Всего комментариев: 0

Трансформатор — урок.

В цепи переменного тока возможно изменять в широком диапазоне напряжение.

Достигается это посредством несложного устройства — трансформатора, созданного в \(1876\) году русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым. 

Трансформатор — устройство, осуществляющее повышение и понижение напряжения переменного тока при неизменной частоте и незначительных потерях мощности.

Простейший трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода и замкнутого стального сердечника, проходящего сквозь обе катушки. Катушки изолированы друг от друга и от сердечника. Одна из катушек, называемая первичной, включается в сеть переменного тока. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле первичной катушки — переменное и меняется с той же частотой, что и ток в первичной катушке. Переменный ток в первой катушке создаёт в стальном сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле пронизывает другую катушку, называемую вторичной, и создаёт в ней переменный индукционный ток.

Допустим, что первичная катушка имеет w1 витков, и по ней проходит переменный ток при напряжении U1. Вторичная обмотка имеет w2 витков, и в ней индуцируется переменный ток при напряжении U2.

Опыт показывает, что во сколько раз число витков вторичной катушки больше (или меньше) числа витков на первичной катушке, во столько же раз напряжение на вторичной катушке больше (или меньше) напряжения на первичной катушке:

U2U1=w2w1=k.

Величина \(k\) называется коэффициентом трансформации. Коэффициент равен отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков в первичной обмотке.

Во сколько раз увеличивается напряжение на вторичной обмотке трансформатора, примерно во столько же раз уменьшается в ней сила тока при работе нагруженного трансформатора.

В результате мощность тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора почти одинакова, поэтому коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора близок к единице. КПД у мощных трансформаторов достигает \(99,5\) %.

Руководство по эксплуатации ОЛС(П)-СВЭЛ. Тех.документация Группа СВЭЛ.

3 Описание и работа трансформаторов 

3.1 Назначение трансформаторов

Трансформаторы служат для питания цепей собственных пунктов секционирования и автоматического включения резерва (АВР). 
Трансформаторы изготавливаются на напряжение 6 – 10 кВ и предназначены для установки в комплектные распределительные устройства (КРУ) внутренней установки или другие закрытые распределительные устройства (ЗРУ). 
Трансформаторы имеют климатическое исполнение «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ 15150 и предназначены для эксплуатации в следующих условиях: 

• высота установки над уровнем моря — не более 1000 м; 
• верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха, с учетом перегрева воздуха внутри КРУ при нагрузке трансформаторов предельной мощностью, 55 С;
• нижнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации – минус 60 С;
• относительная влажность воздуха не более 100 % при 25 С;
• давление воздуха – согласно ГОСТ 15543. 1;
• окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих покрытия, металлы и изоляцию. Атмосфера типа II по ГОСТ 15150;
• отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации;
• рабочее положение трансформаторов в пространстве — любое;

3.2 Технические характеристики

3.

Трансформаторы являются однофазными двухобмоточными с незаземляемыми выводами высоковольтной обмотки. 
Магнитопровод стержневого типа, намотан из электротехнической стали, разрезной. Обмотки расположены на магнитопроводе концентрически. 
Первичная обмотка защищена экраном, повышающим электрическую прочность трансформаторов при воздействии грозовых импульсов напряжения. 
Обмотки с магнитопроводом залиты изоляционным компаундом, создающим монолитный блок, который обеспечивает электрическую прочность изоляции и защиту обмоток от проникновения влаги и механических повреждений. 
В центре верхней части трансформаторов расположены высоковольтные выводы «А» и «Х» первичной обмотки. 
Выводы вторичной обмотки расположены на клеммнике в передней торцевой части внизу, а вывод заземления «⏚» – с задней торцевой части.  
На опорной поверхности трансформаторов расположены четыре втулки с резьбой М10, предназначенные для крепления трансформаторов к плите или на месте установки.  
Габаритные, установочные, присоединительные размеры, масса и принципиальная электрическая схема трансформаторов приведены в приложении А. 

