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

(для регионов бесплатно)

Содержание

назначение и зачем нужен, устройство и принцип работы, различные виды

Электромагнитные статические устройства используются для создания и применения магнитного поля. Случаев, зачем нужен трансформатор в электронных, электрических цепях и радиотехнике, существует много. Устройство оснащено индуктивными обмотками, взаимно связанными на магнитопроводе. Сеть способствует возникновению переменного поля, а трансформатор с помощью электромагнитной индукции придает току постоянные значения без изменения частоты.

 

Определение и назначение

Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор — это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.

Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности.

Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.

Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.

Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.

Устройство и принцип работы

Производитель выбирает базовые правила функционирования агрегата, но это не влияет на надежность эксплуатации.

Отличаются концепции процессом изготовления. Принцип действия трансформатора основывается на двух положениях:

  • изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
  • влияние на силовой поток, передаваемый через катушку, продуцирует электродвижущую силу и индукцию.

Устройство состоит из следующих частей:

  • магнитный привод;
  • катушки или обмотки;
  • основа для расположения витков;
  • изолирующий материал;
  • охладительная система;
  • другие элементы крепления, доступа, защиты.

Работа трансформатора осуществляется по виду конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотках, его трудно рассмотреть. Витки спирали видны, просматривается верх и низ сердечника, ось располагается вертикально. Материал, из чего состоит виток, должен хорошо проводить электричество.

В изделиях броневого типа стержень скрывает большую часть оборотов, он ставится горизонтально или отвесно. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение на магнитопроводе двух независимых обмоток без электрической связи между собой.

Магнитная система

Выполняется из легированной трансформаторной стали, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для продуцирования магнитного поля агрегата. Проводник конструируется из пластин, лент, подков, его изготавливают на прессе. Часть, на которой располагается обмотка, называются стержнем. Ярмо — это элемент без витков, выполняющий замыкания цепи.

Принцип действия трансформатора зависит от схемы стоек, которая бывает:

  • плоская — оси ярм и сердечников находятся в единой плоскости;
  • пространственная — продольные элементы устраиваются в разных поверхностях;
  • симметричная — одинаковые по форме, размеру и конструкции проводники расположены ко всем ярмам аналогично другим;
  • несимметричная — отдельные стойки отличаются по виду, габаритам и ставятся в разных положениях.

Если предполагается, что через обмотку, которую называют первичной, протекает постоянный ток, то магнитный провод делают разомкнутым. В остальных случаях сердечник закрытый, он служит для замыкания силовых линий.

Обмотки

Делают в виде совокупности витков, устраиваемых на проводниках квадратного сечения. Форма используется для эффективной работы и повышения коэффициента заполнения в окне магнитопровода. Если требуется увеличить сечение сердечника, то его выполняют в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый такой проводник называется жилой.

Стержень оборачивается бумагой, покрывается эмалевым лаком. Иногда два сердечника, расположенных параллельно, заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:

  • основные — к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электроток;
  • регулирующие — в них предусмотрены отводы для трансформации напряжения при невысокой силе тока;
  • вспомогательные — служат для снабжения своей сети с мощностью меньше номинального показателя трансформатора и подмагничивания схемы постоянным током.

Способы обкручивания:

  • рядовая обмотка — обороты делают в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматывают плотно, без промежутков;
  • винтовое обматывание — многослойная обвивка с просветами между кольцами или заходом на соседние элементы;
  • дисковая накрутка — спиральный ряд выполняется последовательно, в круге обвивание производится в радиальном порядке по внутреннему и наружному направлению;
  • фольговая спираль ставится из алюминиевого и медного широкого листа, толщина которого колеблется в пределах 0,1-2 мм.

Условные обозначения

Чтобы удобно читалась схема трансформатора, есть специальные знаки. Сердечник вычерчивается толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначаются цифрами 2 и 3.

В некоторых схемах линия сердечника аналогична по толщине черте полуокружностей обвивки. Обозначение материала стержня различается:

  • магнитопровод из феррита чертят толстой линией;
  • стальной сердечник с магнитным зазором рисуют тонкой чертой с разрывом в середине;
  • ось из намагниченного диэлектрика обозначают тонким пунктиром;
  • медный стержень имеет на схеме вид узкой линии с условным обозначением материала по таблице Менделеева.

Для выделения катушечного вывода применяют жирные точки, обозначение мгновеннодействующей индукции одинаково. Используется для обозначения промежуточных агрегатов в каскадных генераторах для показания противофазности. Ставят точки, если требуется установить полярность при сборке и направление расположения обмоток. Число витков в первичной обмотке определяется условно, как не нормируется и количество полуокружностей, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.

Основные характеристики

Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.

Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.

Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.

Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.

Область применения

Бытовые приборы имеют контакт с заземлением посредством нейтрального провода. Одновременное касание потребителем тока фазы и нулевой цепи ведет к замыканию контура и травме. Подключение через разделительный трансформатор позволяет обезопасить человека, т. к. вторичная обмотка не контактирует с землей.

Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольного толчка и трансформации коротких сигналов при нагрузке. На выходе изменяется полярность и амплитуда тока, но остается неизменным напряжение.

Измерительное оборудование постоянного тока является магнитным усилителем.

Изменять переменное напряжение помогает направленное движение электронов небольшой мощности. Выпрямитель поставляет постоянную энергию и зависит от значений входного электричества.

Силовые агрегаты широко используются в генераторах тока малой величины, мощности, показатели в дизелях имеют средние значения. Трансформаторы монтируют последовательно с нагрузкой, прибор подключается к источнику первичной обмоткой, вторичный контур выдает преобразованную энергию. Значение выходного тока прямо пропорционально нагрузке. Используется оборудование с 3 магнитными стержнями, если генератор трехфазного тока.

Инвертирующие агрегаты имеют транзисторы одинаковой проводимости и на выходе усиливают только часть сигнала. Для полного преобразования напряжения импульс подается на оба транзистора.

Согласующее оборудование используют для подсоединения к электронным приборам с высоким сопротивлением на входе и выходе нагрузки с низким показателем прохождения электричества. Агрегаты полезны в высокочастотных линиях, где разница величин ведет к потерям энергии.

Типы трансформаторов

От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.

Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом. Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения.

Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.

Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.

Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием — машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.

Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.

Устройство и принципы действия трансформаторов: назначение, виды, критерии подбора

Трансформаторные установки — преобразователи электрической энергии. Они применяются в большинстве электрических приборов, в электросетях, устройствах автоматики, бытовых приборах и коммуникационных аппаратах. Принцип действия трансформаторов опирается на закон электромагнитной индукции Фарадея.

Устройство трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из одной или нескольких изолированных обмоток, которые намотаны на ферромагнитный сердечник. В простейшей схеме это первичная и вторичная обмотки. На первичную подаётся напряжение, со вторичной снимается. Под воздействием переменного тока, который подаётся на первичную обмотку, в магнитопроводе образуется синусоидальный магнитный поток Ф. Пронизывая обмотки, он индуцирует в первичной обмотке электродвижущую силу самоиндукции (ЭДС), а во вторичной — ЭДС индукции.

Обе эти электродвижущие силы индуцируются магнитным потоком Ф, следовательно, ЭДС (E) одинакова в каждом витке. Витки соединены последовательно, поэтому ЭДС первичной обмотки будет E1 = E · w1. Для вторичной это соотношение: E2 = E · w2, где w1, w2 — число витков.

При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней не течёт, и напряжение на концах равно ЭДС, U2 = E2. При небольшом токе в первичной обмотке потери будут незначительны и U1 ≈ E1. Заменим E1 и E2, и тогда отношение напряжений выразится некоторой постоянной K, называемой коэффициентом трансформации, U1/U2 = E1/E2 = w1/w2 = K.

Виды преобразователей

Назначение и принцип действия трансформатора заключаются в возможности повышать и понижать напряжение, изменять число фаз, преобразовывать частоту. В зависимости от выполняемых функций трансформаторы подразделяются на следующие виды:

  • Силовые трансформаторные установки. Генераторы на электростанциях вырабатывают энергию высокого напряжения 6—24 кВ. Чтобы избежать больших потерь в линиях электропередач, требуется повышать напряжение до 750 кВ. Для распределения энергии между конечными потребителями приходится понижать напряжение до 380 В. Силовые трансформаторы выполняют эти задачи преобразования напряжений.
  • Трансформаторные установки тока. Применяются для измерений в электрических цепях. Первичную обмотку подключают в цепь, ток в которой требуется измерить, а вторичная служит для подключения измерительных приборов. Во вторичной обмотке течёт ток, пропорциональный току первичной.
  • Трансформаторные установки напряжения. Преобразуют высокое напряжение в низкое.

Сварочные трансформаторные установки. Применяются в сварочных агрегатах. Преобразовывают высокое напряжение в низкое, при этом ток повышается до тысяч ампер.

  • Автотрансформаторы. Обе обмотки соединены, имеется и магнитная, и электрическая связь.
  • Импульсные трансформаторные установки. Служат для преобразования импульсных сигналов.

По количеству обмоток различают:

  • Двухобмоточные установки.
  • Трехобмоточные установки.
  • Многофазные трансформаторные установки.

По конструкции трансформаторы бывают сухие и масляные. При работе трансформаторных установок возникают тепловые потери. Для маломощных агрегатов они невелики, там применяется воздушное охлаждение. Это сухие трансформаторы. Масляные трансформаторы более мощные и нуждаются в охлаждении жидкостью. Для этого их помещают в баки с трансформаторным маслом, что способствует более полному охлаждению и улучшает изоляцию. Масляные агрегаты предназначаются для работы при напряжениях выше 6 тыс. В.

Режимы работы трансформаторных устройств

Все устройства могут работать в режимах холостого хода, под нагрузкой и короткого замыкания. Холостой ход — это условия работы, при которых отсутствует нагрузка, вторичная обмотка разомкнута. При этом режиме рассчитываются:

  • Коэффициенты трансформации.
  • Сопротивление ветви намагничивания. Для этого во вторичную обмотку включается вольтметр. Сопротивление должно быть таким, чтобы величина тока была минимальна.
  • Коэффициент мощности.
  • Короткое замыкание — условия работы, при которых концы вторичной обмотки соединяются. При работе агрегата короткое замыкание — это аварийный режим. Первичный и вторичный токи возрастают в десятки раз. Для предотвращения аварии включаются механизмы защиты.

В условиях испытаний определяется напряжение короткого замыкания. Это паспортная характеристика агрегата. Для определения характеристики соединяют концы вторичной обмотки, а напряжение на первичной понижается до такого, при котором ток не превышает номинальных значений.

При таких испытаниях вместе с испытаниями на холостом ходу определяется коэффициент полезного действия установок.

Критерии выбора оборудования

При приобретении трансформаторного оборудования необходимо рассматривать его основные параметры:

  • Напряжение.
  • Коэффициент трансформации.
  • Угловая погрешность для трансформаторов тока.

Учитываются также условия эксплуатации. Очень важны для выбора область применения, нагрузки и напряжения короткого замыкания. Особенно нужно правильно эксплуатировать установки. Существуют нормативы по пуску, наладке и использованию агрегатов. Главным моментом является обслуживание установок, при котором следует проверять сопротивление на обмотках и ток.

Периодически следует проверять уровень масла и чистоту изоляции. При выполнении всех требований регламента по установке и обслуживанию агрегатов будет обеспечена безопасность эксплуатации и гарантийный срок службы устройств.

Принцип действия трансформатора — устройство и назначение, схема конструкции

Трансформатор – это электрическая статическая машина, предназначаемая для изменения характеристик напряжения или тока. Название говорящее – трансформировать – значит преобразовывать. Впрочем, трансформации подвергаются только силовые характеристики тока, частота и форма при этом не изменяются.

Состоит эта машина из нескольких основных частей:

  1. Корпус или магнитопровод – представляет собой сердечник из металлических пластинок, плотно сжатых между собой, изготавливаются из мягкой трансформаторной стали, а в отдельных случаях, из специального состава ферромагнетика.
  2. Первичной обмотки – катушка, размещенная на магнитопроводе, по ней пропускается ток, характеристики которого нужно изменить;
  3. Вторичная обмотка – также катушка, но с проводами других характеристик, в которой индуцируется ток с другими, заранее рассчитанными параметрами.

