устройство, состоящее только из одной обмотки, называют автотрансформатором. Вне зависимости от типа, в состав прибора входят три функциональные части:

• система охлаждения,
• обмотки (первичная и вторичная),
• магнитопровод (магнитная система трансформатора).

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются:

• первичный и вторичный ток;
• первичное и вторичное напряжение;
• вторичная полная (номинальная) мощность.

Принцип действия понижающего трансформатора

Принцип работы оборудования основан на явлении электромагнитной индукции, которое также называют законом Фарадея. Первичная обмотка трансформатора получает электропитание от внешнего источника. Переменный ток, проходя через эту обмотку, создаёт магнитное поле в магнитопроводе. Возбуждается электродвижущая сила (ЭДС), приводящая к появлению тока во вторичной обмотке, с которой напряжение снимается.

Коэффициент трансформации определяется из соотношения первичного напряжения к вторичному, и приблизительно равен отношению числа витков первичной и вторичной обмотки. Следовательно, при понижении напряжения в несколько раз во столько же раз повышается сила тока (и наоборот). В данном случае неизбежны потери энергии и выделение тепла в железном сердечнике и обмотках, однако в современной электротехнической продукции эти потери редко превышают 2–3 %.

Если у вас возникла потребность в таком оборудовании, рекомендуем купить понижающий трансформатор «Штиль». Мы осуществляем производство подобной электротехнической продукции с 1994 года.

РЧ-трансформаторы: принцип работы, разновидности, применение

В статье описывается принцип работы трансформатора, рассматриваются основные типы трансформаторов и сферы их применения.

Трансформатор представляет собой две или более проводящих линии, соединенные между собой магнитным полем. При появлении в сердечнике переменного магнитного потока, обусловленного изменением тока в первичной обмотке, во вторичной обмотке возникает ЭДС, величина которой напрямую зависит от количества витков в обмотках.

У трансформатора могут иметься дополнительные выводы и обмотки, у которых в общем случае – разные коэффициенты трансформации. Благодаря такой гибкости РЧ-трансформаторы обладают разными характеристиками и широко используются в СВЧ-технике.

Одна из широко применяемых конфигураций трансформатора представляет собой два или более проводов, обмотанных вокруг магнитного сердечника (в приложениях с более высокой частотой используется воздушный сердечник). Одним из наиболее важных параметров трансформаторов является отношение количества витков. Среди приложений, в которых применяются РЧ-трансформаторы, можно выделить:

• преобразование импеданса для согласования;
• повышение или понижение напряжения или тока;
• соединение симметричной и несимметричной схем;
• большее ослабление синфазного сигнала;
• обеспечение развязки по постоянному сигналу между схемами;
• обеспечение постоянного тока в некоторых сегментах схемы.

Существует несколько технологий исполнения трансформаторов, к которым относятся сердечник с обмоткой; трансформаторы на линиях передачи; трансформаторы, изготовленные из низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC), монолитные устройства (MMIC). Все они выпускаются в разных корпусах и с разными характеристиками.

Принцип работы

На рисунке 1 показана модель идеального трансформатора. Порты 1 и 2 являются входами первичной обмотки, порты 3 и 4 – выходами вторичной обмотки.

По закону Фарадея ток в первичной обмотке создает магнитный поток через сердечник, который наводит пропорциональный ток и напряжение во вторичной обмотке. Напряжение и ток пропорциональны отношению витков в обмотках или магнитной связи между обмотками и сердечником. Следовательно, вторичный импеданс определяется квадратом отношения обмоток, умноженным на импеданс первичной обмотки:

где I₁, V₁ и Z₁ – ток, напряжение и импеданс в первичной обмотке; I₂, V₂ и Z₂ – те же параметры вторичной обмотки; N₁ и N₂ – количество витков в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

В реальном трансформаторе также имеется несколько паразитных элементов. Оно могут быть и собственными, и взаимными. На рисунке 2 показана модель неидеального трансформатора с сосредоточенными параметрами, а также паразитное сопротивление, индуктивность обмоток, резистивные потери в сердечнике и активная индуктивность намоток. Из-за паразитных связей полоса пропускания трансформатора сокращается, возрастают вносимые потери (см. рис. 3). Характеристики трансформатора также зависят от частоты, температуры и мощности. Нижняя частота среза определяется активной индуктивностью намотки, верхняя – емкостью намотки и емкостной связью между намотками.

Вносимые потери в рабочей полосе складываются из омических потерь в первичной, вторичной намотках и энергии, рассеянной в сердечнике. Поскольку омические потери зависят от частоты и температуры, они ограничивают показатели работы трансформатора. В некоторых трансформаторах присутствует также индуктивность рассеяния, обусловленная неполной связью между обмотками. Поскольку реальная часть этой индуктивности пропорциональна частоте, эти паразитные элементы приводят к возникновению обратных потерь на высоких частотах и увеличению вносимых потерь в нижней границе диапазона.

Более сложные трансформаторы, например с несколькими намотками, дополнительными выводами и элементами, могут обладать динамическими характеристиками. Например, согласующий трансформатор служит для соединения симметричной (с дифференциальным сигналом) и несимметричной схемы. Он обеспечивает согласование импедансов.

В то же время трансформаторы применяются для соединения двух несимметричных схем. С этой целью заземляется один конец первичной обмотки. Несимметричные сигналы, поступающие в первичную несимметричную обмотку, вызывают дифференциальный выходной сигнал во вторичной обмотке.

При использовании магнитного сердечника, обычно ферромагнитного, появляется еще несколько паразитных элементов: индуктивность намагничивания сердечника ограничивает нижнюю частоту работы трансформатора и приводит к увеличению обратных потерь. Она зависит от магнитной проницаемости, поперечного сечения сердечника и количества обмоток. Магнитная проницаемость сердечника зависит от температуры. Если зависимость прямая, вносимые потери на низких частотах увеличиваются.

Виды трансформаторов

Двумя основными типами трансформаторов на дискретных компонентах являются трансформаторы, выполненные в виде сердечника с обмоткой или на линиях передачи. Кроме того, широко применяются компактные трансформаторы LTCC и MMIC.

Трансформаторы с сердечником и обмоткой изготавливаются путем наматывания проводника, как правило, медного провода с изоляцией, вокруг магнитного сердечника (тороида).

Вторичных обмоток может быть несколько. Иногда также имеется вывод средней точки для дополнительных функций. На рисунке 4 показан трансформатор с тороидальным магнитным сердечником и медной обмоткой с изоляцией. Благодаря природе индуктивных связей между обмоткой и сердечником трансформаторы меньшего размера работают быстрее. Например, путем подбора длины линии передачи обеспечивается согласование импедансов между двумя несогласованными нагрузками.

Некоторые трансформаторы в линиях передачи представляют собой проводник с изоляцией, намотанный на ферритный сердечник. Они относятся к типу трансформаторов с обмоткой.

Трансформатор в линии передачи состоит из линии передачи с двумя проводниками. Первый подключен к генератору и нагрузке, второй – к выходу первой линии и земле (см. рис. 5). Протекающий через нагрузку ток в два раза превышает ток через генератор; напряжение V₀ равно половине V₁.

Когда сопротивление нагрузки равно четверти сопротивления, видимого со стороны генератора, коэффициент преобразования равен 1:4:

Наиболее распространенной формой трансформатора на линиях передачи является четвертьволновой. В этой топологии характеристическое сопротивление обеспечивает согласование входного импеданса и импеданса нагрузки. Длина четвертьволнового трансформатора определяется рабочей частотой, а полоса пропускания ограничена октавой вокруг центральной частоты. На рисунке 6 показана линия передач без потерь с характеристическим импедансом Z₀ и длиной L.

Эта линия находится между входным импедансом Z_IN и импедансом нагрузки Z_L. Характеристический импеданс четвертьволновой линии передачи Z₀, обеспечивающий согласование Z_IN и Z_L, рассчитывается следующим образом:

Одним из преимуществ трансформаторов на линиях передачи является широкая полоса частот по сравнению с трансформаторами с сердечником и проволочной обмоткой. Это преимущество обеспечивается за счет меньшей паразитной емкости между витками и меньшей индуктивностью рас­сеяния.

Трансформаторы LTCC

Трансформаторы LTCC представляют собой многослойные компоненты, изготовленные на керамической подложке. В них используются емкостные связанные линии, работающие как линии передачи, которые обеспечивают преобразование импеданса и сигнала из несимметричного в симметричный. Трансформаторы данного типа могут работать на более высоких частотах, чем ферромагнитные. Тем не менее они могут проигрывать в низкочастотном диапазоне. Достоинствами керамических трансформаторов являются малый размер, продолжительный срок службы, высокая надежность (см. рис. 7).