3.4 Маркировка

Маркировка выводов первичной и вторичной, а также знака заземления трансформаторов расположена на литом блоке и выполнена при заливке трансформаторов. 
Выводы имеют следующую маркировку: 

• высоковольтные выводы первичной обмотки — «А» и «Х»;
• выводы вторичной обмотки — «а₁», «а₂», «а₃», «а₄», «х»;
• вывод заземления — «⏚» (с тыльной стороны трансформатора). 

Электрический трансформатор. Основное оборудование электрических станций и подстанций.

Основное оборудование электрических станций и подстанций

Трансформатор

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т.д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П.Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Основные части конструкции трансформатора

Основными частями конструкции трансформатора являются:

• магнитопровод
• обмотки
• каркас для обмоток
• изоляция
• система охлаждения
• прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

• Стержневой
• Броневой
• Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надежность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода

Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т. н. «потери в стали»).

Режим нагрузки

Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенными источником в первичной и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. В вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

Режим короткого замыкания

Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Режим холостого хода

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, равен переменному току намагничивания, нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала, трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подаётся переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим нагрузки

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Силовой трансформатор постоянного тока используется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».

Автотрансформатор

Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.

Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку (отличие от шунтовых схем измерения тока). Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала! Поэтому по правилам технической эксплуатации необходимо неиспользуемые вторичные обмотки закорачивать, а все вторичные обмотки трансформаторов тока подлежат заземлению.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

История создания трансформаторов

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г.Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. В 1885г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50%, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.

Что такое трансформатор

Что такое трансформатор

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока. Такое определение трансформатору дает ГОСТ 16110-82.

Трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку для различных нужд в областях  электроэнергетики, электроники и радиотехники.

Конструктивно трансформатор состоит из одной, как в автотрансформаторах, или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), намотанных, обычно, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала, охватываемых при этом общим магнитным потоком.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора строится на двух базовых принципах:

• Электромагнетизм — изменяющийся  во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле;


• Электромагнитная индукция — изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт электродвижущую силу (ЭДС) в этой обмотке.

Практически все современные трансформаторы работают по одному и тому же принципу. На одну из обмоток, которую называют первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. Под действием электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, включая первичную, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону относительно магнитного потока.

Некоторые трансформаторы, работающие на высоких или сверхвысоких частотах,  не имеют магнитопровода.

Трансформаторы, как электромагнитныеустройства, имеют несколько режимов работы:

• Режим холостого хода. Этот режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. При помощи холостого хода определяют КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.


• Нагрузочный режим. Данный режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Этот режим — основной рабочий для трансформатора.


• Режим короткого замыкания. Такой режим получается как результат замыкания вторичной цепи накоротко. С помощью этого режима определяют потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Тип трансформатора определяется при помощи коэффициента трансформации, значение которого рассчитывается как отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

k = N₁/N₂

При k >1 трансформатор будет понижающим, а при k < 1 повышающим.

ООО «ТД «Автоматика» уже более 10 лет поставляет трансформаторы различных типов предприятиям электроэнергетики и промышленности. Наша компания имеет партнерские отношения с большинством производителей трансформаторов и может предложить своим клиентам данные изделия по привлекательным ценам. Мы поможем вам правильно подобрать трансформатор, в полном соответствии с требованиями технической и проектной документации. Каталог трансформаторов постоянно обновляется. Кроме данного сайта, у нас имеется тематический сайт по трансформаторному оборудованию.

Параллельная работа трансформаторов | БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

1. Равенство первичных и вторичных напряжений, включаемых на параллельную работу трансформаторов, т. е. равенство коэффициентов трансформации:

Следует помнить, что второе условие включает в себя обязательное соблюдение порядка чередования фаз при подключении вторичных и первичных обмоток. Любое нарушение этого порядка ведет к изменению группы соединения трансформатора.