Принцип работы и область применения

В электромагнитную схему трансформатора входят две обмотки и замкнутый сердечник, выполняемый из трансформаторных листовых материалов. Ток, проходящий по первичной катушке, возбуждает в сердечнике электромагнитную индукцию.

Пересекая провода вторичной катушки, она индуцирует в ней ток, соответствующий параметрам вторичной обмотки. Таких катушек может быть несколько с разными характеристиками (количество витков, сечение провода, материал), соответственно и результат индукции будет различным.

Трансформаторы используются в энергообеспечении народного хозяйства в различных областях:

  1. Для передачи и преобразования электроэнергии:
    • Передача электроэнергии на далекие расстояния и ее разделение между пользователями. Передача электричества по сетям непосредственно после генерации связана с большими его потерями. Генераторы дают напряжение 6-24 кВ, а передача, во избежание потерь, осуществляется при напряжении от 110 до 750 кВ. Для получения таких характеристик применяются повышающие трансформаторы.
    • Когда электроэнергия по ЛЭП доходит до потребителя, она поступает на понижающие трансформаторные станции, где производится понижение напряжения и мощности в соответствии с потребностями для группы потребителей, а затем распределяется на другие трансформаторные подстанции, например, районного значения. Дальнейшее распределение энергии зависит от потребности того или иного объекта или их группы.
  2. Для правильного включения вентилей в преобразователях, что позволяет согласовать величину напряжения на выходах и входах устройства. Их название – преобразовательные.
  3. Для выполнения различных операций технологических процессов, например – сварки, в электролизных производствах, в обеспечении работы электросталеплавильных агрегатов и других.
  4. Обеспечение работы схем и приборов радиоаппаратуры, электроники, средств связи, бытового электрооборудования и многого прочего.
  5. Для подключения электроизмерительных приборов и отдельных аппаратов (реле, коммандеры и др.) в цепи высокого напряжения для обеспечения измерений и электробезопасности объектов. Такие трансформаторы образуют отдельный класс – измерительные.

Устройство

Магнитная схема

Сердечник трансформатора

Конфигурация магнитной схемы разделяет эти устройства на три класса:

  • тороидальные;
  • броневые;
  • стержневые;

Стержень представляет собой ту часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, остальная часть называется «ярмо». В виде стержневых изготавливаются трансформаторы большой и средней мощности.

Это связано также с более простой схемой охлаждения такой машины. Магнитопроводы обычно производятся из листовой электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм. Листовые детали соединяются между собой электротехническим изолирующим лаком. Это делается для уменьшения влияния вихревых токов на работу магнитопровода.

Маломощные и микротрансформаторы обычно производят броневыми, поскольку они в изготовлении дешевле стержневых из-за меньшего числа катушек и технологичности изготовления.

Одним из преимуществ тороидальных трансформаторов является магнитная схема без зазоров. Этим обусловлено низкое магнитное сопротивление магнитопровода таких преобразователей.

Обмотки

Чем ближе расположены обмотки по отношению друг к другу, тем надежнее магнитная связь между ними. Поэтому их принято наматывать одну поверх другой. Такие катушки называются концентрическими.

В зависимости от конструкции, обмотки могут быть расположены последовательно. Эти называются дисковыми. Исполнение зависит от особенностей трансформатора и его назначения.

Мощные статические машины выделяют много тепла и нуждаются в интенсивном охлаждении.

Виды преобразователей

Силовой трансформатор

Предназначается для изменения параметров потока электричества в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с потребностью понижения мощности (до 760 кВ) подводящих сетей в потребительскую мощность городского хозяйства (220/380 В). Силовой преобразователь переменного тока предназначается для изменения силы тока прямым воздействием в сети.

Автотрансформатор

Отличен от предыдущего тем, что обмотки в нем соединяются не только через индукционные потоки, но и непосредственно одна с другой. Вторичная обмотка имеет несколько выводов (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях ведет к получению различного напряжения.

Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, потому что изменению подвергается только часть энергии. Это эффективно при небольшом различии напряжений на входе и выходе.

Несовершенство этих устройств состоит в том, что между обмотками нет изоляции. Применение оправдано при надежном заземлении в сетях до 115 кВ и небольшим коэффициентом трансформации – в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток у таких машин меньше, следовательно, они экономичнее в производстве.

Трансформатор напряжения

Этот вид преобразователя питается от соответствующего источника. Применяется обычно для изменения высокого напряжения на пониженное в цепях автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью ограждения низковольтных участков схем от повышенного напряжения.

Трансформаторы тока

Здесь первичная катушка получает питание от источника тока. Применяется для понижения тока в устройствах релейной защиты и измерителях. Вместе с тем, производится гальваническая развязка. Как правило, ток на вторичной катушке составляет величину 1А или 5А.

Первичную катушку включают в одну цепь с нагружением, подлежащем контролю, а к вторичной катушке подключаются приборы контроля, либо релейные устройства. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если происходит замыкание вторичной катушки, возникающее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

Разделительные трансформаторы

Обмотки таких машин не связаны между собой. Такие преобразователи применяются для улучшения условий безопасности функционирования сетей при замыкании, срабатывает гальваническая развязка.

Импульсные преобразователи

Предназначаются для реформирования сигналов в виде коротких (до 10 миллисекунд) импульсов с максимальным сохранением их формы. В основном применяется для передачи импульсов, характерных прямоугольной формой. Как правило, главное требование к этому преобразователю – передача кратковременного импульса в максимально сохраненной форме, при этом, изменение его амплитуды и полярности несущественно.

Согласующие трансформаторы

Используются при согласовании нагрузок различных участков с максимальным сохранением формы сигнала. Вместе с тем, использование такого преобразователя дает гальваническую развязку разных участков электронных схем.

Пик-трансформатор

Машина, обеспечивающая изменение синусоидальных напряжений в импульсные. При этом, происходит изменение полярности в каждом полупериоде.

Сдвоенный дроссель

Конструктивно выполняется в виде преобразователя с одинаковыми обмотками. Учитывая индуктивное влияние катушек друг на друга, он заметно эффективнее обычного дросселя. Распространены как входные фильтры БП блоков питания в звуковых схемах.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

расчет параметров, назначение и режимы работы

На чтение 5 мин. Просмотров 431 Опубликовано Обновлено

Действующее в электрической сети напряжение 220 Вольт в том виде, в котором оно поступает в квартиру, непригодно для работы большинства электронных устройств. Для приведения его к удобному типу для питания бытовой аппаратуры требуются специальные преобразователи, называемые трансформаторами. С их помощью удается понизить величину питающего напряжения до нужного значения, а затем выпрямить его.

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатор ТМГ-2500/6/0.4

В качестве преобразователей эти устройства традиционно применяются для приведения к приемлемому виду мощностей, пересылаемых по высоковольтным линиям. Для «переброски» на огромные расстояния подходят только сверхвысокие напряжения, при которых ток может иметь приемлемую величину.

Если попытаться передать энергию хотя бы на сотню километров в виде привычного напряжения 380 Вольт – для доставки до потребителя нужной мощности потребуется ток величиной в миллионы Ампер.

Для ее рассеяния нужен провод толщиной примерно с человеческое тело, что на практике реализовать невозможно. Поэтому на генерирующей электричество стороне с помощью другого (повышающего) трансформатора его значение поднимается до 110-ти кВ. В таком виде использовать электроэнергию распределения по жилым строениям и производственным объектам нельзя. Поэтому после доставки по ВВ в распределительных станциях 110 кВ понижаются до 10(6) кВ.

Отсюда они поступают в районные трансформаторные подстанции, где в местном понижающем трансформаторе приобретают свой окончательный вид 380 (220) Вольт. При таких значениях потенциалов энергию легко удается транспортировать по подземному кабелю или воздушному проводу СИП до конечного потребителя. Поэтому однофазный трансформатор играет большую роль в жизни человека.

Назначение и устройство

Любой трансформатор 220 Вольт однофазный представляет собой электрическое устройство, работающее только в цепях переменного тока. С его помощью входное напряжение преобразуется в нужную величину (чаще всего оно уменьшается). При этом ток, отбираемый от вторичной обмотки, возрастает, поскольку мощность предается практически без потерь. Отсюда следует, что основное назначение этого прибора – получить нужное для решения задач напряжение, а затем использовать его в конкретных целях.

Составить более полное представление поможет знакомство с конструкцией трансформатора, который состоит из следующих основных элементов:

  • сердечник из ферромагнитных материалов;
  • первичная и вторичная катушка, размещенная на изолированном каркасе;
  • защитный кожух (этот элемент у ряда моделей отсутствует).

В некоторых образцах вместо ферромагнетиков применяются электротехническая сталь или пермаллой. Выбор определенного типа материала сердечника зависит от области использования самого изделия.

Принцип действия

Действие электромагнитных потей трансформатора

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе, согласно которому действующее в витке переменное э/м поле наводит ЭДС в расположенном рядом проводнике. Явление названо законом электромагнитной индукции Фарадея, который первым обнаружил этот интересный эффект. Для его обоснования ученый разработал целую теорию, которая легла в основу работы большинства современных электротехнических устройств и агрегатов.

Основные ее положения:

  • при прохождении тока через виток провода вокруг него формируется магнитный поток, захватывающий все такие же витки, расположенные рядом;
  • под воздействием этого потока в них наводится ЭДС, по форме изменений совпадающая с исходным полем;
  • при наличии в нем ферромагнетика действие этого эффекта усиливается.

Все эти принципы заложены в основу действия современного трансформаторного изделия. При подключении к вторичной обмотке нагрузки рабочая цепь замыкается, а энергия практически без потерь передается потребителю.

Режимы работы

Подобно любым преобразовательным устройствам трансформатор имеет два режима работы:

  • так называемый «холостой ход»;
  • режим нагрузки.

При холостом ходе устройство работает без нагрузки и потребляет минимум мощности, рассеиваемой только в первичной обмотке. Ток в ней также минимален и составляет обычно не более 3-10% от значения, наблюдаемого при подключенной нагрузке. Во втором случае в витках вторичной обмотки начинает течь ток, величина которого обратно пропорциональна количеству витков в катушке.

В понижающем трансформаторе напряжение в ней ниже, а ток – больше. В этом режиме мощность в нагрузку передается с учетом теплового рассеяния в сердечнике трансформатора.

Основные параметры

При рассмотрении параметров преобразователей напряжения и тока важно отметить коэффициент трансформации k, определяемый как I1/I2 = w2/w1 = 1/k. Здесь w2 и w1 – число витков во вторичной и первичной обмотках соответственно. Помимо этого, учитываются и такие его характеристики, как размер окна сердечника, в котором размещаются катушки.

Еще одним параметром, характеризующим передаточные свойства однофазного двухобмоточного трансформатора по напряжению, является тот же коэффициент трансформации k, величина которого для понижающего прибора меньше 1. И наоборот, если к > 1 – это изделие является повышающим трансформатором. При отсутствии потерь в проводах обмоток и рассеивания потока вычислить этот показатель очень просто. Для этого удобнее всего воспользоваться простым алгоритмом расчета: k= U2/U1. Если вторичных обмоток несколько, указанный параметр следует определять для каждой из них в отдельности.

Виды трансформаторов и их применение

Виды трансформаторов

По конструктивным особенностям сердечника известные образцы однофазных трансформаторов подразделяются на стержневые, кольцевые и броневые изделия. По форме используемого в них магнитопровода они могут быть:

  • Ш-образными;
  • Тороидальными;
  • П-образными.

Каждая из этих форм подходит для определенных целей, связанных с необходимостью получения заданных передаточных характеристик.

По величине максимально достижимой магнитной связи (МС) трансформаторы делятся на изделия с сильным, средним и слабым взаимодействием. Эти характеристики в значительной мере зависят от конструкции самого изделия и вида его сердечника.

Однофазный трансформатор востребован в тех областях, где нужно согласовать две силовые цепи с электрической развязкой каждой из них.

Эксплуатация изделий

При эксплуатации однофазных преобразующих устройств особое внимание обращается на безопасное обращение с ними, что объясняется высоким напряжением, присутствующим на первичных обмотках. Также важно учитывать следующие моменты, касающиеся правил установки и включения трансформаторов в электрические схемы:

  • чтобы избежать выхода обмоток из строя (выгорания), следует защищать вторичные цепи от КЗ;
  • важно следить за тепловым режимом сердечника и обмоток и, если потребуется, предусмотреть их охлаждение.