Трансформаторы MMIC

Как и керамические, MMIC-трансформаторы изготавливаются в планарном виде. Как правило, спиральные индуктивные элементы печатаются на подложке в конфигурации с двумя параллельными линиями передачи.

Монолитные трансформаторы изготавливаются также из арсенида галлия (см. рис. 8). Литографический процесс обеспечивает высокую воспроизводимость устройств, отличные показатели работы и тепловой КПД.

Применение РЧ-трансформаторов

Сфера применения РЧ-трансформаторов широка. Согласующие трансформаторы предназначены для согласования импедансов, повышения или понижения напряжения питания. При отсутствии согласования затрудняется передача энергии, возникают отражения сигнала (см. рис. 9).

Вторым важным назначением является соединение между собой симметричной и несимметричной цепей. Для согласования импедансов несимметричных линий применяется автотрансформатор. Еще одной важной функцией РЧ-трансформаторов является сдвиг уровня и развязка цепей. Они обеспечивают развязку по постоянному сигналу между первичной и вторичной обмотками в схемах, где требуется защитить отдельные сегменты от постоянного сигнала. Если в части схемы требуется постоянный сигнал, следует воспользоваться двумя трансформаторами с центральной точкой (см. рис. 10).

Наконец, трансформаторы позволяют удалить постоянную составляющую в дифференциальных схемах, а также широко применяются для фильтрации ВЧ-компонентов сигнала.

Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

С целью преобразования электрической энергии высокого напряжения до значений, приемлемых при эксплуатации бытовых приборов в частных домах и квартирах, используются специальные устройства – трансформаторы. В этой статье мы дадим определение трансформаторам постоянного и переменного тока, рассмотрим принцип их работы и разновидности.

Определение трансформаторов тока

Трансформатором тока называют устройство, используемое для образования переменного тока на вторичной обмотке с напряжением, значение которого пропорционально измеряемой величине. Выпускаются разных мощность – 25, 100, 1000 кВА и т. д.

Но трансформатор необязательно понижает входное напряжение – он может работать и на повышение. Существуют приборы различного класса точности, что зависит от погрешности. В общей сложности есть пять классов точности – 0,2, 0,5, 1, 3 и 10. С ростом класса точности повышается и значение погрешностей. Это значит, что приборы классом точности 0,2 характеризуются минимальными погрешностями и используются преимущественно в лабораторных условиях.

Принцип действия трансформаторов тока

Конструктивно трансформатор ТМГСУ и любого другого типа состоит из магнитопровода (сердечника), изготавливаемого из электротехнической стали, и обмоток (в автотрансформаторах одна, срощенная) из меди.  Первичная обмотка бывает плоской или в форме ролика, и оборачивается вокруг сердечника или проводника. Это позволяет создать трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из минимального числа витков. Такой подход существенно повышает эффективность работы устройства и его коэффициент трансформации.

На вторичной обмотке обычно больше витков. Они наматываются на основу магнитопровода, характеризующегося малыми потерями и при поперечном рассмотрении большой площадью сечения. Величина плотности магнитного потока минимальна, низки и потери напряжения. Для вторичных обмоток обычно используют стандартные величины 1 или 5 А.

Разновидности трансформаторов тока

Трансформаторы делятся на три основных типа:

• Сухие – устройства, в которых обмотка соединяется с проводником, а процесс охлаждения протекает за счет естественной циркуляции воздуха.
• Масляные – первичная обмотка расположена на кабеле или шине. Периодичность устройств равна одному ходу обычного сухого трансформатора. Охлаждения происходит за счет трансформаторного масла, забирающего тепло с нагретых элементов и передающего его через стенки и крышки гофрированного бака в окружающую среду.
• Тороидальные – отсутствует первичная обмотка.

— принцип работы, уравнения, типы, преимущества и недостатки

снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах. Наша сегодняшняя электроника сильно зависит от этого. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, принцип его работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное напряжение.В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показано изображение обмотки типичного понижающего трансформатора.

Рис.1: Изображение обмоток понижающего трансформатора

Принцип работы понижающего трансформатора

Трансформатор работает по принципу «закона электромагнитной индукции Фарадея». Взаимная индукция между обмотками отвечает за передачу сигнала в трансформаторе.

Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи».

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это отношение называется передаточным числом .

Способность понижающих трансформаторов снижать напряжение зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток.Поскольку количество обмоток во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством обмоток в первичной обмотке, количество магнитной связи со вторичной обмоткой трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Соответственно, наведенная ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. За счет этого на вторичной обмотке снижается напряжение по сравнению с первичной обмоткой

Уравнение понижающего трансформатора

Формула, используемая для проектирования понижающего трансформатора:

Где,

• Ns = количество витков вторичной обмотки
• Np = количество витков в первичной обмотке
• Вс = Напряжение на вторичной обмотке
• Vp = напряжение в первичной обмотке

Число витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше числа витков первичной обмотки трансформатора i.e Np > Ns для работы трансформатора в качестве «понижающего трансформатора».

Поскольку количество витков во вторичной обмотке будет меньше, общая наведенная ЭДС будет и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше, чем входное напряжение первичной обмотки.

Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, число витков первичной обмотки [Np] составляет 5000, а входное напряжение [Vp] составляет 240. Тогда напряжение на вторичной обмотке [Vs] может рассчитывается по формуле:

Купим переставив уравнение получаем:

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной обмотке.Таким образом, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Типы понижающего трансформатора

можно разделить на три категории в зависимости от отводов вторичной обмотки. Их:

• Однофазный понижающий трансформатор
• Понижающий трансформатор с центральным отводом
• Многоканальный понижающий трансформатор

Однофазный понижающий трансформатор

Используется для понижения номинального тока и входного напряжения, обеспечивает низкое напряжение и выходной ток.

Ex: 12 В переменного тока.

Рис. 2 — Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор с центральным отводом

Понижающие трансформаторы этого типа будут иметь одну первичную обмотку и центральный разделитель вторичной обмотки, с помощью которого он выдает выходное напряжение с центральным полюсом.

Пример: 12v-0-12v.

Рис. 3 — Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

Многоканальный понижающий трансформатор

Этот тип понижающих трансформаторов имеет несколько ответвлений во вторичной обмотке.Множественные отводы используются для получения желаемого переменного выхода с вторичными обмотками.

Пример: 0-12 В, 0-18 В.

Рис. 4 — Символ и физический вид многозадачного понижающего трансформатора

Применения понижающего трансформатора

Различные области применения понижающих трансформаторов:

• В основные адаптеры и зарядные устройства для сотовых телефонов, стереосистем и проигрывателей компакт-дисков
• Для понижения уровня напряжения в ЛЭП
• В сварочных аппаратах за счет снижения напряжения и увеличения тока.
• В телевизорах, стабилизаторах напряжения, инверторах и т. Д.

Преимущества понижающего трансформатора

Преимущества понижающих трансформаторов следующие:

• Используется для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу электроэнергии
• КПД более 99%
• Обеспечивает различные требования к напряжению
• Низкая стоимость
• Высокая надежность
• Высокая прочность

Недостатки понижающего трансформатора

Недостатки понижающих трансформаторов следующие:

• Требует большого количества работ по техобслуживанию, в противном случае можно повредить трансформатор.
• Неустойчивость затрат на сырье
• Устранение неисправности требует больше времени

Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

Фиг.5 — Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

На электростанциях электричество переменного тока генерируется при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для дома и бизнеса. Сгенерированное выходное напряжение электростанции передается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

Выход повышающего трансформатора подается на линию передачи высокого напряжения, которая транспортирует мощность / электричество на большие расстояния.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления / конечной подстанции, с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, то есть 220-240 В.

  Также читают:
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, характеристики и применение
Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

Megha — это MTech в области проектирования СБИС и встроенных систем.У нее есть опыт проектирования ПЛИС и бывший доцент инженерного колледжа KSIT, Бангалор. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

(PDF) ТРАНСФОРМАТОР: Принцип работы трансформатора

Парвин Р.Карим, преподаватель. Электротехнический отдел. Al-Hawija Technical

институт Северный технический университет

Аналогичным образом, разделив уравнение (10) на уравнение (11), дает





  …….. (16)

Где a — коэффициент трансформации трансформатора.