Нарушение третьего условия приводит к неравномерной загрузке трансформаторов. В большей степени загружается трансформатор, имеющий меньшее напряжение короткого замыкания.

При параллельной работе трансформаторов допускаются различие в коэффициентах трансформации в пределах не более 0,5% их среднего значения и отклонение напряжений короткого замыкания в пределах ±10%.

⇒ВНИМАНИЕ⇐

• Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
• Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
• Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
• Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Основные операции трансформатора

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Принцип работы трансформатора.
• • Передаточное число.
• • Коэффициент мощности.
• • Коэффициент трансформации.
• • Потери в трансформаторе: медь, гистерезис и вихревые токи.
• • КПД трансформатора и ток холостого хода.

Трансформаторы.

Трансформатор использует принципы электромагнетизма для переключения одного уровня переменного напряжения на другой. Работа Фарадея в 19 веке показала, что изменяющийся ток в проводнике (например, первичной обмотке трансформатора) создает изменяющееся магнитное поле вокруг проводника. Если в это изменяющееся магнитное поле поместить другой проводник (вторичная обмотка), в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Передаточное число.

Фарадей также рассчитал, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, будет иметь величину, которая зависит от ОТНОШЕНИЯ ОБОРОТОВ трансформатора. т.е. если вторичная обмотка имеет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет вдвое меньше напряжения на первичной обмотке. Аналогичным образом, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше первичного напряжения.

Коэффициент мощности.

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом (у него нет внешнего источника питания), он не может выдавать больше мощности из вторичной обмотки, чем подается на первичную обмотку. Следовательно, если вторичное напряжение больше, чем первичное напряжение на определенную величину, вторичный ток будет меньше первичного тока на аналогичную величину, то есть, если напряжение увеличится вдвое, ток будет уменьшен вдвое.

Рис. 11.1.1 Основные операции трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Basic может быть описана двумя формулами, связывающими коэффициент трансформации с числом витков обмоток трансформатора.

• В _P = первичное напряжение.
• I _P = первичный ток.
• В _S = вторичное напряжение.
• I _S = вторичный ток.
• N _P = количество витков первичной обмотки.
• N _S = количество витков вторичной обмотки.

Потери трансформатора.

Формулы на рис. 11.1.1 относятся к идеальному трансформатору, то есть трансформатору без потерь мощности, в котором первичный вольт-ампер = вторичный вольт-ампер.

Хотя практические трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными, некоторые потери будут происходить из-за того, что не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет связываться со вторичной обмоткой. Потери мощности, возникающие в трансформаторе, бывают трех типов;

1.Медные потери.

Эти потери также можно назвать потерями в обмотке или потерями I2R, поскольку они могут возникать в обмотках, сделанных не из меди, а из других металлов. Потери проявляются в виде тепла, выделяемого в обмотках (медных) проводов, поскольку они рассеивают мощность из-за сопротивления провода.

Потери мощности в обмотке трансформатора можно рассчитать, используя ток в обмотке и ее сопротивление в формуле для мощности P = I ² R. Эта формула является причиной того, что потери в меди иногда называют I ² R убытки.Чтобы свести к минимуму потери, сопротивление обмотки должно быть низким с использованием провода подходящей площади сечения и низкого удельного сопротивления.

2. Гистерезисные потери.

Каждый раз, когда переменный ток меняет направление на противоположное (один раз в каждом цикле), крошечные «магнитные домены» в материале сердечника меняются местами. Это физические изменения в основном материале, отнимающие некоторую энергию. Количество используемой энергии зависит от «сопротивления» материала сердечника; в больших сердечниках силовых трансформаторов, где потери на гистерезис могут быть проблемой, они в значительной степени решаются за счет использования специальной стали с низким сопротивлением «ориентированной зернистостью» в качестве материала сердечника.

3. Вихретоковые потери.