Уход за однофазным трансформатором сводится к стандартным процедурам, которые предусмотрены положениями действующих нормативов.

Трансформаторы, устройство и принцип действия, назначение различных типов

Трансформатор это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования напряжения электрической энергии переменного тока. Основной принцип работы трансформатора состоит в использовании явления электромагнитной индукции.

К основным частям, из которых состоит трансформатор, относятся магнитный сердечник (магнитопровод) и намотанные на нём обмотки.

Принцип действия трансформатора напряжения заключается в следующем. Одна из обмоток подключается к источнику электрического напряжения. Эту обмотку называют первичной, она служит источником энергии, трансформируемой устройством.

Ток переменного направления, протекающий по первичной обмотке, создаёт знакопеременный магнитный поток в трансформаторном магнитопроводе.

Под воздействием магнитного потока сердечника во вторичных обмотках (их может быть несколько) наводится электродвижущая сила (ЭДС) индукции. Наведённая ЭДС индукции вызывает во вторичных обмотках появление некоторого напряжения, а при подключении к ним нагрузки — вторичного тока.

Форма магнитного трансформаторного сердечника может быть различной, главное условие — магнитный поток должен образовывать замкнутые контуры (один или несколько).

Наибольшее распространение получили следующие формы трансформаторных магнитопроводов:

  • Ш – образные;
  • П – образные;
  • тороидальные (по аналогии с предыдущими типами сердечников их можно назвать О – образными).

В процессе трансформации электрической энергии, часть её теряется вследствие наличия потерь. Трансформаторные потери подразделяются на две категории — потери в меди и в стали. Данные определения требуют разъяснения.

Потери в меди.

Под этим термином подразумеваются омические потери при протекании токов в обмотках трансформаторов. Теряемая в обмотках энергия уходит на их нагрев.

Интересный факт. Нередко встречаются трансформаторы, обмотки которых выполнены из алюминиевых проводников. Теряемую в таких обмотках мощность логично было бы назвать «потери в алюминии», однако такой термин не употребляется. Словосочетание «потери в меди» вероятно можно отнести к профессиональному жаргону.

Потери в стали.

Данный вид теряемой мощности состоит из двух компонентов:

  • потери, возникающие вследствие образования в сердечнике вихревых токов;
  • мощность, затрачиваемая на перемагничивание.

Вихревые токи (токи Фуко) возникают в любом электропроводящем материале под воздействием переменного магнитного поля. Трансформаторный сердечник, являющийся проводником, не является исключением.

Для уменьшения влияния вихревых токов, магнитопроводы трансформаторов обычно изготавливают не цельными изделиями, а набираются из тонких пластин специальной электротехнической стали. Каждая пластина перед сборкой покрывается электроизоляционным лаком.

Такая технология позволяет избежать возникновения глобальных вихревых токов по всей толщине сердечника, что значительно снижает потери энергии и соответственно, нагрев магнитопровода.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОКОВ ФУКО

Для того чтобы оценить масштабы энергии, которая может выделяться при протекании вихревых токов, полезно вспомнить принцип работы индукционных плавильных печей. В ёмкость печи, выполненную из огнеупорной керамики, помещают лом стали, чугуна или железную руду.

Плавильная ёмкость окружена мощной спиральной обмоткой, по которой пропускается ток высокой частоты. Содержимое ёмкости в данном случае играет роль магнитного сердечника.

Под воздействием возникающих вихревых токов происходит интенсивный разогрев и расплавление загруженного железосодержащего материала. Электроплавильное производство относится к одному из самых энергоёмких.

Потери на перемагничивание обусловлены следующими факторами:

1. Макроструктура магнитных материалов имеет зернистый характер. Образование структурных зёрен происходит на стадии застывания расплавленного металлического сплава вследствие возникновения множества очагов кристаллизации.

2. В результате образуются зёрна структуры, которые представляют собой монокристаллические образования — домены. Каждый домен магнитного материала имеет некоторое результирующее направление вектора магнитной индукции.

При отсутствии внешнего магнитного поля векторы индукции доменов направлены хаотически. Но если поместить такой материал в магнитное поле, векторы доменов становятся однонаправленными.

Применительно к процессу трансформации происходит следующее. Ток первичной обмотки создаёт в сердечнике магнитное поле, направление индукции которого меняется с частотой 50 герц (при подключении к обычной электросети).

С такой же частотой происходит переориентация векторов магнитной индукции доменов магнитопровода. Энергия, затрачиваемая на циклическое перемагничивание, выделяется в виде тепла, нагреваемого сердечник.

Энергию, затраченную на перемагничивание сердечника, называют также потерями на гистерезис. Величина этих потерь зависит от свойств материала трансформаторного сердечника, а если более конкретно, от вида их кривой намагничивания — петли гистерезиса.

Наименьшими потерями характеризуются магнитомягкие материалы — электротехническая сталь и пермаллой, которые и используются при изготовлении трансформаторных магнитопроводов.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

В зависимости от специфических функций, выполняемых трансформаторами, они подразделяются на несколько основных типов:

  • силовые, предназначенные для трансформации мощности;
  • измерительные, к которым относятся трансформаторы тока и напряжения;
  • разделительные, служащие для разделения электрических цепей.

Силовые трансформаторы используются на электрических станциях, в распределительных сетях и в точках потребления электроэнергии. Основная их функция — трансформирование передаваемой электрической энергии с одной ступени напряжения в другую.

Смысл смены ступеней напряжения заключается в том, что выработка, транспортировка и потребление электрической энергии происходит на разных уровнях напряжения.

Мощные турбогенераторы электрических станций вырабатывают электроэнергию напряжением 20 кВ. Передача энергии на большие расстояния осуществляется по воздушным линиям (ЛЭП), имеющим напряжение сотни киловольт — 110, 220, 500 кВ.

Более высокое напряжение (750 и 1150 кВ) применяется реже ввиду дороговизны оборудования и ряда технических сложностей. Повышение напряжения транспортировки электроэнергии позволяет снизить её потери.

Потребляется же большая часть электричества с напряжением 0,4 кВ. Максимальное напряжение конечных электрических устройств составляет не более нескольких киловольт. К таким устройствам относятся высоковольтные приводные двигатели мощных производственных механизмов, тяговые двигатели электровозов, питающихся от контактных электрических сетей.

Таким образом, электрическая энергия на своём пути от её производства до поступления к конечному потребителю несколько раз изменяет уровень напряжения. Эту работу выполняют силовые трансформаторы, установленные на электрических станциях и подстанциях распределительных сетей.

Измерительные трансформаторы используются в цепях измерения, защиты и контроля. Устройства этого типа осуществляют преобразование первичных значений тока и напряжения в пропорциональные им вторичные величины, необходимые для работы измерительных приборов, устройств защиты и автоматики.

Преобразование токовых величин осуществляется трансформаторами тока, для контроля уровня напряжения служат трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы относятся к средствам измерений и подлежат периодической метрологической поверке, так же как все измерительные приборы.

Разделительные трансформаторы используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить гальваническую развязку между отдельными участками электросетей.

Необходимость такого разделения может диктоваться требованиями электробезопасности. Например, таким способом осуществляется питание некоторых видов медицинского оборудования. В данном случае используется одно из основных свойств, присущих трансформатору — отсутствие гальванической связи между его обмотками.

  *  *  *


© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

назначение, устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор  –  это статическое электромагнитное устройство предназначенное для преобразование переменного тока одного напряжения той же частоты подающегося на его входную обмотку,  в другое переменное напряжение поступающиеся с его выходной обмотки.

Если на вход трансформатора поступает напряжение ниже, чем образующиеся на его выходе то такой трансформатор называют повышающим. Если на вход поступает напряжение выше чем образующие на его выходе, то это понижающий трансформатор.

Есть некая аналогия с передаточным числом шестереночной передачей.

Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение и принцип действия трансформатора — это  передача электрической энергии на значительные расстояния от электростанций к различным потребителям: промышленным предприятиям, населению и т.п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линиях электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на значительные расстояния.

Повышая напряжение (U), и снижая силу тока (I), передаваемая мощность (Р) остается неизменна.

Формула мощности  P = U * I или P = U2 / I

передача электроэнергии трансформаторами

Это позволяет экономить  на линиях электропередач:

  1. Используя провода с меньшим поперечным сечение, снижается расход  цветных металлов;
  2. Уменьшаются потери мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях может применяться напряжение 30-35 кВ.  Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение до 750 кВ, U=750kV напряжение которое непосредственно передается по линиям электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из-за соображения безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями.  Они рассчитываются на более низкое напряжения, как правило, это 220V в быту и 380V на производстве.

Для понижения напряжения  используются различные понижающие трансформаторы. Любой трансформатор можно использовать как для повышения, так и для понижения напряжения.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие для распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза. Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Трансформатор работает только с переменным напряжением, на постоянном токе не работает, так как не будет создаваться переменного магнитного поля, которое и составляет принцип работы любого трансформатора.

Изобретение трансформатора

Трансформатор изобрел выдающийся русский ученый П.И. Яблочковым в 1876г. Он использовал индукционную катушку с двумя обмотками для питания своей знаменитой лампы, «свечи Яблочкова». Это был первый генератор переменного тока. Этот трансформатор имел незамкнутый сердечник. Замкнутые сердечники, которые используются сейчас, появились только в 1884 г.

В 1889 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольским изобрел трехфазную систему переменного тока и построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

С 1891г, он демонстрирует на электротехнической выставке в Франкфурте-на-Майне передачу высоковольтного трехфазного тока на расстояние более 100 км. Его трехфазный генератор имел мощность 230 кВА и напряжение U =95V. С помощью трехфазного трансформатора напряжение повышалось до 15 кВ и понижалось в точке приема до 65V (фазное напряжение), питая трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт насосной установки. С помощью последовательного включения двух обмоток высокого напряжения удалось повысить 28 кВ и увеличить КПД электропередачи до 77%, что в то время было достаточно высоким.

Как устроен трансформатор

Принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор – это две обмотки катушек, намотанные на магнитопроводе (замкнутом сердечнике трансформатора) с изоляцией по которым пропускают переменный ток.
Для наглядности обмотки расположены на разных стержнях стального сердечника. На самом деле часть обмоток может находится на одном стержне, а часть на другом. Такое расположение обмоток улучшает магнитную связь и снижает потери на магнитный поток рассеяния. Обмотка, на которую подают напряжение, называют первичной обмоткой, а обмотка трансформатора, с которой снимают напряжение, называют вторичной.

Изображение трансформатора на схеме

Обычно в быту для питания различных устройств, применяют понижающие трансформаторы, где напряжение первичной обмотки всегда больше напряжения на вторичной обмотке.
Трансформаторы предназначены не только для передачи электроэнергии, но и служат в различных электронных устройствах: компьютерах, телевизорах и осветительной аппаратуре. В современном мире трансформаторы являются наиболее употребительными и универсальными устройствами.

Видео: Трансформатор. Принцип работы и советы конструкторам

Видео доступным языком объясняет работу трансформатора и даёт некоторые конструктивные советы

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

 

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это кусок ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

катушка индуктивности

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает свое магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

Количеством витков, их толщиной (сечением провода), напряжением и током, материалом сердечника, способом намотки (например в два провода) Вашей катушки — Вы можете регулировать степень магнитной силы Вашего электромагнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита. (это важно)

При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т. е. у Вашего электромагнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Чем чаще Вы переключаете плюс на минус, тем чаще Ваш магнит будет менять направление силы. Иными словами электромагнит будет притягивать отталкивать с частотой питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут меняться между собой, потому что ВЫ создали переменное напряжение с частотой Вашего переключения плюс на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Трансформатор это прибор, который трансформирует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую конструкцию.

  • Гвоздь, на нем две одинаковые катушки.
  • Подключите первичную обмотку к блоку питания с возможностью менять направление тока.
  • Ко второй катушке подключите мультиметр.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой частотой. На второй катушке у Вас начнет появляться напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В итоге на Вашем гвозде у Вас работают два электромагнита, на первый вы подаете ток и напряжение, а на втором электромагните этот ток и напряжение индуктируются.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Так выглядит силовой трансформатор

Этот виды трансформаторов относится к трансформаторам работающих в сетях промышленных и бытовых установках частотой питающей сети 50-60 Гц. Силовые трансформаторы предназначены для преобразование электрической энергии для передачи ее по ЛЭП например, с 38 кВ до 6кВ, 380V на 220V (380/220В). Электро цепи где используется высокое напряжение принято называть в электротехнике силовыми цепями, а трансформаторы соответственно силовые трансформаторы.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух или трёх обмоток, возможно больше. Располагаются обмотки на броневом сердечнике, изготавливаемом из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (с расщепленными обмотками) могут иметь несколько обмоток с низшего напряжения (НН) которые запитаны параллельно. Это позволяет получать напряжение больше чем от одного генератора и передавать больше электроэнергии, тем самым повышая КПД электроустановки.