В случае, трансформатор называется повышающим трансформатором, а для

трансформатор называется понижающим трансформатором. В идеальном трансформаторе

потери равны нулю. В этом случае входная мощность трансформатора равна выходной мощности

, что дает

  …… .. (17)

Уравнение (17) может быть преобразовано в виде :





  …….. (18)

Отношение первичного тока к вторичному:





 …… .. (19)

Опять же, магнитодвижущая сила, создаваемая первичным током. будет равна

магнитодвижущей силе, создаваемой вторичным током, и ее можно выразить как:

  …… .. (21)



 



 …….. (22)

Из уравнения (22) можно сделать вывод, что отношение первичного тока к вторичному обратно пропорционально коэффициенту трансформации трансформатора.

Входная и выходная мощность идеального трансформатора составляет:

   …… .. (23)

    …… .. (24)

Для идеальных условий угол  равен углу , и выходная мощность может быть пере-

в виде,

 

 …….. (25)

   …… .. (26)

Из уравнения (26) видно, что вход и выход мощность одинакова в случае идеального трансформатора

, аналогично входная и выходная реактивная мощность равны:

Порядок работы по принципу работы трансформаторов

Что является основным компонентом в источниках питания постоянного или переменного тока? Конечно же, электрический трансформатор. Вы когда-нибудь задумывались, как работают трансформаторы? Если этот вопрос часто приходит вам в голову, вы определенно попали в нужное место.

Но прежде чем я начну, позвольте мне кратко рассказать о трансформаторах и различных типах

Что такое электрический трансформатор?

Электрический трансформатор — это статическое устройство, которое используется для преобразования электрического сигнала переменного тока в одной цепи в электрический сигнал той же частоты в другой цепи с небольшой потерей мощности. Напряжение в цепи можно увеличивать или уменьшать, но с пропорциональным увеличением или уменьшением номинального тока.

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов могут быть классифицированы на основе различных критериев, таких как функция, сердечник и т. Д.

Классификация в соответствии с функцией :

Повышающий трансформатор

Шаг Повышающий трансформатор — это тот, в котором первичное напряжение катушки меньше вторичного напряжения. Повышающий трансформатор может использоваться для увеличения напряжения в цепи. Он используется в гибких системах передачи переменного тока или FACTS от SVC.

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор используется для понижения напряжения. Трансформатор типа

, в котором первичное напряжение катушки больше вторичного, называется понижающим трансформатором. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор для понижения опасно высокого напряжения до более безопасного низкого напряжения.

Отношение числа витков на каждой катушке, называемое соотношением витков, определяет соотношение напряжений.Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) катушке, которая подключена к источнику питания высокого напряжения, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) катушке, чтобы обеспечить низкое выходное напряжение.

СООТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ = (Vp / Vs) = (Np / Ns) Где, Vp = первичное (входное) напряжение Vs = вторичное (выходное) напряжение Np = количество витков на первичной катушке Ns = количество витков на вторичной катушке Ip = первичный (входной) ток Is = вторичный (выходной) ток.

Классификация по ядру

1.Тип сердечника 2. Тип сердечника

Тип сердечника Трансформатор

В этом типе трансформатора обмотки относятся к значительной части схемы в сердечнике трансформатора. Используются катушки фасонно-намотанные и цилиндрические на сердечнике. Имеет одну магнитную цепь.

В трансформаторе с сердечником катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга такими материалами, как слюда. Сердечник имеет два прямоугольных плеча, а катушки размещены на обоих плечах сердечника.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа — самый популярный и эффективный тип трансформаторов. Трансформатор корпусного типа имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три плеча, и обе обмотки размещены на центральных плечах. Сердечник охватывает большую часть обмотки. Обычно многослойные дисковые и многослойные змеевики используются в корпусе типа.

Каждая катушка высокого напряжения находится между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярм.Корпусная конструкция наиболее предпочтительна для работы при очень высоком напряжении трансформатора.

В трансформаторе кожухового типа нет естественного охлаждения, так как обмотка кожухового типа окружена самим сердечником. Для лучшего обслуживания необходимо снять большое количество обмоток.

Другие типы трансформаторов

Типы трансформаторов различаются по способу расположения первичной и вторичной обмоток вокруг многослойного стального сердечника трансформатора:

• В зависимости от обмотки трансформатор может быть трех типов.

1.Двухобмоточный трансформатор (обычный тип) 2. Однообмоточный (автоматический) 3. Трехобмоточный (силовой трансформатор)

• По расположению катушек трансформаторы классифицируются как:

1. Цилиндрический тип 2. Дисковый тип

• Согласно применению

1. Силовой трансформатор 2. Распределительный трансформатор 3. Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор можно разделить на два типа:

a) Трансформатор тока b) Потенциальный трансформатор

• В зависимости от типа охлаждения трансформатора может быть двух типов

1.Естественное охлаждение 2. Погружное масло с естественным охлаждением 3. Погружное в масло с естественным охлаждением с принудительной циркуляцией масла

Работа трансформатора

Давайте теперь обратим наше внимание на наше основное требование: как работают трансформаторы? Трансформатор в основном работает по принципу взаимной индуктивности двух цепей, связанных общим магнитным потоком. Трансформатор в основном используется для преобразования электрической энергии.

Трансформаторы состоят из таких типов проводящих катушек, как первичная обмотка и вторичная обмотка.

Входная катушка называется первичной обмоткой, а выходная катушка — вторичной обмоткой трансформатора.

Нет электрического соединения между двумя катушками; вместо этого они связаны переменным магнитным полем, созданным в сердечнике трансформатора из мягкого железа. Две линии в середине символа схемы представляют сердечник. Трансформаторы расходуют очень мало энергии, поэтому выходная мощность почти равна входящей мощности.

Первичная и вторичная катушки обладают высокими взаимными индуктивностями.Если одна из катушек подключена к источнику переменного напряжения, то в ламинированном сердечнике образуется переменный магнитный поток.

Этот поток соединяется с другой катушкой, и возникает электромагнитная сила согласно закону электромагнитной индукции Фарадея.

e = M di / dt Где e индуцируется ЭДС M — взаимная индуктивность

Если вторая катушка замкнута, то ток в катушке передается от первичной катушки трансформатора ко вторичной катушке.

Идеальное уравнение мощности трансформатора

Пока мы сосредоточены на нашем вопросе о том, как работают трансформаторы, основное, что нам нужно знать, это идеальное уравнение мощности трансформатора.

Если вторичная обмотка присоединена к нагрузке, которая позволяет току течь в цепи, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную цепь.

В идеале трансформатор должен работать безупречно; вся поступающая энергия преобразуется из первичного контура в магнитное поле и во вторичный контур. Если это условие выполняется, входящая электрическая мощность должна равняться выходной мощности:

Уравнение идеального трансформатора

Трансформаторы обычно имеют высокий КПД, поэтому эта формула является разумным приближением.

Если напряжение увеличивается, ток уменьшается во столько же раз. Импеданс в одной цепи преобразуется в квадрат отношения витков.

Например, если импеданс Z _s присоединен к клеммам вторичной катушки, для первичной цепи оказывается импеданс ( N _p / N _s ) ² Z _s . Это соотношение является обратным, так что полное сопротивление Z _p первичной цепи кажется вторичной как ( N _s / N _p ) ^2Zp .

Мы надеемся, что эта статья была краткой, но точно информативной о том, как работают трансформаторы. Вот простой, но важный вопрос для читателей — как выбрать трансформатор для проектирования блока питания.

Пожалуйста, дайте свои ответы в разделе комментариев ниже.

Фото:

Электрический трансформатор от wikimedia
Повышающий трансформатор от imimg
Понижающий трансформатор от mpja
Трансформатор типа сердечника по электрической информации
Трансформатор типа оболочки по электрической информации
Работа трансформатора по зашифрованному

Основные принципы промышленных трансформаторов

ЗАДАЧИ:

• объясните, как и почему трансформаторы используются для передачи и распределения электроэнергии.

• описать основную конструкцию трансформатора.

• различают первичную и вторичную обмотки трансформатора.

• перечислить в порядке последовательности различные этапы работы повышающий трансформатор.

• использовать соответствующую информацию для расчета коэффициента напряжения, напряжения, токи и КПД повышающих и понижающих трансформаторов.

• объясните, как первичная нагрузка меняется с вторичной нагрузкой.

Производство больших количеств неэффективно и экономически нецелесообразно. электроэнергии постоянного тока. Изобретение трансформатора было веха в развитии электротехнической промышленности. Трансформатор увеличивает или уменьшает напряжение больших количеств переменного тока энергоэффективно, безопасно и удобно. Большое распределение мощности Станция изображена на илл. 1.