Поскольку железный или стальной сердечник является электрическим проводником, а также магнитной цепью, изменяющийся ток в первичной обмотке будет иметь тенденцию создавать ЭДС внутри сердечника, а также во вторичной обмотке. Токи, индуцируемые в сердечнике, будут противодействовать изменениям магнитного поля, происходящим в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть как можно меньше. Это достигается разделением металлического сердечника на тонкие листы или «пластинки», каждый из которых изолирован друг от друга изолирующим слоем лака или оксида.Ламинированные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не влияя на магнитные свойства сердечника.

Ферритовые сердечники.

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревые токи уменьшаются за счет использования сердечника из керамического материала, содержащего большую долю мельчайших металлических частиц, железной пыли или марганцево-цинкового сплава. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, давая аналогичный эффект ламинатам и лучше работая на высоких частотах.

Благодаря способам снижения потерь, описанным выше, практические трансформаторы по своим характеристикам близки к идеальным.В мощных силовых трансформаторах может быть достигнут КПД около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно предположить, что трансформатор является «идеальным», если не указаны его потери. Фактические вторичные напряжения в практическом трансформаторе будут лишь немного меньше, чем рассчитанные с использованием теоретического коэффициента трансформации.

Ток выключения.

Поскольку трансформатор работает почти идеально, мощность как в первичной, так и во вторичной обмотках одинакова, поэтому, когда на вторичную обмотку не подается нагрузка, вторичный ток не течет, а мощность во вторичной обмотке равна нулю (V x I = 0).Следовательно, несмотря на то, что к первичной обмотке приложено напряжение, ток не будет течь, поскольку мощность в первичной обмотке также должна быть равна нулю. В практических трансформаторах «ток холостого хода» в первичной обмотке на самом деле очень низкий.

Вольт на оборот.

Трансформатор с первичной обмоткой на 1000 витков и вторичной обмоткой на 100 витков имеет соотношение витков 1000: 100 или 10: 1. Следовательно, 100 вольт, приложенное к первичной обмотке, создаст вторичное напряжение 10 вольт.

Другой способ измерения напряжения трансформатора — вольт / виток; если 100 В, приложенные к 1000 витков первичной обмотки, дают 100/1000 = 0.1 вольт на виток, тогда каждый отдельный виток 100-витковой вторичной обмотки будет производить 0,1 В, поэтому общее вторичное напряжение будет 100 × 0,1 В = 10 В.

Тот же метод можно использовать для определения значений напряжения, возникающего на отдельных ответвлениях автотрансформатора, если известно количество витков на ответвление.

Просто разделите общее напряжение всей обмотки на общее количество витков и умножьте этот результат на количество витков в конкретном ответвлении.

Основные операции трансформатора

В основном трансформатор состоит из:

• Первичная катушка или обмотка.
• Вторичная катушка или обмотка.
• Сердечник, поддерживающий катушки или обмотки.

Обратитесь к схеме трансформатора на рисунке 5-1, читая следующее объяснение: Первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения 60 Гц. Магнитное поле (поток) нарастает (расширяется) и сжимается (сжимается) вокруг первичной обмотки. В расширяющееся и сжимающееся магнитное поле вокруг первичной обмотки разрезает вторичную обмотка и индуцирует переменное напряжение в обмотке.Это напряжение вызывает переменный ток протекает через нагрузку. Напряжение может повышаться или понижаться. в зависимости от конструкции первичной и вторичной обмоток.

Рисунок 5-1. — Основное действие трансформатора.

Q.2 Каковы три основные части трансформатора?