Мощные силовые трансформаторы очень часто делают масляными, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло служит для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток.
Трансформаторы мощностью 400 кВА обладают большим весом и монтируются на специальных платформах или помещениях. Они поступают с завода в собранном состоянии, готовыми к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основное исполнение силовых трансформаторов – это трехфазные трансформаторы. это связно с тем, что потери КПД однофазных трансформаторов на 15% больше.

Сетевые трансформаторы

сетевой трансформатор

Сетевые трансформаторы это самый распространенный вид трансформаторов, который можно встретить практически в любом бытовом электроприборе. Все сетевые трансформаторы, как правило, делают однофазными. Эти трансформаторы служат для преобразования высокого напряжение сети 220V до приемлемого напряжения, используемого в том или ином электроприборе. Понижающее напряжение может быть: 220/12V или 220/9V, 220/36V и т.д.

Многие изготавливают сетевые трансформатор не с одной, а с несколькими вторичными обмотками, что делает трансформатор более универсальным, часто используемый на разное напряжение одновременно.

Например, часть схемы запитана напряжение 12 Вольт, а другая 3 Вольта от одного трансформатора с несколькими обмотками.

конструкция магнитопроводов трансформатора

Изготавливают сетевые трансформаторы чаще всего из электротехнической стали на Ш – образных или стержневых сердечниках. Встречаются тороидальные сердечники. Ш-образный сердечник набирается из пластин, на которые надевают каркас на который наматываются обмотки трансформатора.

Тороидальный трансформатор имеет преимущества из-за своего более компактного вида и обладают более лучшими характеристиками. Обмотки тороидального трансформатора полностью охватывают магнитопровод, нет пустого пространства незанятого обмоткой в отличие от стержневых или броневых трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте равной 50-60 Гц.

Автотрансформатор


Автотрансформатор – это трансформатор где обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего. Обмотки автотрансформатора имеют прямую электрическую связь, а не только посредством магнитопровода. Делая отводы от одной обмотки можно получить различное напряжение. Отличить обмотки низшего и высшего напряжение можно по различному сечению использованного для намотки провода.

Преимущество автотрансформатора – это меньшие размеры, меньше использованного провода, меньше сердечник, меньше затрачено стали на его изготовление в итоге меньшая цена автотрансформатора.

Главный недостаток трансформатора — это гальваническая связь обмоток низшего и высокого напряжения. Возможность попадания сети высшего напряжения в сеть низшего. Невозможность применение автотрансформаторов в сетях с заземлением.
Автотрансформаторы применяют в сетях трехфазного тока с соединением обмоток в чаще всего в звезду, реже в треугольник.

Автотрансформаторы часто применяют в устройствах управления напряжением, в высоковольтных установках, в промышленности для пуска мощных асинхронных электродвигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может быть до 100 МВт.

Преимущество автотрансформаторов увеличивается с увеличением коэффициента трансформации близкими (К=1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Латр

Разновидностью автотрансформатора можно назвать лабораторный трансформатор (ЛАТР). Его основное назначение — это плавная регулировка напряжения, подающаяся к нагрузке, к любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор у которого есть только одна обмотка, по которой бежит ползунок (угольный роликовый контакт) подключающий каждый виток не изолируемой обмотки (дорожки) автотрансформатора к схеме. Таким образом, создается регулирующий эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР, не происходит межвитковых замыканий, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и направлены встречно. Самые распространенные ЛАТРы регулируют напряжение от 0 до 250V. Трехфазные регулируют от 0/450 вольт. Автотрансформаторы ЛАТРы часто используют в научно исследовательских лабораториях для пусконаладочных работ различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит в основном в измерительной технике. Первичную обмотку такого трансформатора подключают к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов при небольшом внутреннем сопротивлении (R вн).
Первичная обмотка – это, как правило, всего виток провода включенного последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной, в чем и достигается измерение величины силы тока (А).

Главная особенность трансформаторов тока состоит в том, что вторичная обмотка должна быть всегда нагружена, иначе происходит пробой изоляции высоким напряжением, также при отключенной нагрузке магнитопровод трансформатора тока просто сгорает от некомпенсированных наведенных токов.

Конструктивно трансформатор тока это одна или несколько изолированных обмоток намотанных на шихтованную холоднокатаную электротехническую сталь называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто провод, который пропущенный через окно магнитопровода трансформатора тока который измеряет силу тока проходящий через этот провод или шину. Коэффициент трансформации здесь 100/5, безопасны, так как отсутствует гальваническая связь между обмотками.

Применение трансформаторов тока: измерения силы тока в схемах релейной защиты, в измерительной аппаратуре. Выпускают с 1-2 группами вторичных обмоток. Одна группа может, подсоединяется к защитным устройствам, другая к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения НОМ-3

Трансформаторы напряжения – это трансформаторы, преобразующие высокие напряжения пропорционально и точно в соответствии с фазами в величины, пригодные для измерения. Трансформаторы среднего напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Заземляемые трансформаторы напряжения по желанию помимо измерительной или защитной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

импульсный трансформатор тока

Применяются для измерения направления или силы тока в импульсных схемах. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с одной обмоткой. Измеряемый провод проходит сквозь кольцо, обмотку подключают к сопротивлению нагрузки (Rн).
Если обмотка содержит 1000 витков провода, то ток, проходящий через измеряемый провод будет равен 1000\1, то есть на сопротивлении нагрузки будет ток, который в 1000 раз меньше тока проходящего через измеряемый провод.

Производители трансформаторов тока изготовляют импульсные трансформаторы тока с различным коэффициентом трансформации. Инженеру проектировщику нужно лишь рассчитать сопротивление нагрузки и соответствующую схему измерения.
Если нужно измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключают два стабилитрона с встречным включением.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор предназначен для сварочных устройств, блоков питания, импульсных преобразователей. Заменили в настоящее время низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали, которые имели больше габариты и вес.
Состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольцо, чашечка, стержень, Ш — образный, П – образный. Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми трансформаторами из стали в том, что они могут работать на частотах до и свыше 500 000 гц.

Импульсный трансформатор – это ВЧ (высокочастотный) трансформатор габариты и вес, которого с ростом частоты становиться только меньше!
Обмотка требует меньшего количества витков, а для регистрации высокочастотного тока достаточно полевого или биполярных транзисторов включенных по специальной схеме:

  • Прямоходовая;
  • Двухтактная;
  • Полумостовая;
  • Мостовая схема

Применяют импульсные трансформаторы и дроссели на феррите в энергосберегающих лампах, зарядных для мобильных устройств, в мощных инверторах тока, сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы — это аппарат, с помощью которого получают токи высокой частоты. Реализовывается при помощи первичной и вторичной обмотки, но первичная обмотка получает питание на частоте резонанса вторичной обмотки, при этом напряжение на выходе возрастает в десятки раз.

По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи электрической энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того чтобы получилась задуманная изобретателем передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе. сли проект реализовать, тогда не понадобятся гидроэлектростанции, мощные ЛЭП, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разными компаниями.

С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, так как она не окупится, ведь электричество становится бесплатным, именно по этой причине патент №645576 до сих пор ожидает своих инвесторов.

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы — как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотка, каким образом понижается или повышается напряжение у трансформатора за счет магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимоиндуктивность — обо всем этом смотрите в видео!

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку чтобы выставить рейтинг страницы

[Total: 0 Average: 0]

Принцип действия трансформатора для повышения напряжения

Открытие в далёком 1831 году великим учёным Фарадеем принципа электромагнитной индукции позволило по-новому взглянуть на многие законы электротехники. Именно основываясь на взаимодействие электромагнитных полей, через 45 лет после этого великий русский учёный П. Н. Яблочков получил патент на изобретение трансформатора. Классическое определение звучит так: трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее ток первичной обмотки одного напряжения, в ток вторичной обмотки с другим напряжением.

Индукционный эффект образуется при изменении электромагнитного поля, поэтому для работы трансформатора необходимо наличие напряжения с переменным током. Трансформация (передача) осуществляется преобразованием электрической энергии первичной обмотки в магнитное поле, а затем, во вторичной обмотке происходит обратное преобразование магнитного поля в электрическую энергию. В случае если количество витков вторичной обмотки будет превышать число витков первичной обмотки, то устройство будет называться повышающим трансформатором. При подключении обмоток в обратном порядке, получается понижающее устройство.

Устройство и принцип работы

Конструктивно повышающее устройство трансформации напряжения состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник собран из пластин электротехнической листовой стали. На него намотаны первичная и вторичная обмотки, из медного провода, различного диаметра. Толщина провода намотки трансформатора напрямую зависит от его выходной мощности.

Сердечник устройства может быть стержневым или броневым. При использовании изделия в сетях низкочастотного напряжения чаще всего применяются стержневые магнит проводы, которые по форме могут быть:

  • П-образные.
  • Ш-образные.
  • Тороидальные.

Изготавливаются сердечники из трансформаторного специального железа, от качественных характеристик которого и зависят многие общие параметры устройства. Набирается сердечник из тонких железных пластин, которые изолированы друг от друга лаком или слоем окиси, для уменьшения потерь за счёт вихревых токов. Могут применяться и готовые половинки, которые сделаны из сплошных железных лент.

Достоинства и недостатки сердечников

  • Наборные чаще применяются для устройства магнитопроводов с произвольным сечением, ограничивающимся только шириной пластин. Лучшие параметры имеют устройства трансформации напряжения с квадратным сечением. Недостатком такого типа сердечника считается необходимость плотного стягивания пластин, малый коэффициент заполнения пространства катушки, а также повышенное рассеивание магнитного поля устройства.
  • Витые сердечники намного проще наборных в сборке. Весь сердечник Ш-образного типа состоит из четырёх частей, а П-образный тип имеет только две части в своей конструкции. Технические характеристики такого трансформатора гораздо лучше, нежели чем наборного. К недостаткам можно отнести необходимость минимального зазора между частями. При физическом воздействии пластины частей могут отслаиваться, и, в дальнейшем очень трудно добиться плотного их прилегания.
  • Тороидальные сердечники имеют форму кольца, которое свито из трансформаторной железной ленты. Такие сердечники имеют самые лучшие технические характеристики и практически полное исключение рассеивания магнитного поля. Недостатком считается сложность намотки, особенно проводов с большим сечением.

В трансформаторах Ш-образного типа все обмотки обычно делаются на центральном стержне. В П-образном устройстве вторичная обмотка может наматываться на один стержень, а первичная — на другой. Особенно часто, встречаются конструктивные решения, когда разделённые пополам обмотки наматываются на оба стержня, а после соединяются между собой последовательно. При этом существенно сокращается расход провода для трансформатора, и улучшаются технические характеристики прибора.

Технические характеристики

Основными характеристиками при эксплуатации трансформатора считаются:

  • Напряжение входное.
  • Величина напряжения на выходе.
  • Мощность прибора.
  • Ток и напряжение холостого хода.

Величина отношения напряжений на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от количества витков в обмотках и остаётся неизменным при любом режиме функционирования устройства.

От диаметра проводов и от типа сердечника напрямую зависит мощность трансформатора, которая со стороны первичной намотки равна сумме мощностей вторичных обмоток, за исключением потерь.

Напряжение, получаемое на выходной обмотке устройства, без подключения нагрузки, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь за счёт разного сопротивления проводов обмотки.