ил. 1: Подстанция с тремя отдельными масляными выключателями .

Большое количество энергии переменного тока может быть произведено при удобном напряжение, используя паровую, ядерную или водную энергию. Трансформаторы используются первыми увеличить эту энергию до высокого напряжения для передачи на многие мили проводов передачи, а затем уменьшить это напряжение до значений, которые удобны и безопасны для использования потребителем.

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор состоит из двух или более проводящих обмоток, размещенных на тот же магнитный путь с железным сердечником, как показано на рис.2.

ил. 2: Детали трансформатора

Ламинированный сердечник

Стальной сердечник трансформатора состоит из листов проката. Этот железо обрабатывается таким образом, чтобы оно обладало высокой магнитной проводимостью (высокое проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин используется, чтобы выразить легкость, с которой материал будет проводить магнитные линии силы. Утюг также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (через толщина сердцевины).Необходимо ламинировать листы железа. (рис. 3) для уменьшения гистерезиса и вихревых токов, вызывающих нагрев ядра.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. обмотка. Первичная обмотка — это катушка, которая получает энергию. Это формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка катушка, которая обеспечивает энергию при преобразованном или измененном напряжении — увеличенном или уменьшился.

Трансформаторы по определению используются для передачи энергии от одной системы переменного тока. к другому с помощью электромагнитных средств. Они не меняют количество энергии существенно; в трансформаторе происходят лишь незначительные потери мощности. Если Трансформатор увеличивает напряжение, он называется повышающим трансформатором. Если он снижает напряжение, это называется понижающим трансформатором.

Вторичное напряжение зависит от:

• напряжение первичной обмотки,

• количество витков первичной обмотки, а

• количество витков вторичной обмотки.

Некоторые типы трансформаторов с сердечником имеют первичную и вторичную обмотки. катушки проводов намотаны на отдельные ножки сердечника (см. рис. 2А). Катушки первичной и вторичной проволоки также могут быть намотаны друг на друга, как показано на рисунке. в больном. 2B. Обмотка таким образом повышает КПД трансформатора и экономит энергию. При указании коэффициента трансформации первичная обмотка — это первый фактор соотношения. Это говорит о том, какая обмотка, высокая или низкая, подключена к источнику питания.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Три основных типа конструкции сердечников трансформатора: снарядного типа, крестового или Н-типа (илл. 4).

ил. 3 Пластины E, используемые в конструкции сердечника трансформатора

ил. 4 Основные типы конструкций сердечников трансформаторов: A. Сердечник или типа единого окна; B. Тип ядра или единого окна; C. Shell или двойной оконный тип; D. Крест тип

Тип сердечника

В трансформаторе с сердечником первичная обмотка находится на одном плече трансформатора, а вторичная обмотка — на другом.Более эффективный тип конструкция сердечника — это тип оболочки, в которой ядро ​​окружено оболочка из железа (илл. 4А и Б).

Корпус типа

Трансформатор с сердечником с оболочкой или двойным окном (рис. 4С), вероятно, наиболее часто используется в электромонтажных работах. Что касается энергосбережения, эта конструкция трансформатора работает с КПД 98% или выше.

Крест или H Тип

Крестообразный сердечник или H-тип также называют модифицированным типом оболочки.В катушки окружены четырьмя стержнями сердечника. Тип креста — действительно комбинация двух сердечников оболочки, установленных под прямым углом друг к другу. Обмотки расположен над центральным ядром, которое в четыре раза превышает площадь каждого из внешние ноги. Сердечник этого типа очень компактен и легко охлаждается. Он используется для больших силовых трансформаторов, где падение напряжения и стоимость должны быть сведенным к минимуму. Эти агрегаты обычно погружаются в масло на длительное время. изоляционные свойства и эффективное охлаждение.Еще один способ охлаждения трансформаторы нагнетаются воздухом. Трансформаторы нельзя погружать в воду в воде для охлаждения. Случайное затопление, например, в подземном трансформаторе своды, надо прокачивать (илл. 4D).

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Согласно закону Ленца в катушке индуцируется напряжение всякий раз, когда катушка ток увеличивается или уменьшается. Это индуцированное напряжение всегда находится в таком направление, которое противодействует силе, производящей его.Это называется индукцией. Действие проиллюстрировано наложением двух петель из проволоки, как показано на рис. 5.

Записка ил. 5 прогрессивное увеличение магнитного поля около одна сторона каждой петли по мере нарастания тока. Сила магнитного поле увеличивается по мере увеличения электрического тока через проводник от источника питания. больной. 5 также показывает картину поля во время период, когда ток уменьшается.

ил.5 Магнитная индукция (поток электронов): УВЕЛИЧЕНИЕ ТОКОВОГО ПОТОКА; УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТОКА; ОБРАБОТКА ПОТОКА; АККУМУЛЯТОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ; УМЕНЬШЕНИЕ ТЕКУЩИЙ ПОТОК;

ил. 5 использует правило левой руки для проводников. Схватить проводника левой рукой с большим пальцем вытянутым в направлении электрона поток. Ваши пальцы укажут направление магнитного потока. В Поток расширяется наружу от проводника, когда ток увеличивается, и сжимается к центру проводника, когда ток уменьшается.

По мере того, как ток достигает максимального значения, круговые магнитные линии вокруг проволоки двигаться наружу от проволоки. Это внешнее движение магнитного силовые линии пересекают проводник второй петли. Как результат, индуцируется ЭДС и в контуре циркулирует ток, как показано на гальванометр, расположенный над проводником.

Когда ток достигает установившегося состояния в первой цепи, поток является стационарным, и в цепи не возникает напряжения.Гальванометр указывает нулевой ток.

Когда цепь батареи разомкнута, ток падает до нуля и магнитный поток рушится. Сжимающийся поток прорезает второй контур и снова индуцирует ЭДС. Второй наведенный ток имеет направление, противоположное ток первого индуцированного тока, как показано стрелкой гальванометра. Заключительный этап показывает установившееся состояние без поля и индуцированного тока. Это действие выполняется автоматически с применением ac.

Петли проволоки могут быть заменены двумя концентрическими витками (петли с много витков), чтобы сформировать трансформатор. больной. 6 показан трансформатор, который имеет первичную обмотку, железный сердечник и вторичную обмотку. Когда меняется или переменный ток подается на первичную обмотку, изменяя первичный ток создает изменяющееся магнитное поле в железном сердечнике. Этот изменяющееся поле прорезает вторичную обмотку и, таким образом, индуцирует напряжение, значение зависит от количества проводников в разрезе вторичной обмотки магнитными линиями.Это называется взаимной индуктивностью. Коммерческие трансформаторы обычно имеют фиксированные сердечники, которые обеспечивают полные магнитные цепи для эффективная работа там, где есть небольшая утечка потока и высокая взаимная индукция.

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРЯЖЕНИЯ

Согласно закону Ленца, один вольт индуцируется, когда 100000000 магнитных силовые линии разрезаются за одну секунду. Первичная обмотка трансформатора обеспечивает магнитное поле для сердечника. Вторичная обмотка при размещении непосредственно по тому же сердечнику, подает на нагрузку индуцированное напряжение который пропорционален количеству проводников, перерезанных первичным потоком ядра.

Оболочечный трансформатор, изображенный на илл. 6 предназначен для уменьшения напряжение источника питания.

В ил. 6:

Np = количество витков в первичной обмотке

Np = количество витков вторичной обмотки

Ip = ток в первичной обмотке

Is = ток во вторичной обмотке

Предположим, что Np = 100 витков

Нс = 50 витков

E (питание) = 100 вольт, 60 герц

ил.6 Однофазный трансформатор, показывающий взаимную индуктивность двух катушки

Переменное напряжение питания (100U) создает ток в первичной обмотке. который намагничивает сердечник переменным потоком. (По словам Ленца По закону, в первичной обмотке индуцируется противоэдс. Это счетчик ЭДС называется самоиндукцией и противостоит приложенному напряжению). Поскольку вторичная обмотка на том же сердечнике, что и первичная, всего 50 вольт индуцируется во вторичной обмотке, потому что обрезается только половина проводов. магнитным полем.

В условиях холостого хода верно следующее соотношение:

Следовательно, отношение 2 к 1 означает, что трансформатор понижающий. трансформатор, который снизит напряжение источника питания. Трансформеры либо повышать, либо понижать напряжение питания.