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Две катушки проволоки (называемые обмотками) намотаны на материал сердечника определенного типа.В некоторых В корпусах катушки с проволокой наматываются на картон цилиндрической или прямоугольной формы. В В результате материал сердечника — воздух, а трансформатор — ТРАНСФОРМАТОР ВОЗДУШНОГО СЕРДЦА. Для трансформаторов, используемых на низких частотах, таких как 60 Гц и 400 Гц, требуется сердечник магнитный материал с низким сопротивлением, обычно железо. Этот тип трансформатора называется ЖЕЛЕЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР. Большинство силовых трансформаторов имеют железный сердечник. Принцип части трансформатора и их функции:

• CORE, который обеспечивает путь для магнитных линий потока.
• ПЕРВИЧНАЯ ОБМОТКА, которая получает энергию от источника переменного тока.
• ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКА, которая получает энергию от первичной обмотки и передает ее Загрузка.
• КОРПУС, который защищает вышеуказанные компоненты от грязи, влаги и механических повреждений. повреждать.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Ограничения по размеру и стоимость строительства также являются факторами, которые следует учитывать. Обычно используемые материалы сердечника — воздух, мягкое железо и сталь. Каждый из этих материалов подходит для определенных приложений и не подходит для других.Как правило, с воздушным сердечником трансформаторы используются, когда источник напряжения имеет высокую частоту (выше 20 кГц). Трансформаторы с железным сердечником обычно используются при низкой частоте источника (ниже 20 кГц). А трансформатор с мягким железным сердечником очень полезен там, где трансформатор должен быть физически маленьким, но эффективный. Трансформатор с железным сердечником обеспечивает лучшую передачу мощности, чем трансформатор с воздушным сердечником. Трансформатор, сердечник которого изготовлен из многослойных стальных листов. легко рассеивает тепло; таким образом, он обеспечивает эффективную передачу энергии.В большинство трансформаторов, которые вы встретите в оборудовании ВМФ, содержат ламинированную сталь. ядра. Эти стальные листы (см. Рисунок 5-2) изолированы непроводящим материал, такой как лак, а затем сформирован в сердечник. Требуется около 50 таких ламелей. сделать сердцевину толщиной в дюйм. Назначение пластин — уменьшить определенные потери. который будет обсуждаться позже в этой главе. Важно помнить, что самый эффективный сердечник трансформатора — это тот, который предлагает лучший путь для большинства линий поток с наименьшими потерями магнитной и электрической энергии.

Рисунок 5-2. — Пустотная конструкция.

Q.3 Какие три материала обычно используются в качестве сердечника трансформатора?

Что такое трансформатор? Обсудить работу трансформатора? Объясните потери энергии в трансформаторе

Что такое трансформатор? Обсудите работу трансформатора, дав необходимую теорию. Укажите различные причины потери мощности в трансформаторе и метод минимизации этих потерь.

Трансформатор — это пассивный компонент, который передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой или нескольким схемам. Переменный ток в любой катушке трансформатора создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует переменную электродвижущую силу на любых других катушках, намотанных вокруг того же сердечника. Электрическая энергия может передаваться между отдельными катушками без металлического (проводящего) соединения между двумя цепями. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывает эффект наведенного напряжения в любой катушке из-за изменения магнитного потока, окружающего катушку.

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов можно классифицировать на основе различных критериев, таких как функция, сердечник и т. Д.

Классификация по функциям:

1. Повышающий трансформатор

2. Шаг — Понижающий трансформатор

Повышающий трансформатор

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. Тип трансформатора, в котором первичное напряжение катушки больше, чем вторичное, 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.

ОТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ = (Vp / Vs) = (Np / Ns)

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

Классификация по сердечнику

1. Тип сердечника

2. Тип оболочки

Тип сердечника Трансформатор

В этом типе трансформатора обмотки относятся к значительной части цепи в сердечнике тип трансформатора. Используются катушки фасонно-намотанные и цилиндрические на сердечнике. Имеет одиночный магнитопровод.

В трансформаторе с сердечником катушки намотаны спиральными слоями с различными слоями, изолированными 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 оболочковом типе.

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 размещения 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. Тип диска

По применению трансформатор может быть трех типов

1. Силовой трансформатор
2. Распределительный трансформатор
3. Инструментальный трансформатор

Инструментальный трансформатор можно разделить на два типа:

Работа трансформатора

Давайте теперь перейдем к нашему основному требованию: 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 типов проводящих катушек, таких как первичная обмотка и вторичная обмотка.