От качественных показателей сердечника трансформатора полностью зависит величина тока холостого хода. В идеальном случае, ток первичной обмотки создаёт в сердечнике устройства магнитное поле переменного значения, по величине электродвижущая сила которого равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но вот в реальности величина электродвижущей силы всегда меньше напряжения на входе, за счёт возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для уменьшения величины тока холостого хода, требуется материал высокого качества при изготовлении сердечника и минимальный зазор между его пластинами. Таким условиям в большей мере соответствуют тороидальные сердечники.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

  • Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
  • Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
  • Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
  • Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
  • Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
  • Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
  • Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Обслуживание и ремонт

Желательно человеку, не знающему принцип действия электротехнических приборов, не заниматься ремонтными работами этого оборудования, из-за возможности поражения электрическим током. При ремонте и обслуживании трансформаторных устройств, единственное, что можно исправить, без недопустимых последствий, это перемотка трансформатора.

Перед началом любых ремонтных работ необходимо произвести проверку трансформатора:

  • Первым делом необходимо оценить состояние прибора при помощи визуального осмотра, так как порой, потемневшие и вздувшиеся участки, прямо указывают на неисправность обмотки трансформатора.
  • Определение правильности подключения устройства. Электрический контур, генерирующий магнитное поле обязательно должен быть подключён к первичной обмотке прибора. А вот вторая схема, потребляющая энергию трансформатора, должна быть включена в обмотку выходного напряжения.
  • Фильтрация выходного сигнала фазы определяется как для диодов и конденсаторов на вторичной обмотке устройства.
  • Следующим шагом нужно подготовить прибор к контрольному измерению параметров, т. е. снять защитные панели и крышки, чтобы получить свободный доступ к элементам схемы. С помощью тестера нужно в дальнейшем произвести измерение напряжения трансформатора.
  • Для проведения измерений, нужно подать питание на схему устройства. Измерение параметров первичной обмотки проводится тестером в режиме переменного тока. Если полученное значение меньше чем на 80% от ожидаемого, то неисправность может быть как в самом трансформаторе, так и в схеме всего устройства.
  • Проверку выходной обмотки осуществляют при помощи тестера. При этом проверяем обмотку как на возможность появления короткозамкнутых витков, так и на обрыв провода намотки катушки, по принципу измерения сопротивления (если сопротивление мало — то есть вероятность короткозамкнутых витков, а в случае когда сопротивление обмотки велико — обрыв).

После перемотки повышающего трансформатора напряжения, в случае неисправности обмотки, нужно собрать его в обратной последовательности, при этом особое внимание необходимо уделить наиболее плотному прилеганию пластин сердечника.

Самостоятельное изготовление или ремонт устройства предоставляется процессом очень сложным и трудоёмким. Для выполнения таких работ потребуется наличие необходимых материалов, а также умение производить некоторые специальные расчёты. В частности, нужно будет точно рассчитать количество витков в обмотке трансформатора, диаметр проводов для обмотки, а также сечение и тип сердечника устройства.

Поэтому лучше обратиться для проведения этих операций к квалифицированному человеку, знакомому с основными понятиями и свойствами электротехники и расчётами по необходимым формулам.

Измерительные трансформаторы — Основные принципы работы ~ Изучение электротехники

Пользовательский поиск

Измерительные трансформаторы используются для измерения и контроля. Они обеспечивают ток и напряжение, пропорциональные первичной обмотке, но представляют меньшую опасность для приборов и персонала.

Существует два различных класса измерительных трансформаторов: трансформатор напряжения и трансформатор тока.

Трансформаторы потенциала (PT) используются для понижения высокого напряжения, а трансформаторы тока (CT) используются для понижения тока.Функция трансформатора тока заключается в точном измерении напряжения на первичной обмотке, в то время как трансформатор тока используется для измерения тока на первичной обмотке.

Трансформатор потенциала

Трансформаторы потенциала (напряжения) имеют первичную и вторичную обмотки на общем сердечнике:
Схема трансформатора потенциала и символ в электрической цепи

Стандартные трансформаторы напряжения являются однофазными и обычно проектируются таким образом, чтобы вторичное напряжение поддерживало фиксированное соотношение с первичным напряжением.Трансформаторы потенциала используются с вольтметрами, ваттметрами, ваттметрами, измерителями коэффициента мощности, частотомерами, синхроскопами и синхронизирующими устройствами, защитными и регулирующими реле, катушками отключения при пониженном и повышенном напряжении автоматических выключателей.

Как правило, трансформатор напряжения предназначен для подключения параллельно с линиями для преобразования и понижения линейного напряжения до 115 или 120 вольт для измерения или работы реле. Обычно они имеют номинал от 50 до 200 ВА (вольт-ампер) при 120 вторичном вольт.Вторичные клеммы никогда не должны замыкаться накоротко, так как это может привести к сильному току, который может повредить обмотки.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока преобразует линейный ток в значения, подходящие для стандартных защитных реле и приборов. Первичная обмотка трансформатора тока имеет несколько витков, в то время как вторичная обмотка может иметь очень много витков, что приводит к понижению тока, как показано на схеме ниже:

Схема трансформатора тока и символ в электрической цепи

Трансформаторы тока используются с амперметрами, ваттметрами, измерителями коэффициента мощности, ваттметрами, компенсаторами, защитными и регулирующими реле и катушками отключения автоматических выключателей.Вторичная обмотка трансформаторов тока обычно рассчитана на 5 ампер.

В большинстве случаев трансформаторы тока имеют несколько ответвлений на вторичной обмотке для регулировки диапазона измерения тока на первичной обмотке.

Обратите внимание, что если вторичная обмотка трансформатора тока разомкнута, во вторичной обмотке возникает чрезвычайно высокое напряжение, которое опасно для персонала и может вывести трансформатор тока из строя. По этой причине вторичная обмотка трансформатора тока всегда должна быть закорочена перед извлечением реле из его корпуса или удалением любого другого устройства, с которым работает трансформатор тока.Это защищает трансформатор тока от перенапряжения.

Введение в трансформаторы | Строительство, работа, приложения

В этом руководстве мы увидим краткое введение в трансформаторы. Мы узнаем, что такое электрический трансформатор, конструкция трансформатора, принцип его работы, классификации трансформаторов, потери и КПД, а также некоторые области применения.

Введение в трансформаторы

Трансформатор — одно из наиболее распространенных устройств в электрической системе, которое связывает цепи, работающие при различных напряжениях.Они обычно используются в приложениях, где требуется преобразование переменного напряжения с одного уровня напряжения на другой.

Можно уменьшить или увеличить напряжение и ток с помощью трансформатора в цепях переменного тока в зависимости от требований электрического оборудования, устройства или нагрузки. В различных приложениях используется широкий спектр трансформаторов, включая силовые, измерительные и импульсные трансформаторы.

В целом трансформаторы делятся на два типа, а именно электронные трансформаторы и силовые трансформаторы.Рабочие напряжения электронных трансформаторов очень низкие и рассчитаны на низкие уровни мощности. Они используются в бытовом электронном оборудовании, таком как телевизоры, персональные компьютеры, CD / DVD-плееры и другие устройства.

Термин «силовой трансформатор» относится к трансформаторам с высокими номиналами мощности и напряжения. Они широко используются в системах выработки, передачи, распределения и коммунальных услуг для повышения или понижения уровней напряжения. Однако работа этих двух типов трансформаторов одинакова.Итак, давайте подробнее остановимся на трансформаторах.

Что такое электрический трансформатор?

Трансформатор — это статическое устройство (то есть не имеющее движущихся частей), которое состоит из одной, двух или более обмоток, которые магнитно связаны и электрически разделены с магнитным сердечником или без него. Он передает электрическую энергию от одной цепи к другой по принципу электромагнитной индукции.

Обмотка, подключенная к основному источнику переменного тока, называется первичной обмоткой, а обмотка, подключенная к нагрузке или от которой отводится энергия, называется вторичной обмоткой.Эти две обмотки с надлежащей изоляцией намотаны на многослойный сердечник, который обеспечивает магнитный путь между обмотками.

электрический трансформатор

Когда первичная обмотка запитана источником переменного напряжения, в сердечнике трансформатора будет создаваться переменный магнитный поток или поле. Эта амплитуда магнитного потока зависит от величины приложенного напряжения, частоты источника питания и количества витков на первичной стороне.

Этот поток циркулирует по сердечнику и, следовательно, связан с вторичной обмоткой.Основанное на принципе электромагнитной индукции, эта магнитная связь индуцирует напряжение во вторичной обмотке. Это называется взаимной индукцией между двумя цепями. Напряжение вторичной обмотки зависит от количества витков вторичной обмотки, а также от магнитного потока и частоты.

Трансформаторы широко используются в электроэнергетических системах для создания переменных значений напряжения и токов с одинаковой частотой. Следовательно, за счет соответствующего соотношения витков первичной и вторичной обмоток трансформатор получает желаемое соотношение напряжений.

В начало

Конструкция трансформатора

Основными частями трансформатора являются сердечник, обмотки, контейнер или бак, вводы, расширитель и радиаторы.

Сердечник

Для приложений большой мощности сердечник трансформатора изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью, который обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока. Поперечное сечение жилы может быть квадратным или прямоугольным.

Обычно трансформаторы с железным сердечником обеспечивают лучшее преобразование мощности по сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником.Трансформаторы с воздушным сердечником используются для высокочастотных применений (выше 2 кГц), тогда как для низкочастотных применений (ниже 2 кГц) используются трансформаторы с железным сердечником.

Во всех типах трансформаторов сердечник состоит из пластин из кремнистой стали или листовой стали, которые собираются таким образом, чтобы обеспечить непрерывный магнитный путь для магнитного потока. С этим слоистым сердечником потери на вихревые токи минимизированы.

Толщина этих многослойных стальных листов составляет от 0,35 до 5 мм, они изолированы лаком, оксидом или фосфатом, а затем формируются в виде сердечника.

Для улучшения магнитных свойств используется горячекатаная сталь с ориентированным зерном (HRGO), или холоднокатаная сталь с ориентированным зерном (CRGO), или листы с высоким содержанием B (HiB). В случае небольших трансформаторов сердечник сконструирован из горячекатаных листов кремнистой стали в форме E, и используются I, C и I или O.

Конструкция
Обмотки

Обычно (двухобмоточный) трансформатор имеет две обмотки, а именно первичную и вторичную обмотки, которые сделаны из высококачественной меди.

Изолированные многожильные проводники используются в качестве обмоток для передачи больших токов.Эта изоляция позволяет избежать контакта витков с другими витками.

обмоток трансформатора

Напряжение, подключенное к первичной обмотке, называется первичным напряжением, тогда как индуцированное напряжение во вторичной обмотке называется вторичным напряжением. Если вторичное напряжение больше первичного, оно называется повышающим трансформатором, а если меньше — понижающим трансформатором. Поэтому обмотки обозначаются как обмотки ВН и НН в зависимости от уровня напряжения.

По сравнению с обмоткой НН, обмотка ВН требует большей изоляции, чтобы выдерживать высокие напряжения, а также большего зазора между сердечником и корпусом.

Катушки трансформатора могут быть концентрическими или многослойными. Концентрические катушки используются в трансформаторах с сердечником, тогда как многослойные катушки используются в трансформаторах с корпусом. При концентрическом расположении обмотка НН размещается рядом с сердечником, а обмотка ВН размещается вокруг обмотки НН для обеспечения низких требований к изоляции и зазорам. Наиболее часто используемые катушки для трансформатора включают спиральные, многослойные, дисковые и перекрестные катушки.

Другими необходимыми частями трансформатора являются расширительный бак, который используется для обеспечения необходимого хранения масла, чтобы давление масла при больших нагрузках стабилизировалось.Когда масло в трансформаторе нагревается, естественно, масло расширяется и сжимается. При этом масло подвергается сильному давлению, поэтому без расширительного бака существует вероятность взрыва трансформатора.

Проходные изоляторы обеспечивают изоляцию выходных клемм, снимаемых с обмоток трансформатора. Это могут быть фарфоровые вводы или вводы конденсаторного типа, которые выбираются в зависимости от уровня рабочего напряжения. Из-за простой, прочной и прочной конструкции трансформаторы требуют небольшого обслуживания.Из-за отсутствия движущихся частей КПД трансформатора очень высок, который может варьироваться от 95% до 98%.

Вернуться к началу

Классификация трансформаторов

Трансформаторы подразделяются на несколько типов в зависимости от различных факторов, включая номинальное напряжение, конструкцию, тип охлаждения, количество фаз в системе переменного тока, место, где он используется, и т. Д. мы обсудим некоторые из этих типов трансформаторов.

На основе функции

Трансформаторы подразделяются на два типа на основе преобразования уровня напряжения.Это повышающие и понижающие трансформаторы.