Обратитесь к ил. 7 для следующего примера. Первичная обмотка трансформатор имеет 100 витков, а вторичный — 400 витков. ЭДС 110 к первичной обмотке приложено вольт.Какое напряжение на вторичной обмотке и каково соотношение трансформатора?

Этот трансформатор имеет повышающий коэффициент 440/110 = 4/1, или 1: 4

СООТНОШЕНИЕ ТОКА

Коэффициент тока в трансформаторе обратно пропорционален напряжению. трансформация. Трансформатор не создает мощность и не предназначен потреблять энергию. Входная мощность должна быть очень близка к выходной мощности. Следовательно, если входной вольт-ампер равен выходному вольт-амперам и напряжению уровень увеличивается, текущий уровень уменьшается.Коэффициент напряжения и коэффициент тока обратно пропорциональны.

Если ток нагрузки трансформатора, показанного в 7, составляет 12 ампер, первичный ток должен быть таким, чтобы произведение количества витков и значения тока (ампер-витки первичной обмотки) равнялось значению вторичные ампер-витки.

Проверка решения на ток

Np x Ip = Ns x Is; 100 х 48 = 400 х 12; 4800 = 4800

Коэффициент текущей ликвидности является обратной величиной; то есть, чем больше число витков, тем меньше ток для данной нагрузки.Практические оценки первичный или вторичный токи рассчитываются исходя из предположения, что трансформаторы 100% эффективность.

Например, предположим, что

Вт на входе = на выходе

или

Основная мощность = Дополнительная мощность

Следовательно, для повышающего трансформатора на 1000 Вт, 100/200 В:

Is = 1000Вт / 200 В = 5 ампер

Ip = 1000 Вт / 100 В = 10 ампер

Чем больше ток, тем больше сечение проводов на трансформаторе.По этой информации мы можем определить стороны высокого и низкого напряжения.

Более высокое напряжение = меньший ток, следовательно, меньшее сечение провода

Более низкое напряжение = более высокий ток, следовательно, провод большего размера

ил. 8 Принципиальная схема повышающего трансформатора

Пример: На перемещаемом станке отключен управляющий трансформатор. Табличка неразборчива из-за коррозии. Схема питания двигателя 480 вольт.Контроллер мотора работает от управления напряжением 120 В. Который первичная и вторичная обмотки управляющего трансформатора? Более высокое напряжение имеет меньший размер провода. Следовательно, он должен быть подключен к 480 вольт.

Использование омметра также может сказать нам, какая обмотка имеет больший сопротивление. Измеряя каждую обмотку, мы обнаруживаем, что чем больше сопротивление, чем больше напряжение, потому что в нем больше витков меньшего провод. Помните, что термин «первичный» относится к стороне питания трансформатора.Термин «вторичный» относится к стороне нагрузки (рис. 8).

СХЕМА ИЛИ СИМВОЛ

Повышающий трансформатор обычно показан в схематическом виде, как показано на рисунке. в больном. 8. Соотношение витков первичной и вторичной обмоток не наглядно. показано. Обычно это отображается в виде символа повышения или понижения.

ПЕРВИЧНАЯ ЗАГРУЗКА СО ВТОРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ

Ток во вторичной обмотке контролирует ток в первичной обмотке.Когда вторичная цепь завершена путем размещения нагрузки на нее, вторичная ЭДС заставляет ток течь. Это создает противодействие магнитному полю. в основное поле. Это противодействующее или размагничивающее действие уменьшает эффективное поле первичного потока, что, в свою очередь, уменьшает первичный cemf, тем самым позволяя протекать большему току в первичной обмотке. Чем больше тока во вторичной обмотке, тем больше поле, создаваемое вторичный.Это приводит к уменьшению первичного поля; следовательно, сокращенный первичный cemf производится. Это условие допускает больший ток в Главная. Весь этот процесс будет повторяться всякий раз, когда изменение значения тока в первичной или вторичной обмотке. Трансформатор легко приспосабливается к любому нормальному изменению вторичной обмотки. нагрузка. Однако, если короткое замыкание происходит через вторичную обмотку, ненормально большое количество протекающего тока вызывает повышение первичного тока в подобным образом, что приведет к повреждению или полному перегоранию трансформатора, если он не защищен должным образом.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эффективность всего оборудования — это отношение выпуска к затратам.

КПД = выход / вход

В целом КПД трансформатора составляет около 97 процентов. Только три процента полного напряжения на вторичной обмотке теряется в результате преобразования. Падение напряжения происходит из-за потерь в сердечнике и меди.

Потери в сердечнике являются результатом гистерезиса (магнитного трения) и завихрения. токи (индуцированные токи) в железном сердечнике.

Потери в меди — это потери мощности в медном проводе обмоток. Следовательно, с учетом этих потерь,

% КПД = выходная мощность (вторичная) / потребляемая мощность (первичная) X 100

где: входная мощность = выходная мощность + потери

РЕЗЮМЕ

очень полезны для подачи точного напряжения, необходимого для сайт клиентов. Постоянный ток не может быть легко изменен с одного уровня напряжения на еще один.Настоящих трансформаторов постоянного тока не существует. AC может быть увеличен или уменьшен легко за счет электромагнитной связи катушек трансформатора. Трансформеры может использоваться для: (1) повышения напряжения; (2) понизить напряжение; или же (3) просто изолируйте первичную систему трансформатора от трансформатора. вторичная система.

ВИКТОРИНА

A. Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений.

1. Когда первичная обмотка имеет больше витков, чем вторичная, напряжение во вторичной обмотке _______

а.повысился. c. уменьшилось.

г. вдвое. d. вдвое.

2. В катушках трансформатора движение потока вызывается

а. постоянный ток. c. переезд вторичный.

г. вращающийся первичный. d. переменный ток.

3. Энергия передается от первичной катушки ко вторичной без изменение в:

а. частота. c. Текущий.

г.Напряжение. d. ампер-витки.

4. Средний КПД трансформатора

а. 79 процентов. c. 50 процентов.

г. 97 процентов. d. 100 процентов.

5. Трансформатор имеет первичную обмотку на 150 В и вторичную обмотку. обмотка рассчитана на 300 вольт. Первичная обмотка имеет 500 витков. Как много витков у вторичной обмотки?

а. 250 с. 1 000

г. 2,500 г.10 000

6. Управляющий трансформатор — это понижающий трансформатор. В сравнении с вторичная обмотка первичная обмотка

а. больше по размеру провода.

г. меньше по размеру провода.

г. того же размера, что и вторичный.

г. подключен к нагрузке.

7. Ток во вторичной обмотке

а. выше, чем ток в первичной обмотке.

г. ниже, чем ток в первичной обмотке.

г. контролирует ток во вторичной обмотке.

г. контролирует ток в первичной обмотке.

B. Решите следующие задачи:

8. Повышающий трансформатор на 110/220 В имеет 100 витков первичной обмотки. Как много витков у вторичной обмотки?

9, Трансформатор имеет 100 первичных витков и 50 вторичных витков. Электрический ток во вторичной обмотке 20 ампер.Какой ток в первичной обмотка.

10. Каков коэффициент трансформатора с вторичным напряжением 120 вольт при подключении к сети 2400 вольт?

11. Понижающий трансформатор на 7200/240 В имеет 1950 витков первичной обмотки. Определять количество витков вторичной обмотки.

12. Понижающий трансформатор на 2400/240 В имеет ток 9 ампер. в первичной обмотке и 85 ампер во вторичной обмотке. Определите эффективность трансформатора.

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Итак, что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции. Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже.Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые иначе называются катушками, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в общем случае первичная обмотка трансформатора получает переменное по своей природе напряжение. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной обмоткой, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Если цепь вторичной стороны замкнута, будет течь ток, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора — это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой объединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это необходимо для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, проходящего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь.Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, поскольку для нас важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеприведенное уравнение может быть записано как,

, где E _m = 4,44ωΦ _m = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС определяется как

ЭДС, индуцированная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как,

Среднеквадратичное напряжение вторичной обмотки составляет

, где φ _м — максимальное значение магнитного потока по Веберу. (Wb), f — частота в герцах (Гц), а E ₁ и E ₂ в вольтах.

If, B _м = максимальная плотность магнитного потока в Тесла (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратном метре (м ² )

Обмотка, имеющая большую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное напряжение на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, то есть

Отношение T ₁ / T ₂ называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, которое равно индуцированному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, область применения, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т. д.