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

Между двумя катушками нет электрического соединения; 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.

• Где
  e индуцированная 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 катушка присоединена к нагрузке, которая позволяет току течь в цепи, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную цепь .

В идеале трансформатор совершенно работоспособен; 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, то ток уменьшается во столько же раз.Импеданс в одной цепи преобразуется в квадрат отношения витков.

Например, если полное сопротивление Zs приложено к клеммам вторичной катушки, для первичной цепи оно будет иметь полное сопротивление (Np / Ns) 2 Zs. Это соотношение является обратным, так что импеданс Zp первичной цепи кажется вторичным равным (Ns / Np) 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.

Причины потери мощности в трансформаторе

Хотя трансформаторы являются очень компетентными устройствами, по какой-то причине в них случаются небольшие потери энергии.

(1) Гистерезисные потери

Повторяющееся намагничивание и размагничивание железного сердечника, вызванное переменным входным током, вызывает потерю энергии, называемую гистерезисными потерями. Повторяющийся процесс намагничивания сердечника расходует энергию, и эта энергия проявляется в виде тепла. Эти потери можно минимизировать, используя сердечник из материала, имеющего наименьшие гистерезисные потери.Вырабатываемое тепло может быть сведено к минимуму за счет использования магнитного материала, который имеет низкие гистерезисные потери. Такие сплавы, как муметалл и кремнистая сталь, используются для уменьшения потерь на гистерезис.

(2) Потери в меди

Ток, протекающий через первичную и вторичную обмотки, приводит к эффекту джоулева нагрева. Следовательно, некоторая энергия теряется в виде тепла. Чтобы свести к минимуму эти потери, используются толстые провода со значительно низким сопротивлением.

(3) Потери на вихревые токи (потери в железе)

Наведенные токи циркулируют в сердечнике и вызывают его резистивный нагрев.Изменяющийся магнитный поток создает в сердечнике вихревой ток. Это приводит к потере энергии в виде тепла. Эти потери сводятся к минимуму за счет использования многослойного сердечника из сплава стали. Вихревые токи вызывают потерю тепла. Однако теплопотери можно уменьшить, если сердцевина будет ламинирована. Потери энергии могут быть минимизированы за счет ламинирования сердечника, то есть использования тонких листов пластин из мягкого железа, изолированных друг от друга.

(4) Потери магнитного потока

Поток, создаваемый в первичной катушке, не полностью связан со вторичной катушкой из-за утечки.Это приводит к потере энергии. Эти потери можно свести к минимуму, если использовать сердечник оболочечного типа. Когда часть магнитного потока первичной катушки не достигает вторичной катушки, это называется утечкой магнитного потока.

(5) Сопротивление обмоток

Ток, протекающий через обмотки, вызывает резистивный нагрев проводников. Медный провод с низким сопротивлением, используемый для обмоток, по-прежнему имеет сопротивление и тем самым способствует тепловым потерям. Потери энергии через сопротивление можно минимизировать, используя более толстые медные провода.

(6) Механические потери

Переменное магнитное поле вызывает колебания электромагнитных сил между витками провода, сердечником и любыми ближайшими металлическими конструкциями, вызывая вибрации и шум, которые потребляют энергию.

В дополнение к вышеуказанным потерям из-за вибрации сердечника возникает звук, который вызывает потерю энергии. Производители разрабатывают методы, которые оптимизируют эти потери на основе ожидаемой нагрузки.