Повышающие трансформаторы

В повышающем трансформаторе вторичное напряжение больше первичного. Это связано с меньшим количеством катушек в первичной обмотке по сравнению с вторичной. Этот тип трансформатора используется для повышения напряжения до более высокого уровня. Они используются в системах передачи и рассчитаны на более высокие уровни мощности.

Понижающие трансформаторы

В понижающем трансформаторе вторичное напряжение меньше первичного из-за меньшего количества витков во вторичной обмотке.Следовательно, этот тип трансформатора используется для понижения напряжения до определенных уровней цепи. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор, чтобы поддерживать рабочий диапазон схемы на уровне указанного более безопасного предела напряжения. Эти типы трансформаторов используются в распределительных системах (силовые трансформаторы) и в электронных схемах (электронные трансформаторы).

Следует отметить, что трансформатор является обратимым устройством, поэтому его можно использовать как повышающий, так и понижающий трансформатор. Например, если цепи требуется высокое напряжение, мы подключим клеммы ВН к нагрузке, тогда как нагрузке или цепи требуется низкое напряжение, мы подключим клеммы НН к нагрузке.

Соотношение напряжений трансформатора определяется соотношением витков. Чем больше витков в обмотке, тем выше будет создаваемое в ней напряжение. Следовательно, понижающий трансформатор имеет меньшее количество витков на вторичной обмотке для получения низкого напряжения и больше витков на первичной обмотке, чтобы выдерживать высокие уровни напряжения источника переменного тока.

Соотношение витков = первичное напряжение / вторичное напряжение = первичное / вторичное

Отношение витков: VP / VS = NP / NS

На основе конструкции сердечника

На основании конструкции трансформаторы подразделяются на два типа: способ размещения обмоток вокруг сердечника.Это трансформаторы с сердечником и оболочкой.

Трансформатор с сердечником
Трансформатор с сердечником

В трансформаторе этого типа обмотки окружают значительную часть сердечника. Обычно распределительные трансформаторы бывают сердечникового типа. Некоторые из крупных силовых трансформаторов имеют корпусный тип.

В трансформаторах с сердечником используются цилиндрические катушки с формованной обмоткой, и эти катушки могут быть прямоугольными, овальными или круглыми. Для трансформатора с сердечником небольшого размера используется простой прямоугольный сердечник с цилиндрической катушкой круглой или прямоугольной формы.

А для трансформаторов с сердечником большого размера используется крестообразный сердечник с круглыми или круглыми цилиндрическими катушками. В большинстве трансформаторов с сердечником используются цилиндрические катушки из-за их механической прочности. Эти цилиндрические катушки намотаны спиральными слоями и изолированы друг от друга изолирующими материалами, такими как ткань, бумага, слюда и т. Д.

Обмотку низкого напряжения легко изолировать по сравнению с обмоткой высокого напряжения; следовательно, он расположен ближе к сердцевине.

Трансформатор кожухового типа

В трансформаторе кожухового типа железный сердечник окружает значительную часть медной обмотки как обратный случай трансформатора сердечника.В этом типе катушки также предварительно намотаны, но представляют собой многослойные катушки дискового типа, намотанные в виде блинов. Эти многослойные дисковые катушки в разных слоях разделены друг от друга бумагой. Вся обмотка состоит из уложенных друг на друга дисков, а между катушками предусмотрено изоляционное пространство для образования горизонтальных изолирующих и охлаждающих каналов.

Трансформатор Berry — это наиболее часто используемый трансформатор кожухового типа. В корпусном типе сердечник имеет три плеча, а обмотки намотаны вокруг центрального плеча.Обмотки как низкого, так и высокого напряжения разделены на разные катушки, которые расположены поочередно. Между обмотками НН зажаты обмотки ВН. Опять же, чтобы снизить требования к изоляции, обмотки низкого напряжения размещаются рядом с сердечником. Этот тип конструкции предпочтителен для трансформаторов с высокими номиналами.

трансформатор кожухового типа
в зависимости от типа питания

В зависимости от типа источника питания трансформаторы могут быть одно- или трехфазными. Однофазные трансформаторы предназначены для работы в однофазной системе; поэтому он имеет две обмотки для преобразования уровней напряжения.Они используются на удаленных концах системы распределения электроэнергии. Они имеют меньшую номинальную мощность по сравнению с трехфазными трансформаторами. Для этого типа трансформатора в основном используется конструкция с сердечником.

Для работы с трехфазной системой нам понадобятся три однофазных трансформатора. Таким образом, из соображений экономической выгоды трехфазный трансформатор рассматривается для трехфазного режима работы. Он состоит из трех обмоток или катушек, которые подключены надлежащим образом в соответствии с входным напряжением. Этот тип трансформаторов, первичная и вторичная обмотки подключаются по схеме звезда-треугольник или треугольник-звезда в зависимости от требований к напряжению нагрузки

На основе использования
  1. Силовой трансформатор
  2. Распределительный трансформатор
  3. Измерительный трансформатор
Другие типы трансформаторов

В зависимости от типа охлаждения они классифицируются как

  1. Трансформатор с воздушным охлаждением
  2. Трансформатор с воздушным охлаждением
  3. Масляный трансформатор с самоохлаждением
  4. Масляный трансформатор с водяным охлаждением
  5. Масляный трансформатор с принудительным масляным охлаждением

Вернуться к началу

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции между двумя катушками или обмотками, которые связаны общим магнитным потоком.Когда первичная обмотка запитана от источника переменного тока, в первичной обмотке устанавливается магнитный поток.

Этот поток связан как с первичной, так и с вторичной обмотками, поскольку сердечник обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока. Следовательно, большая часть потока, создаваемого первичной обмоткой, связана с вторичной обмоткой. Это называется основным потоком или полезным потоком. Кроме того, поток, который не связан с вторичной обмоткой, называется потоком рассеяния. Большинство трансформаторов имеют низкий поток утечки для уменьшения потерь.

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, эта магнитная связь как с первичной, так и с вторичной обмотками индуцирует в них ЭДС. Эта ЭДС, наведенная в каждой обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. Напряжение или ЭДС, индуцированное в первичной обмотке, называется обратной ЭДС, которая противодействует входному напряжению питания до такой степени, что первичный ток не протекает.

Но небольшой ток намагничивания протекает через первичную обмотку трансформатора. ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, представляет собой напряжение холостого хода.Если вторичная цепь замкнута или нагрузка подключена, вторичный ток начинает течь через нее, что приводит к созданию размагничивающего магнитного потока. Из-за этого размагничивающего потока возникает дисбаланс между приложенным напряжением и обратной ЭДС.

Чтобы восстановить баланс между этими двумя, больше тока потребляется от источника питания, так что эквивалентное магнитное поле создается для баланса с вторичным полем.

Поскольку одинаковый взаимный поток разрезает обе обмотки, ЭДС, индуцированная в каждом витке обеих обмоток, одинакова.Следовательно, общая наведенная ЭДС в каждой обмотке должна быть пропорциональна количеству витков в этой обмотке. Это оказывается для установления известной зависимости между наведенной ЭДС и числом витков. И задается как

E1 / E2 = N1 / N2

Поскольку напряжения на клеммах обеих обмоток немного отличаются от их наведенных ЭДС, мы можем записать как

V1 / V2 = N1 / N2

Это называется как коэффициент трансформации трансформатора. Это значение преобразования больше единицы в случае повышающего трансформатора и меньше единицы в понижающем трансформаторе.

С точки зрения баланса витков в ампер,

I1N1 = I2N2

I1 / I2 = N2 / N1

В начало

Эквивалентная схема трансформатора

Эквивалентная схема машины или устройства — это просто интерпретация уравнений который сочетает в себе постоянные и переменные резисторы и реактивные сопротивления, что точно имитирует или полностью описывает поведение машины.

Как правило, проблемы, связанные с напряжением и током трансформатора, могут быть решены с помощью векторных диаграмм.Однако, чтобы упростить вычисления, очень удобно представить трансформатор эквивалентной схемой.

Применяя теорию прямых цепей к этой эквивалентной схеме, мы можем легко определить ток и напряжения в трансформаторе.

На приведенном выше рисунке показана эквивалентная схема трансформатора, в которой предполагается, что сопротивление и реактивное сопротивление как первичной, так и вторичной обмоток являются внешними (показаны отдельно) по отношению к обмотке.Ток холостого хода Io представляет собой комбинацию намагничивающей составляющей Iu и активной составляющей Iw.

Следовательно, влияние тока намагничивания представлено как Xo, а влияние активного компонента или компонента потерь в сердечнике представлено неиндуктивным резистивным Ro. И Ro, и Xo подключены через первичную обмотку, как показано на рисунке. Эта параллельная комбинация называется эквивалентной схемой при отсутствии нагрузки.

Когда нагрузка подключена к вторичной обмотке, ток I2 начинает течь через вторичную цепь и вызывает падение напряжения на X2 и R2.Как упоминалось выше, из-за вторичного тока I2 первичная обмотка потребляет больше тока. Таким образом, первичный ток I1 вызывает значительное падение на R1 и X1.

Для упрощения расчетов эквивалентная схема дополнительно упрощена за счет переноса вторичных сопротивлений и реактивных сопротивлений на первичную сторону, так что на соотношение E2 / E1 не влияет ни фаза, ни величина.

Первичный эквивалент вторичной ЭДС

E2 ‘= E2 / K

Где K — коэффициент трансформации

Аналогично первичный эквивалент вторичного напряжения на клеммах

V2′ = V2 / K

Первичный эквивалент вторичного тока составляет

I2 ‘= I2 / K

Пусть R2′ — это сопротивление, передаваемое на первичную сторону, которое вызывает падение первичной обмотки, такое же, как и во вторичной обмотке.Итак, I2’R2 ’- это падение напряжения в первичной обмотке на R2’. Оказывается, соотношение I2’R2 ’и I2R2 должно быть таким же, как и отношение N1 / N2 (отношение оборотов).

Следовательно,

(I2’R2 ‘) / (I2R2) = (N1 / N2) = (1 / K)

R2′ = R2 × (I2 / I2 ‘) × (1 / K)

Но (I2 / I2 ‘) = (N1 / N2) = (1 / K)

Следовательно, R2′ = R2 / K 2

Аналогично X2 ‘= X2 / K 2

Таким же образом сопротивление нагрузки и реактивное сопротивление также могут передаваться на первичную обмотку.Со всеми этими переданными значениями точная эквивалентная схема трансформатора показана ниже.

Также возможно передать первичное сопротивление и реактивное сопротивление (или просто импеданс) вторичному, так же как вторичное сопротивление и реактивное сопротивление (или импеданс) передаются первичному. Пусть R1 ‘и X1’ — это сопротивление и реактивное сопротивление, передаваемые на вторичную сторону от первичной, тогда

R1 ‘= K 2 R1

X1′ = K 2 X1

Следует отметить, что ток холостого хода составляет небольшую часть тока полной нагрузки, а также E1 отличается от V1 на небольшую величину, и, следовательно, ток I2 ‘практически равен I1.

Таким образом, падением напряжения из-за тока холостого хода Io на R1 и X1 можно пренебречь. Следовательно, точная эквивалентная схема дополнительно упрощается за счет смещения параллельной ветви холостого хода влево, состоящей из Ro и Xo, в крайнее левое положение, как показано на рисунке ниже.

Эта схема называется соответствующей схемой замещения трансформатора относительно первичной обмотки. Следовательно, анализ упрощается за счет добавления последовательных сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Вернуться к началу

Потери в трансформаторе

Трансформатор не имеет движущихся частей и, следовательно, в нем отсутствуют механические потери.Следовательно, потери в трансформаторе считаются потерями электроэнергии. В трансформаторе существуют два типа электрических потерь: потери в сердечнике и потери в меди.

Потери в сердечнике или в железе

Эти потери включают в себя как гистерезисные, так и вихретоковые потери.

Магнитный поток, создаваемый в сердечнике трансформатора, переменный; тем самым он подвергается циклу намагничивания и размагничивания. При этом требуется соответствующая мощность для непрерывного реверсирования элементарных магнитов железного сердечника.Это называется эффектом гистерезиса, и из-за этого происходит значительная потеря энергии.