Классификация трансформаторов на основе уровней напряжения

Это, вероятно, самая основная форма классификации, когда дело доходит до трансформаторов, независимо от того, является ли это ступенькой выше. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформатора на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмоткой обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в сети передачи, работающие при очень высоких уровнях напряжения и используемые либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь передачи или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, такой тип трансформаторов используется в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для подачи энергии в промышленность на 33 кВ или для бытовых целей на 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуемая изоляция меньше по сравнению с силовым трансформатором.

можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа.

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через некоторое время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от схем охлаждения:

Сухой трансформатор

Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является наивысшим приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

Instrument Transformer

Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах постоянного измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

Трансформаторы тока

Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

Трансформаторы потенциала

Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и колеблется от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

Могут ли трансформаторы работать при напряжениях, отличных от номинальных?

Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как будут возникать большие потери, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы указаны в кВА, так как кВт будет включать коэффициент мощности.

Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковый импеданс, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

ТРАНСФОРМАТОР: ПРИНЦИП РАБОТЫ… — Механическая информация

ТРАНСФОРМАТОР: ПРИНЦИП РАБОТЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

Трансформатор — это электрическое устройство, которое по принципам электромагнитной индукции передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой без изменения частоты. Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо повышают, либо понижают напряжение переменного тока.

Трансформаторы используются для различных нужд.Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, трансформаторы, которые можно найти на электростанции, или достаточно малы, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с зарядной подставкой для видеокамеры. Независимо от формы или размера, назначение трансформаторов остается неизменным: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

Очень простыми словами.

Трансформатор — это устройство, которое:

1. Передает электрическую мощность из одной электрической цепи в другую электрическую цепь.
2. Работает без изменения частоты.
3. Работа на электрической индукции.
4. Когда обе цепи действуют за счет взаимной индукции.
5. Не может повышать или понижать уровень постоянного напряжения или постоянного тока.
6. Может повышать или понижать уровень переменного напряжения или переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Любой трансформатор состоит из следующих трех основных частей.

1. Первичная обмотка.
Первичная катушка — это катушка, к которой подключен источник.Это может быть сторона высокого или низкого напряжения трансформатора. В первичной обмотке создается переменный поток.

2. Вторичная обмотка
Выходной сигнал снимается с вторичной обмотки. Переменный поток, создаваемый в первичной катушке, проходит через сердечник и связывается с их катушкой, и, следовательно, в этой катушке индуцируется ЭДС.

3. Магнитный сердечник
Поток, создаваемый в первичной обмотке, проходит через этот магнитный сердечник. Он состоит из ламинированного сердечника из мягкого железа. Он обеспечивает поддержку катушки, а также обеспечивает путь для потока с низким сопротивлением.

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Это основные компоненты трансформатора.

1. Сердечник
Сердечник служит опорой для обмотки трансформатора. Он также обеспечивает путь с низким сопротивлением для потока магнитного потока. Он изготовлен из ламинированного сердечника из мягкого железа, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Диаметр сердечника трансформатора прямо пропорционален потерям в меди и обратно пропорционален потерям в стали.Если диаметр сердечника уменьшается, вес стали в сердечнике уменьшается, что приводит к меньшим потерям в сердечнике трансформатора и увеличению потерь в меди. Когда диаметр сердечника увеличивается, происходит обратное.

Почему обмотки сделаны из меди?
• Медь обладает высокой проводимостью. Это сводит к минимуму потери, а также количество меди, необходимой для обмотки (объем и вес обмотки).
• Медь обладает высокой пластичностью. Это означает, что можно легко согнуть проводники в тугие обмотки вокруг сердечника трансформатора, тем самым сводя к минимуму необходимое количество меди, а также общий объем обмотки.

2. Обмотка
Два набора обмоток выполнены поверх сердечника трансформатора и изолированы друг от друга. Обмотка состоит из нескольких витков медных проводников, связанных вместе и соединенных последовательно.

Обмотку можно классифицировать двумя разными способами:
1. На основе входного и выходного питания
2. В зависимости от диапазона напряжения

В соответствии с классификацией входного / выходного питания обмотки делятся на следующие категории:
1. Первичная обмотка — Это обмотка, на которую подается входное напряжение.
2. Вторичная обмотка — это обмотка, на которую подается выходное напряжение.

В соответствии с классификацией диапазона напряжений обмотки подразделяются на следующие категории:
1. Обмотка высокого напряжения — изготовлена ​​из медного проводника. Количество сделанных витков должно быть кратно количеству витков в обмотке низкого напряжения. Используемый проводник будет тоньше, чем провод обмотки низкого напряжения. №
2. Обмотка низкого напряжения — состоит из меньшего числа витков, чем обмотка высокого напряжения.Он изготовлен из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотке низкого напряжения выше, чем в обмотке высокого напряжения.

В зависимости от мощности трансформатора обычно проектируются три типа катушек:
• Квадратная обмотка
• непрерывная
• Дисковая обмотка

Входное питание трансформаторов может подаваться от обмотки низкого (LV) или высокого (HV) напряжения на основании требования.

3. Изоляционные материалы
Изоляционная бумага и картон используются в трансформаторах для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга и от сердечника трансформатора.
Трансформаторное масло — еще один изоляционный материал. Трансформаторное масло выполняет две важные функции: помимо изолирующей, оно также может охлаждать сердечник и катушку в сборе. Сердечник и обмотка трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно в качестве трансформаторного масла используются углеводородные минеральные масла. Загрязнение масла является серьезной проблемой, поскольку загрязнение лишает масло его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изоляционной среды.

4. Трансформаторное масло
Трансформаторное масло или изоляционное масло — это масло, устойчивое при высоких температурах и обладающее отличными электроизоляционными свойствами.Он используется в масляных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, балластах люминесцентных ламп и некоторых типах высоковольтных переключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изоляции, подавлении коронного разряда и дуги, а также в качестве охлаждающей жидкости.

5. Бак расширителя
Это небольшой бак, который используется в трансформаторах большой мощности. Он подключается над основным баком трансформатора. Имеет цилиндрическую форму. Главный бак и бак расширителя соединены между собой трубой.Реле Бухгольца используется между баком расширителя и основным баком в трансформаторах мощностью более одного МВА. Бак расширителя в трансформаторе выполняет следующие функции:

• Он обеспечивает место для расширения горячего трансформаторного масла. Он также обеспечивает подачу масла в трансформатор после того, как масло остынет.
• Также используется для уменьшения окисления за счет уменьшения площади масла вокруг воздуха.
• Окисленное масло остается в баке расширителя. Зеркальная трубка также соединена с баком расширителя для считывания уровня масла в трансформаторах.Предварительно промаркированный датчик также присутствует в зеркальной трубке. Необходимо, чтобы уровень масла был охлажден до отметки манометра.

6. Сапун
Сапун контролирует уровень влажности в трансформаторе. Влага может возникнуть, когда колебания температуры вызывают расширение и сжатие изоляционного масла, что затем вызывает изменение давления внутри расширителя. Изменения давления уравновешиваются потоком атмосферного воздуха, поступающего в расширитель и выходящего из него, благодаря чему влага может попасть в систему.
Попадание в изоляционное масло влаги может повлиять на бумажную изоляцию или даже вызвать внутренние неисправности. Поэтому необходимо, чтобы воздух, поступающий в резервуар, не содержал влаги.
Сапун трансформатора представляет собой цилиндрический контейнер, заполненный силикагелем. Когда атмосферный воздух проходит через силикагель сапуна, влага воздуха поглощается кристаллами кремнезема. Сапун действует как воздушный фильтр для трансформатора и контролирует уровень влажности внутри трансформатора.Он подсоединяется к концу сапуна.

7. РПН
Выходное напряжение трансформаторов изменяется в зависимости от входного напряжения и нагрузки. В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме уменьшается, тогда как в условиях без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Чтобы уравновесить колебания напряжения, используются переключатели ответвлений. Устройства РПН могут быть либо переключателями ответвлений под нагрузкой, либо переключателями ответвлений без нагрузки. В устройстве РПН ответвления можно изменять без отключения трансформатора от источника питания.В устройстве РПН это делается после отключения трансформатора. Также доступны автоматические переключатели ответвлений.
Переключатель ответвлений используется для регулирования вторичного напряжения в случае низкого напряжения на первичной стороне трансформатора. Используются переключатели двух типов:
1. Переключатель холостого хода: используется для изменения соотношения напряжений обмотки. Переключатель ответвлений подключен к высоковольтной стороне трансформатора. Как следует из названия, переключатель РПН без нагрузки используется только при выключенном трансформаторе.
2. Переключатель нагрузки: переключатель РПН может использоваться с трансформатором под нагрузкой.