Несмотря на то, что трансформаторы являются очень эффективными машинами, они приводят к небольшим потерям энергии по четырем основным причинам:

• Сопротивление обмоток — медный кабель с низким сопротивлением, используемый для обмоток, остается стойким и, таким образом, приводит к тепловым потерям.
• Утечка магнитного потока — Если конструкция сердечника неудовлетворительна, то поток, создаваемый первичной обмоткой, не может быть полностью подключен ко вторичной обмотке. Это можно уменьшить, рассматривая ядро ​​типа оболочки.
• Потери на вихревые токи — Изменяющееся магнитное поле индуцирует не только токи вторичной обмотки, но и сами токи в железном сердечнике. В железном сердечнике эти токи текут небольшими кругами и называются вихревыми токами.
• Гистерезис — это происходит из-за повторяющегося намагничивания и размагничивания железного сердечника, вызванного переменным входным током.Это можно уменьшить, используя такие сплавы, как муметалл или кремнистая сталь.

Способ уменьшения потерь энергии в трансформаторе

• Для минимизации сопротивления обмоток используются толстые провода со значительно низким сопротивлением.
• Использование сердечника в оболочке снижает потери магнитного потока. Кроме того, звук издается в результате вибрации сердечника, что приводит к потере энергии.
• Потери на вихревые токи могут быть минимизированы за счет использования многослойного сердечника.
• Использование таких сплавов, как муметалл или кремнистая сталь, позволяет снизить гистерезисные потери.

Принцип работы трансформатора — коэффициент поворота и трансформации

Основным принципом работы трансформатора является электромагнитный закон Фарадея индукция или взаимная индукция между двумя катушками. Работа трансформатора объясняется ниже. Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, размещенных на сердечнике из многослойной кремнистой стали.

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

Состав:

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

Физически между двумя обмотками нет электрического соединения, но они связаны магнитным полем. Следовательно, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную через взаимную индуктивность.

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

dϕ / dt — это изменение магнитного потока, одинаковое как для первичной, так и для вторичной обмоток. Индуцированная ЭДС E ₁ в первичной обмотке пропорциональна количеству витков N ₁ первичной обмотки (E ₁ ∞ N ₁ ). Подобным образом наведенная ЭДС во вторичной обмотке пропорциональна количеству витков на вторичной стороне. (E ₂ ∞ N ₂ ).

Трансформатор на питании постоянного тока

Как обсуждалось выше, трансформатор работает от источника переменного тока и не может работать без источника постоянного тока.Если номинальное напряжение постоянного тока приложено к первичной обмотке, в сердечнике трансформатора установится магнитный поток постоянной величины, и, следовательно, не будет самоиндуцированной генерации ЭДС, поскольку для связи магнитного потока со вторичной обмоткой должна быть должен быть переменный поток, а не постоянный поток.

По закону Ома

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

Из-за этого произойдет возгорание изоляции первичных обмоток и повреждение трансформатора.

Коэффициент поворота

Определяется как отношение числа витков первичной обмотки к числу вторичных.
Если N ₂ > N ₁ , трансформатор называется Повышающий трансформатор

Если N ₂ 1 , трансформатор называется Понижающий трансформатор

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации определяется как отношение вторичного напряжения к первичному напряжению.Обозначается К.

As (E ₂ ∞ N ₂ и E ₁ ∞ N ₁ )

Это все о работе трансформатора.

Теория работы однофазных трансформаторов

Определение трансформатора

Трансформатор электроэнергии — это статическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую без какого-либо прямого электрического соединения.Он также выполняет это с помощью взаимной индукции между двумя обмотками. Он может преобразовывать мощность из одной цепи в другую без изменения ее частоты, но может иметь разные уровни напряжения в зависимости от необходимости.

Схема однофазного трансформатора

Символ трансформатора

Трансформатор Строительство

Три основные части трансформатора:

• Первичная обмотка : Обмотка, которая потребляет электроэнергию и создает магнитный поток, когда она подключена к источнику электроэнергии.
• Магнитный сердечник : Это относится к магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. Поток проходит через путь с низким сопротивлением, связанный со вторичной обмоткой, создавая замкнутую магнитную цепь.
• Вторичная обмотка : Обмотка, которая обеспечивает желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции в трансформаторе.