Потери гистерезиса = K ч B м 1,67 fv Вт

Где,

K h = Константа гистерезиса

B м = Максимальная частота потока

v =

объем сердечника

Поскольку сердечник трансформатора состоит из ферромагнитных материалов, которые также являются хорошими проводниками. Следовательно, магнитный поток, связанный с сердечником, вызывает в сердечнике ЭДС.Следовательно, сердечник создает в сердечнике вихревые токи, вследствие чего в сердечнике возникают значительные потери на вихревые токи.

Потери на вихревые токи = K e B м 2 f 2 t 2 Вт на единицу объема

Где

K e = Вихретоковая постоянная

t = толщина core

Из двух приведенных выше уравнений следует заметить, что напряжение питания при фиксированной частоте является постоянным и, следовательно, поток, в свою очередь, плотность потока в сердечнике почти постоянна.Следовательно, и гистерезис, и потери на вихревые токи постоянны при всех нагрузках. Следовательно, потери в сердечнике также называют постоянными потерями.

За счет использования высококачественных материалов сердечника, таких как кремнистая сталь, имеющая очень низкую петлю гистерезиса, гистерезисные потери минимизируются или уменьшаются. С другой стороны, потери на вихревые токи минимизируются за счет использования многослойного сердечника. Эти постоянные потери или потери в сердечнике могут быть измерены путем разомкнутой цепи трансформатора.

Потери в меди

Эти потери возникают в сопротивлениях обмоток трансформатора, когда по нему проходит ток нагрузки.Общие потери в меди в трансформаторе рассчитываются путем сложения потерь в меди в первичной и вторичной обмотках. Они обнаруживаются проведением короткого замыкания на трансформаторе.

Другие потери в трансформаторе включают диэлектрические потери и потери паразитной нагрузки. Паразитные потери являются результатом вихревых токов в баке и проводниках обмотки. Диэлектрические потери возникают в изоляционных материалах, таких как масляная и твердая изоляция трансформатора.

В начало

КПД трансформатора

Это отношение полезной выходной мощности к входной мощности трансформатора, работающего при определенной нагрузке и коэффициенте мощности.

КПД = выход / вход

= выход / (выход + общие потери) или

= (вход — потери) / вход

= 1- (потери / вход)

Обычно КПД трансформатора выражается в диапазон от 95 до 98%. Из приведенного выше уравнения эффективности можно отметить, что эффективность зависит от ватт, а не от вольт-амперной характеристики. Следовательно, при любом вольт-амперном диапазоне КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности. КПД максимален при единичном коэффициенте мощности и определяется путем расчета общих потерь при испытаниях OC и SC.

В начало

Применения трансформаторов

  • Повышение или понижение уровня напряжения в системах передачи энергии, таких как системы передачи и распределения.
  • Для изоляции цепей низкого напряжения от цепей высокого напряжения на подстанциях, цепях управления в промышленности и т. Д.
  • Измерительные трансформаторы, такие как трансформаторы тока и напряжения, используются в системах защиты и индикации счетчиков.
  • Они также используются для согласования импеданса.

Вернуться к началу

▷ Что такое трансформатор?

Вот статья Насира, одного из членов сообщества. Если вы также хотите отправить статью, отправьте нам письмо .

Трансформатор — это устройство, которое передает электрический ток из одной цепи в другую, обычно по принципу взаимной индукции. Во время этого процесса частота остается постоянной, а напряжение можно увеличивать или уменьшать в зависимости от необходимости.

Эта передача электричества происходит с помощью двух катушек. Одна из них, известная как первичная катушка, подключена к источнику переменного тока. Другой известен как вторичная катушка, и он подключен к внешней цепи. Это составляет базовую структуру трансформатора и показано ниже:


Принцип работы трансформатора

Трансформатор работает по принципу закона взаимной индукции Фарадея. Этот принцип гласит, что скорость изменения потока прямо пропорциональна индуцированному электромагнитному потоку.

Точно так же в трансформаторе, когда переменный ток течет через одну из катушек, он создает вокруг нее магнитное поле, которое постоянно создает изменяющийся магнитный поток, и поэтому, когда другая катушка приближается к ней, часть ЭДС также индуцируется и во вторичной катушке. Поскольку вторичная обмотка образует замкнутый контур, ЭДС также создает в нем ток.

Короче говоря, эта взаимная индукция между катушками отвечает за передачу электроэнергии.


Эти обмотки обычно изготавливаются на железном сердечнике, чтобы усилить магнитное поле, а затем ламинируются, чтобы поток не ослабевал из-за воздуха, который является идеальным изолятором. Но все же наблюдаются некоторые потери мощности, такие как потери на вихревые токи и потери на гистерезис.

Типы трансформаторов

Классифицируемые по возрастанию напряжения, мы в первую очередь классифицируем трансформаторы на две основные категории:

    1) Повышающий трансформатор
    2) Понижающий трансформатор

Если мы увеличим количество витков во вторичной катушке, так что они станут больше, чем количество витков в первичной обмотке, индуцированное напряжение может быть увеличено в прямом связь.то есть, если количество витков во вторичной обмотке в десять раз превышает количество витков в первичной обмотке, то индуцированное напряжение также будет в десять раз больше, чем в первичной обмотке.

Аналогично, если количество витков в первичной катушке больше, чем количество витков во вторичной катушке, индуцированное напряжение будет меньше исходного напряжения.

Это свойство трансформатора действительно полезно при передаче электроэнергии, особенно на большие расстояния. Чтобы избежать потерь мощности, сначала используется понижающий трансформатор, а на приемном конце используется повышающий трансформатор, который повышает напряжение до необходимого уровня.Такие типы трансформаторов известны как однофазные, двухобмоточные трансформаторы напряжения.

Но также могут быть созданы двухфазные, трехфазные или более высокие трансформаторы, особенно для коммерческих и промышленных целей, где нагрузка довольно велика, в основном используются три фазы. Подключения трансформатора в 3 фазе показаны ниже:


Как видно из рисунка, трехфазный трансформатор будет иметь три первичные обмотки и три вторичные обмотки. Способ, которым три обмотки соединены друг с другом, может быть соединением треугольником или соединением Y.Оба они показаны ниже:


Если катушки соединены последовательно, образуя замкнутый контур, то соединение известно как соединение треугольником, но если три обмотки соединены так, что все они имеют общую точку, то образуется соединение Y-типа. Он имеет нейтральный провод в общей конечной точке. Обе эти связи эквивалентны и взаимообразуемы из одной формы в другую.

В следующей части этого руководства мы рассмотрим конструкцию трансформатора, который, я думаю, очень важен для инженера-электрика.Я объясню основы конструкции трансформатора, такие как обмотки и т. Д., И проверю, как спроектировать трансформатор.

Так что следите за обновлениями и подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте, чтобы получить эти удивительные обучающие программы в своем почтовом ящике. Заботиться.

Устройство и принцип действия 3-х фазного трансформатора

Силовой трансформатор — важное оборудование в электрической системе. Он используется для передачи и распределения электроэнергии для потребления.У вас должна быть машина с достаточно большой мощностью, чтобы удовлетворить потребности в передаче энергии на большие расстояния. Вот почему родился трехфазный трансформатор.

Так что же такое трехфазный трансформатор? И что это за структура? Давайте рассмотрим статью ниже.

Содержание

1. Что такое трехфазный трансформатор?

2. Устройство и принцип действия трехфазного трансформатора

а.Устройство 3-х фазного трансформатора

г. Принцип действия 3-х фазного трансформатора

3. Некоторые типы 3-х фазных трансформаторов

а. Трансформатор трехфазный закрытый

г. Трансформатор трехфазный открытый

г. Сухой трансформатор

4. Прейскурант на трансформаторы трехфазные

1. Что такое трехфазный трансформатор?

Трехфазный трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для передачи энергии или передачи переменных электрических сигналов между цепями посредством явления электромагнитной индукции Фарадея .

Трехфазные трансформаторы играют важную роль в системе передачи электроэнергии. Это оборудование в основном используется в промышленных целях для выработки, передачи и распределения электроэнергии. Трехфазные трансформаторы используются и устанавливаются в местах, потребляющих очень большое количество электроэнергии, таких как здания, квартиры, больницы, электростанции и т. Д.

2. Устройство и принцип действия трехфазного трансформатора

а.Конструкция трехфазного трансформатора

В состав трехфазного трансформатора входят 3 основных компонента:

  • Стальной сердечник — один из основных компонентов трехфазного трансформатора. Стальной сердечник трехфазного трансформатора имеет три магнитных столба для наматывания провода и магнит для замыкания магнитной цепи. Стальной сердечник машины изготовлен из листов электротехнической стали, с двух сторон покрыт изолирующей краской и собран вместе в цилиндрическую форму.
  • Трехфазная обмотка машины имеет шесть изолированных медных обмоток, намотанных вокруг цилиндра. Обмотка используется для приема и передачи энергии во время работы машины.
  • Кожухи трансформатора
  • также очень важны, помогая защищать и поддерживать срок службы трансформатора. Обычно корпус трехфазного трансформатора изготавливается из пластика, железа, стали и т. Д., В зависимости от конструкции машины и каждого производителя трехфазного трансформатора, они будут иметь разную конструкцию.

Внутри трехфазного трансформатора

б. Принцип действия трехфазного трансформатора

Принцип работы трехфазного трансформатора очень прост, трехфазные трансформаторы будут работать на основе двух физических явлений:

+ Электрический ток течет через генерируемый провод Магнитное поле

+ Изменение магнитного потока в катушке проводника создает индуцированное напряжение
Когда вы поймете принцип работы машины, вы быстро поймете порядок работы и принципы, обеспечивающие эффективную работу трехфазных трансформаторов и правильную мощность устройства.

3. Некоторые типы трехфазного трансформатора

Обычно трансформаторы классифицируются по классам напряжения, используемому сердечнику, компоновке и расположению обмотки. Ниже мы перечисляем наиболее часто используемые трехфазные трансформаторы на рынке сегодня:

  • Трехфазный трансформатор герметичного типа
  • Трансформатор трехфазный открытый
  • Сухой трехфазный трансформатор

а.Трехфазный трансформатор герметичного типа

Трехфазный трансформатор герметичного типа, охлаждаемый расширительными лопастями. Когда температура в VH высока, эти лопасти расширяются; воздух, идущий непосредственно через лопасти, помогает машине охладиться.

Трехфазный трансформатор закрытого типа

б. Трехфазный трансформатор открытого типа

Трехфазный трансформатор открытого типа имеет цикл охлаждения через вспомогательный масляный бак и лопасти вентилятора.Разница между открытым и герметичным типом заключается в дополнительном масляном баке.

Трехфазный трансформатор открытого типа MBT

г. Сухой трансформатор

Сухие трансформаторы, также известные как трансформаторы из формованного пластика, представляют собой трансформаторы с катушками, покрытыми эпоксидной смолой. В отличие от обычных трансформаторов, обмотки и магнитопроводы сухого трансформатора находятся под давлением воздуха. Сухие трансформаторы были созданы, чтобы преодолеть недостатки масляных трансформаторов.Сухие трансформаторы используются в особых условиях, таких как сильное загрязнение окружающей среды, влажность воздуха выше 95%, температура окружающей среды до — 25 ºC.

MBT — Сухой трехфазный трансформатор

Статьи по теме:

Что такое силовой трансформатор?

Назначение трансформатора

4. Прейскурант на трехфазные трансформаторы

Трехфазный трансформатор — флагманский продукт акционерного общества «MBT Electrical Equipment» (MBT) .Наша компания гордится тем, что является ведущим производителем и поставщиком престижных распределительных трансформаторов во Вьетнаме с более чем 20-летним опытом в области исследований и производства трансформаторов с командой сотрудников. Сотрудники компании обладают высокой квалификацией; рынок высоко оценил современное технологическое оборудование и станки, продукцию и услуги компании.


Обладая четырьмя заводами площадью более 20000 м2, MBT предлагает полную линейку продукции, включая однофазные трансформаторы, 3-фазные масляные трансформаторы герметичного типа, трансформаторы открытого типа, сухие трансформаторы и т. Д… К настоящему времени количество трансформаторов, которые MBT экспортировала на рынок, достигло более 50 000 единиц. Кроме того, существуют другие продуктовые линейки, такие как распределительные устройства среднего и низкого напряжения, киоски, одноколоночные интегрированные электростанции, стабилизаторы напряжения, реакторы переменного и постоянного тока и т.д …


Под девизом бизнеса: «Качество питает надежность» — обращаясь в MBT, клиенты всегда получат высококачественную продукцию, разумные цены, самые быстрые сроки доставки и лучшее гарантийное обслуживание.