8. Охлаждающие трубки
Охлаждающие трубки используются для охлаждения трансформаторного масла. Трансформаторное масло циркулирует по охлаждающим трубкам. Циркуляция масла может быть естественной или принудительной. При естественной циркуляции, когда температура масла повышается, горячее масло естественным образом поднимается вверх, а холодное опускается вниз. Таким образом, масло естественным образом циркулирует по трубкам. При принудительной циркуляции для циркуляции масла используется внешний насос.

9. Реле Бухгольца
Реле Бухгольца представляет собой контейнер защитного устройства, размещенный над соединительной трубой от основного резервуара к резервуару расширителя. Он используется для определения неисправностей, возникающих внутри трансформатора. Это простое реле, которое приводится в действие газами, выделяющимися при разложении трансформаторного масла при внутренних неисправностях. Это помогает обнаруживать и защищать трансформатор от внутренних неисправностей.

10. Взрывоотводчик
Взрывоотводчик используется для удаления кипящего масла из трансформатора во время серьезных внутренних повреждений, чтобы избежать взрыва трансформатора.При серьезных неисправностях масло вылетает из вентиляционного отверстия. Уровень взрывного устройства обычно поддерживается выше уровня резервуара зимнего сада.

11. Радиатор:
В трансформаторах мощностью 50 кВА, расположенных выше, радиаторы используются с основным баком трансформатора для охлаждения. Это как трубы или трубки. Увеличивает площадь поверхности трансформатора. Радиатор делает охлаждение трансформатора более эффективным. Этот способ охлаждения получил название ОНАН (масло натуральное воздушное натуральное).

12. Вентиляторы охлаждения:
В трансформаторах мощностью 26 МВА и выше вентиляторы охлаждения также используются на радиаторе.Датчик температуры масла подает сигнал на включение или выключение охлаждающих вентиляторов. Когда температура становится выше 75º, датчик температуры масла включает охлаждающие вентиляторы. Этот способ охлаждения получил название ОНАФ (масляное естественное и воздушно-принудительное).

13. Масляные насосы:
В трансформаторах мощностью 26 МВА масляные насосы также используются вместе с охлаждающими вентиляторами и радиаторными масляными насосами, используемыми для вращения масла в трансформаторе. Этот метод охлаждения называется OFAF (масляное и воздушное).

14. Масломер:
Масломер используется для измерения масла в трансформаторе.Показывает уровень масла. Масломер обычно циферблатного типа. Указатель на циферблатном индикаторе, используемый для измерения уровня масла. Он используется с трансформаторами среднего и высокого напряжения.

15. Втулки:
Втулки используются для вывода клемм обмоток из резервуара, а также для изоляции. Например, фарфоровые, маслонаполненные вводы и вводы конденсаторного типа. Рупоры дуги также соединены с вводами для защиты от молнии. В трансформаторе напряжением выше 34 кВ используются полностью герметичные вводы конденсаторного типа.В трансформаторах мощностью менее 25 кВ используются плоские вводы.

16. Термометр:
Термометр также используется в трансформаторах мощностью более 50 кВА. Он используется для измерения температуры масла. В трансформаторах большой мощности внутри обмоток также используется термометр, который измеряет температуру обмоток. При повышении температуры до опасного уровня включается сигнал тревоги.

КАК РАБОТАЮТ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Важно помнить, что трансформаторы не вырабатывают электроэнергию; они передают электроэнергию из одной цепи переменного тока в другую с помощью магнитной связи.Сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути магнитного потока, генерируемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, которые также известны как катушки.
Основной трансформатор состоит из четырех первичных частей. Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

* Входные соединения — Входная сторона трансформатора называется первичной стороной, потому что основная электрическая мощность, которую необходимо изменить, подключается в этой точке.

* Выходные соединения — Выходная или вторичная сторона трансформатора — это то место, где электрическая мощность передается на нагрузку. В зависимости от требований нагрузки поступающая электрическая мощность либо увеличивается, либо уменьшается.

* Обмотка — трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. Первичная обмотка — это катушка, которая потребляет энергию от источника. Вторичная обмотка — это катушка, которая передает энергию преобразованного или измененного напряжения на нагрузку.Обычно эти две катушки делятся на несколько катушек, чтобы уменьшить создание магнитного потока.

* Сердечник — сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути магнитного потока, генерируемого в трансформаторе. Сердечник, как правило, представляет собой не сплошной стальной стержень, а конструкцию из множества тонких ламинированных стальных листов или слоев. Эта конструкция используется для устранения и уменьшения нагрева.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток.По мере протекания тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке создается переменное напряжение.

Соотношение между количеством фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками.
Выходное напряжение трансформатора выше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной.Выходное напряжение повышается и считается «повышающим трансформатором». Если у вторичной обмотки меньше витков, чем у первичной, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Короче говоря, трансформатор выполняет следующие операции:
1. Передача электроэнергии из одной цепи в другую.
2. Передача электроэнергии без изменения частоты.
3. Передача по принципу электромагнитной индукции.
4. Две электрические цепи связаны взаимной индукцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Идеальный трансформатор характеризуется следующими характеристиками:

1. Отсутствует утечка потока, что означает, что потоки, связанные с первичным и вторичным токами, ограничены внутри сердечника.
2. Первичная и вторичная обмотки не имеют сопротивлений, что означает, что приложенное напряжение (напряжение источника) v1 такое же, как наведенное первичное напряжение e1; то есть v1 = e1. Аналогично v2 = e2.
3. Магнитопровод имеет бесконечную проницаемость, что означает, что сопротивление сердечника равно нулю.Следовательно, для создания магнитного потока требуется очень небольшое количество тока.
4. Магнитопровод без потерь, что означает, что гистерезис, а также потери на вихревые токи незначительны.

КОНФИГУРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.
• Однофазное питание — Однофазные трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования воздуха и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичную и вторичную обмотки сделать из двух равных частей.Затем две части любой обмотки можно повторно соединить последовательно или параллельно.

• Трехфазное питание — Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которых используется набор из трех однофазных трансформаторов, или через трехфазный трансформатор. Когда на преобразование трехфазной мощности требуется значительная мощность, более экономично использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника позволяет сэкономить много железа.

• Определены треугольник и звезда — существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. Дельта и звезда — это греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводов трансформаторов. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, что означает, что они соединены в одной общей точке.

• Трехфазные трансформаторы — Трехфазные трансформаторы имеют шесть обмоток; три основных и три средних.Шесть обмоток соединены производителем как треугольник, так и звезда. Как указывалось ранее, каждая из первичных и вторичных обмоток может быть соединена треугольником или звездой. Их не обязательно подключать в одной конфигурации к одному трансформатору. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы можно классифицировать по разным признакам, например по типам конструкции, типам охлаждения и т. Д.

(A) НА ОСНОВЕ КОНСТРУКЦИИ

1. Трансформатор с сердечником
Он имеет одну магнитную цепь. Сердцевина прямоугольная, имеющая две ветви. Обмотка охватывает сердечник. Используются катушки цилиндрического типа. Как упоминалось ранее, катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга бумагой или слюдой. Обе катушки размещены на обеих конечностях. Катушка низкого напряжения расположена внутри рядом с сердечником, а катушка высокого напряжения окружает катушку низкого напряжения.Сердечник состоит из большого количества тонких пластин. Поскольку обмотки равномерно распределены по двум ветвям, естественное охлаждение более эффективно. Катушки можно легко снять, сняв ламинат верхнего ярма для обслуживания.

2. Трансформатор корпусного типа
Имеет двойную магнитную цепь. Ядро имеет три конечности. Обе обмотки размещены на центральном плече. Сердечник охватывает большую часть обмоток. Используемые змеевики обычно представляют собой многослойные дисковые или многослойные змеевики.Как упоминалось ранее, каждая катушка высокого напряжения находится в точке
между катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярм. Сердечник ламинированный. При укладке слоев сердечника следите за тем, чтобы все стыки на чередующихся слоях были расположены в шахматном порядке, чтобы избежать узкого воздушного зазора в стыке прямо через поперечное сечение сердечника. Такие швы называются швами внахлест или черепицей. Обычно для трансформаторов очень высокого напряжения предпочтительна корпусная конструкция.Поскольку обмотки окружены сердечником, естественного охлаждения не существует. Для снятия любой обмотки для обслуживания необходимо удалить большое количество накладок.