Принцип работы трансформаторов

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.В основном, взаимная индукция между двумя или более обмотками отвечает за действие преобразования в электрическом трансформаторе.

Законы электромагнитной индукции Фарадея

Согласно закону Фарадея, «скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

Основная теория трансформатора

Первичная обмотка питается от источника переменного тока.Переменный ток через первичную обмотку создает переменный поток, окружающий обмотку. Другая обмотка, также известная как вторичная обмотка, приближена к первичной обмотке. В конце концов, некоторая часть потока в первичной обмотке будет связана с вторичной. Поскольку этот поток постоянно изменяется по амплитуде и направлению, происходит изменение магнитной связи и во второй обмотке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), которая называется наведенной ЭДС.Если цепь вторичной обмотки замкнута, через нее будет протекать индуцированный ток. Это простейшая форма преобразования электроэнергии; это самый основной принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора был объяснен в следующих простых шагах:

• Как только первичная обмотка подключена к однофазному источнику питания, через нее начинает течь переменный ток.
• Переменный поток создается в сердечнике первичным переменным током.
• Переменный поток через сердечник связывается со вторичной обмоткой.
• Теперь, согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, этот изменяющийся поток будет индуцировать напряжение во вторичной обмотке.

Сопутствующие товары

Вышеупомянутый тип трансформатора теоретически возможен, но не практически, потому что есть потери, связанные с работой трансформаторов.

Основные операции однофазных трансформаторов — Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Трансформатор — это устройство переменного тока, используемое для передачи энергии от одной цепи к другой:

работают по принципу взаимной индукции, которая представляет собой процесс создания напряжения в катушке путем изменения тока в другой катушке.

Ранее мы узнали, что изменение значения тока в катушке вызывает изменение силовых линий, окружающих катушку.Это изменение магнитного потока вызывает в катушке напряжение, называемое противоэлектродвижущей силой (CEMF).

Если вторая катушка расположена рядом с первой катушкой, магнитные линии индуцируют напряжение во второй катушке без какого-либо электрического соединения.

В цепи постоянного тока, как долго мы будем видеть наведенное напряжение во второй катушке? В течение 5τ после размыкания или замыкания переключателя. Только при изменении величины тока линии магнитного потока будут разрезать вторую катушку.

В цепи переменного тока значение тока постоянно меняется, поэтому магнитные линии постоянно прорезают катушку, вызывая напряжение.

Прочие характеристики

предназначены для:

1. Повышение напряжения и понижающий ток.
2. Понижающее напряжение и повышающий ток.

Трансформаторы очень эффективны, КПД составляет от 96% до 99%. Они не требуют особого обслуживания, так как в них нет движущихся частей.

Классификация

Трансформаторы классифицируются по:

• Заявка

  • Блок питания (более 500 кВА)

  • Распределение (500 кВА и ниже, установка на опоре)

  • Контроль

  • Прибор (ТТ и ПТ)

• Фазы

  Видео оповещение! (Взрыв из прошлого)

  Это видео с сайта U.С. Министерство обороны дает фантастическое описание того, как работают трансформаторы.

  Атрибуция Видео

  Transformers от PublicResourceOrg находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

ТРАНСФОРМАТОРЫ — прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока.Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для снижения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Это понижающий трансформатор, что подтверждается большим числом витков первичной обмотки и малым числом витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

Если вам интересно, может работать с любым из этих типов трансформатора в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-верса.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор будет использоваться «в обратном направлении», как это должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредить из-за чрезмерного напряжения или тока!).

Этикетки для изготовления трансформаторов

часто сконструированы таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие — к вторичной.В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, в электроэнергетике используются обозначения «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H ₁ », «H ₂ », «X ₁ » и «X ₂ ». Обычно это имеет значение для нумерации проводов (H ₁ по сравнению с H ₂ и т. Д.), который мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вы вспомните, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и поймете, что трансформаторы не могут производить мощность , а только преобразовывают ее . Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем потребовало, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована.Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок. Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)