(3) Трансформатор ягодного типа
Сердечник похож на спицы колеса. Для размещения этого типа трансформатора используются плотно подогнанные резервуары из листового металла с заполненным внутри трансформаторным маслом.

(B) НА ОСНОВЕ НАЗНАЧЕНИЯ

1. Повышающий трансформатор: напряжение увеличивается (с последующим уменьшением тока) на вторичной обмотке.
2. Понижающий трансформатор: напряжение уменьшается (с последующим увеличением тока) на вторичной обмотке.

(C) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. Силовой трансформатор: Используется в сети передачи, высокий рейтинг
2. Распределительный трансформатор: Используется в распределительной сети, сравнительно более низкий номинал, чем у силовых трансформаторов.
3. Измерительный трансформатор: Используется для реле и защиты в различных приборах в промышленности
* Трансформатор тока (CT)
* Трансформатор потенциала (PT)

(D) НА ОСНОВЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

1.Самоохлаждающийся тип с масляным заполнением
В масляном типе с самоохлаждением используются распределительные трансформаторы малых и средних размеров. Собранные обмотки и сердечник таких трансформаторов устанавливаются в сварные маслонепроницаемые стальные резервуары, снабженные стальной крышкой. Резервуар заполняется очищенным высококачественным изоляционным маслом, как только сердечник возвращается на свое место. Масло помогает передавать тепло от сердечника и обмоток к корпусу, откуда оно излучается в окружающую среду.
Для трансформаторов меньшего размера резервуары обычно имеют гладкую поверхность, но для трансформаторов больших размеров требуется большая площадь теплового излучения, и это тоже без нарушения кубической емкости резервуара.Это достигается частым рифлением корпусов. Еще более крупные размеры снабжены радиацией или трубами.

2. Тип
с водяным охлаждением, заполненным маслом. Этот тип используется для гораздо более экономичного строительства больших трансформаторов, поскольку описанный выше метод с самоохлаждением очень дорог. Здесь используется тот же метод — обмотки и сердечник погружаются в масло. Единственное отличие состоит в том, что рядом с поверхностью масла установлен охлаждающий змеевик, по которому циркулирует холодная вода.Эта вода уносит тепло от устройства. Эта конструкция обычно реализуется на трансформаторах, которые используются в высоковольтных линиях электропередачи. Самым большим преимуществом такой конструкции является то, что для таких трансформаторов не требуется другого корпуса, кроме собственного. Это значительно снижает затраты. Еще одним преимуществом является то, что техническое обслуживание и осмотр этого типа требуется только один или два раза в год.

3. Воздухораспределитель Тип
Этот тип используется для трансформаторов, которые используют напряжение ниже 25 000 вольт.Трансформатор помещен в коробку из тонкого листового металла, открытую с обоих концов, через которую воздух продувается снизу вверх.

(E) НА ОСНОВЕ ОБМОТКИ

1. Двухобмоточный трансформатор
Двухобмоточный трансформатор — это трансформатор, в котором две обмотки связаны общим изменяющимся во времени магнитным потоком. Одна из этих обмоток, известная как первичная, получает питание при заданном напряжении от источника; другая обмотка, известная как вторичная, подает питание на нагрузку, обычно с напряжением, отличным от напряжения источника.Роли первичной и вторичной обмоток можно поменять местами. Однако в трансформаторах с железным сердечником данная обмотка должна работать при напряжении, не превышающем ее номинальное значение при номинальной частоте, иначе возбуждающий ток станет чрезмерным.

2. Автотрансформатор
Автотрансформатор — это особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, имеющей ответвления с одной стороны, чтобы обеспечить либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником.Обмотки автотрансформатора электрически и магнитно связаны между собой.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Наиболее важные области применения и применения трансформатора:
• Он может повышать или понижать уровень напряжения или тока (когда напряжение увеличивается, ток уменьшается, и наоборот, потому что P = V x I , и мощность такая же) в цепи переменного тока.
• Может увеличивать или уменьшать значение конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепи переменного тока. Таким образом, он может действовать как устройство передачи импеданса.
• Его можно использовать для предотвращения передачи постоянного тока от одной цепи к другой.
• Трансформатор, используемый для согласования импеданса.
• Трансформатор, используемый для электрической развязки двух цепей.
• Трансформатор, используемый в вольтметре, амперметре, защитном реле и т. Д.
• Трансформатор, используемый в выпрямителе.
• Он используется в регуляторах напряжения, стабилизаторах напряжения, источниках питания и т. Д.

Трансформатор является основной причиной передачи и распределения мощности переменного тока вместо постоянного, потому что трансформатор не работает на постоянном токе, поэтому слишком сложно передавать мощность в постоянный ток. .при переходе и распределении постоянного тока уровень напряжения повышается с помощью понижающего и повышающего преобразователя, но это слишком дорого и нецелесообразно с экономической точки зрения. Основное применение трансформатора — повышение (увеличение) или понижение (уменьшение) уровня напряжения. Другими словами, увеличить или снизить уровень тока, в то время как мощность должна быть такой же.

Другое применение и применение трансформатора:

Он увеличивает уровень напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением. №
на стороне распределения, для коммерческого или бытового использования электроэнергии, трансформатор понижает (понижает) уровень напряжения, например, с 11 кВ до 220 В однофазный и 440 В трехфазный.
Трансформатор тока и трансформатор напряжения также используются в энергосистемах и в промышленности. Также он используется для согласования импеданса. Итак, это были простые способы использования трансформатора.

| ATO.com

Управляющий трансформатор — это небольшой трансформатор сухого типа, который в основном используется для изменения напряжения переменного тока. Он намотан железным сердечником и катушкой. Он может изменять не только напряжение переменного тока, но и импеданс.Если расчетная мощность не превышена, ток также можно изменить. В разных средах трансформатор также может применяться по-разному. Как правило, он используется в качестве источника контрольного освещения и светового индикатора для электрических приборов в станках и механическом оборудовании.

Управляющий трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. Трансформатор имеет два набора катушек: первичную и вторичную. Вторичная обмотка находится за пределами первичной обмотки.Когда к первичной катушке подается переменный ток, железный сердечник трансформатора генерирует переменное магнитное поле, а затем вторичная катушка генерирует индуцированную электродвижущую силу. Первичная обмотка и вторичная обмотка обычно покрыты железным сердечником, так что они могут быть связаны друг с другом посредством магнитных цепей и связи цепей, так что энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке. Условно говоря, к основным функциям более сложного оборудования относятся: предотвращение поражения рабочих электрическим током, предотвращение помех и получение соответствующего напряжения.Принцип его работы следующий:

Из рисунка видно, что U1 — это положительно выбранное переменное напряжение. Когда он нагружен с обеих сторон первичной обмотки, в проводе будет генерироваться переменный ток I1 и переменный магнитный поток. Переменный магнитный поток может проходить через первичную катушку и вторичную катушку вдоль железного сердечника, тем самым обеспечивая замкнутую магнитную цепь. Потенциал взаимной индукции U2 индуцируется во вторичной катушке, и в то же время ① самоиндуцированный потенциал также индуцируется в первичной катушке, то есть E1, который противоположен направлению приложенного напряжения, поэтому он будет ограничивать значение l1.Если требуется поддерживать существование, это требует потребления энергии. Кроме того, трансформатор имеет потери. Если вторичный ток не подключен к нагрузке, но катушка все еще имеет ток, это именно тот ток холостого хода, о котором мы говорили.

Затем, если вторичная катушка подключена к нагрузке, в катушке будет генерироваться ток l2, и в это время будет генерироваться магнитный поток ②, который противоположен направлению движения бывшей, и также играет противодействующая роль.Кроме того, общий магнитный поток в сердечнике уменьшается, напряжение самоиндукции E1 также уменьшается, l1 увеличивается, поэтому можно сделать вывод, что первичный ток и вторичная нагрузка тесно связаны. Если ток вторичной нагрузки увеличивается, l1 увеличится, и также увеличится, тогда ① увеличенная часть может быть просто компенсирована на ②, при этом общее магнитное количество сердечника останется неизменным.

Управляющий трансформатор должен медленно повышаться во время использования. При этом запрещается перемещение управляющего трансформатора во время работы.Следует отметить, что конструкция управляющего трансформатора ограничивает его работоспособность в течение длительного времени, и он может поддерживать работу только на короткое время. Если управляющий трансформатор эксплуатируется в течение длительного времени, трансформатор перегорит из-за выделяемого чрезмерного тепла.

Управляющий трансформатор может также использоваться в химической промышленности в качестве выпрямительного трансформатора.