Немедленно свяжитесь с +84913 006 538 или по электронной почте: [адрес электронной почты защищен] для бесплатной консультации и поддержки и получения наиболее выгодного предложения.

Принцип работы, конструкция и применение

Однофазный трансформатор — это электрическое устройство, которое принимает однофазное питание переменного тока и выдает однофазный переменный ток. Он используется при распределении электроэнергии в загородных районах, поскольку общий спрос и связанные с этим затраты ниже, чем у трехфазного распределительного трансформатора.Они используются в качестве понижающего трансформатора для понижения домашнего напряжения до подходящего значения без изменения частоты. По этой причине он обычно используется для питания электронных устройств в жилых домах. В этой статье обсуждается обзор однофазного трансформатора.

Что такое однофазный трансформатор?

Определение: Трансформатор — это устройство, преобразующее магнитную энергию в электрическую. Он состоит из двух электрических катушек, называемых первичной обмоткой и вторичной обмоткой.Первичная обмотка трансформатора получает энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Магнитная железная цепь, называемая «сердечником», обычно используется для намотки этих катушек. Хотя эти две катушки электрически изолированы, они связаны магнитным полем.

Когда электрический ток проходит через первичную обмотку трансформатора, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В зависимости от типа применения однофазный трансформатор используется для повышения или понижения напряжения на выходе.Этот трансформатор обычно представляет собой силовой трансформатор с высоким КПД и низкими потерями. Схема однофазного трансформатора приведена ниже.

однофазный трансформатор

Принцип однофазного трансформатора

Однофазный трансформатор работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Обычно за работу трансформатора в электрическом трансформаторе отвечает взаимная индукция между первичной и вторичной обмотками.

Работа однофазного трансформатора

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электроэнергию в одной цепи в другую цепь той же частоты.Он состоит из первичной и вторичной обмоток. Этот трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности.

Когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, ток течет в катушке и нарастает магнитное поле. Это состояние известно как взаимная индуктивность, и течение тока соответствует закону электромагнитной индукции Фарадея. Когда ток увеличивается от нуля до максимального значения, магнитное поле усиливается и определяется выражением dɸ / dt.

Этот электромагнит образует магнитные силовые линии и расширяется наружу от катушки, образуя путь магнитного потока.Витки обеих обмоток связаны этим магнитным потоком. Сила магнитного поля, создаваемого в сердечнике, зависит от количества витков в обмотке и силы тока. Магнитный поток и ток прямо пропорциональны друг другу.

работа однофазного трансформатора

Источник: Викимедиа

Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, он проходит через вторичную обмотку, вызывая на ней напряжение. Закон Фарадея используется для определения напряжения, индуцируемого на вторичной катушке, и определяется выражением:

Н.dɸ / dt

где,

‘N’ — количество витков катушки

Частота одинакова в первичной и вторичной обмотках.

Таким образом, мы можем сказать, что индуцированное напряжение одинаково в обеих обмотках, поскольку один и тот же магнитный поток связывает обе катушки вместе. Кроме того, полное индуцированное напряжение прямо пропорционально количеству витков в катушке.

Предположим, что первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по одному витку.При отсутствии потерь ток течет через катушку, создавая магнитный поток и индуцируя напряжение в один вольт на вторичной обмотке.

Из-за источника переменного тока магнитный поток изменяется синусоидально и определяется выражением:

ɸ = ɸ max Sin ωt

Соотношение между наведенной ЭДС E в обмотках катушки N витков определяется выражением,

E = N (d∅) / dt

E = N * ω * ɸ макс. cosωtφ

Emax = Nωɸ макс.

Erms = Nω / √202 макс = 2π / √2 * f * N * ɸ макс

Erms = 4.44 fNɸ max

Где

‘f’ — частота в герцах, определяемая как ω / 2π.

«N» — количество обмоток катушки

«» — величина магнитного потока в Webers

Приведенное выше уравнение является уравнением для ЭДС трансформатора. Для ЭДС первичной обмотки трансформатора E N будет числом витков первичной обмотки (NP), а для ЭДС E вторичной обмотки трансформатора число витков N будет (NS).

Конструкция однофазного трансформатора

В простом однофазном трансформаторе каждая обмотка намотана цилиндрически на пластине из мягкого железа отдельно для обеспечения необходимой магнитной цепи, которую обычно называют «сердечником трансформатора».Он предлагает путь, по которому поток магнитного поля индуцирует напряжение между двумя обмотками.

Как видно на рисунке выше, две обмотки расположены недостаточно близко, чтобы обеспечить эффективную магнитную связь. Таким образом, схождение и увеличение магнитной цепи рядом с катушками может улучшить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками. Для предотвращения потерь мощности от сердечника должны использоваться тонкие стальные листы.

В зависимости от того, как обмотки намотаны вокруг центрального стального многослойного сердечника, конструкция трансформатора делится на два типа

Трансформатор с сердечником

В этой конструкции только половина обмоток намотана цилиндрически вокруг каждой ветви трансформатор для усиления магнитной связи, как показано на рисунке ниже.Такая конструкция обеспечивает одновременное прохождение магнитных силовых линий через обе обмотки. Основным недостатком трансформатора с сердечником является поток утечки, который возникает из-за протекания небольшой части магнитных силовых линий за пределы сердечника.

трансформатор с сердечником
Трансформатор с кожухом

В этой конструкции трансформатора первичная и вторичная обмотки расположены цилиндрически на центральном плече, в результате чего площадь поперечного сечения в два раза больше, чем у внешних.В этом типе конструкции есть два замкнутых магнитных пути, а по внешнему краю течет магнитный поток / 2. Трансформатор корпусного типа преодолевает поток утечки, снижает потери в сердечнике и увеличивает КПД.

однофазный трансформатор-оболочка

Применения

Области применения однофазного трансформатора указаны ниже.

  • Для понижения сигналов на большие расстояния для поддержки домашних и коммерческих электронных устройств
  • В телевизорах для регулирования напряжения
  • Для повышения мощности в домашних инверторах
  • Для подачи электроэнергии в загородные районы
  • Для электрической изоляции двух цепей, поскольку первичная и вторичная цепи расположены далеко друг от друга.

Часто задаваемые вопросы

1).Что значит однофазный?

Однофазная система или цепь, которая генерирует или использует одно переменное напряжение

2). В домах используется однофазное питание?

Обычно дома питаются от однофазной сети

3). На каких принципах работает однофазный трансформатор?

Закон электромагнитной индукции и взаимной индукции Фарадея

4). Что такое «коэффициент трансформации» трансформатора?

NP / NS = VP / VS = n = Передаточное число

5).Дайте два варианта использования однофазного трансформатора

  • В телевизорах для регулирования напряжения
  • Для повышения мощности в домашних инверторах

Таким образом, однофазный трансформатор подходит для более легких электрических устройств. Это менее дорого и предпочтительнее поставлять электроэнергию в загородные районы. В этой статье подчеркивается принцип работы трансформатора, конструкция и применение однофазного трансформатора. Читатель может подробно узнать об однофазном трансформаторе из этой статьи.

Трансформатор

Трансформатор — это электрическое устройство, используемое для изменения значения переменного напряжения. трансформаторы широко используются в электромонтажных работах. Они встречаются ежедневно в промышленных, коммерческих и бытовых ситуациях. Они различаются по размеру от миниатюрных блоков, используемых в электронике, до огромных блоков, используемых на электростанциях. Эффективная передача и распределение электроэнергии по всей стране были бы невозможны без использования силовых трансформаторов.

Трансформаторы

также используются по соображениям безопасности на строительных площадках при использовании электроинструментов и в домашних условиях в ванной комнате в бритвах.Они используются в дверных звонках, а также для питания электронного оборудования, зарядных устройств, телевизоров, компьютеров, систем сигнализации и т. Д.

Трансформаторы

значительно различаются по конструкции, размеру и форме в зависимости от области применения.

Все трансформаторы работают по принципу взаимной индуктивности.

Обозначения трансформаторов

Конструкция трансформаторов

Трансформатор состоит из двух катушек проводов, называемых обмотками, намотанных на общий железный сердечник.Провод, используемый в двух обмотках, первичной и вторичной, покрыт изолирующим лаком. Обе катушки намотаны на железный сердечник, но изолированы от него. См. Рисунок 2.

Конструкция трансформатора

Принцип трансформатора

Когда проводник или катушка перемещается в постоянном магнитном поле, он перерезает линии магнитного потока, и в проводнике или катушке индуцируется ЭДС. Этот же принцип также применяется, когда проводник удерживается в неподвижном состоянии, а магнитный поток изменяется или изменяется.

Теперь рассмотрим переменный ток, приложенный к неподвижной катушке. Магнитное поле будет нарастать и разрушаться в катушке, непрерывно повышаясь и опускаясь в соответствии с приложенным переменным током, как показано на Рисунке 3.

Принцип работы трансформатора

Если вторая катушка (катушка 2) расположена рядом с первой катушкой (катушка 1), переменный магнитный поток в катушке 1 соединяется с катушкой 2. См. Рисунок 4. Это приводит к наведению ЭДС в катушке. 2. Это процесс, известный как взаимная индукция.

Принцип работы трансформатора 2

Если катушка 1 и катушка 2 установлены на железном сердечнике, магнитный поток вокруг обеих катушек будет сосредоточен. Такое расположение катушек и железного сердечника образуют законченное устройство, известное как трансформатор. См. Рисунок 5

Принцип работы трансформатора 3

Входная катушка трансформатора питается от источника переменного тока и называется первичной обмоткой. Выходная катушка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.Важно помнить, что между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического соединения. Единственная общая связь между двумя обмотками — магнитное поле.

Обороты и коэффициент напряжения

Взаимосвязь между числом витков первичной обмотки (N1) и числом витков вторичной обмотки (N2) вместе с первичным входным напряжением (U1) и вторичным выходным напряжением (U2) может быть выражена как соотношение или уравнение, как показано ниже.

Где:

N1 = Число витков первичной обмотки
N2 = Число витков вторичной обмотки
U1 = Входное напряжение первичной обмотки
U2 = Выходное напряжение вторичной обмотки

Эту формулу можно преобразовать, чтобы найти любую неизвестную, если известны три других.

ВТОРИЧНЫЙ ТОК

По закону Ома величина вторичного тока равна вторичному напряжению, деленному на сопротивление вторичной цепи. На рис.1 принято значение 100 Ом для R L и пренебрежимо малое сопротивление катушки.

Схема работы трансформатора Вторичный ток

МОЩНОСТЬ ВТОРИЧНОЙ

Мощность, рассеиваемая R L во вторичной обмотке I S 2 X R L или V

20 S или V

20 S
S , что в данном примере равно 100 Вт. Вычисления

Важно отметить, что мощность, используемая вторичной нагрузкой, такой как R L на рис.1 питается от генератора в первичной обмотке. Как нагрузка вторичной обмотки потребляет энергию от генератора первичной обмотки, можно объяснить следующим образом

При токе во вторичной обмотке его магнитное поле противодействует изменяющемуся потоку первичного тока. Затем генератор должен производить больший первичный ток, чтобы поддерживать самоиндуцированное напряжение на L P и вторичное напряжение, создаваемое в L S за счет взаимной индукции.Если вторичный ток удваивается, например, потому что сопротивление нагрузки уменьшается вдвое. Значение первичного тока также удвоится, чтобы обеспечить требуемую мощность вторичной обмотки. Следовательно, влияние вторичной мощности нагрузки на генератор такое же, как если бы R L находились в первичной обмотке, за исключением того, что во вторичной обмотке напряжение для R L повышается или на коэффициент поворотов.

СООТНОШЕНИЕ ТОКА

При нулевых потерях в трансформаторе мощность вторичной обмотки равна мощности первичной:

Коэффициент тока является обратной величиной коэффициента напряжения: то есть повышение напряжения во вторичной обмотке означает понижение тока и наоборот.Вторичный не генерирует энергию, а только берет ее от первичной обмотки. Следовательно, повышение или понижение тока определяется вторичным током I S , который определяется сопротивлением нагрузки на вторичном напряжении.

типов трансформаторов — AllumiaX Blog

Существуют различные типы трансформаторов, каждый со своим применимым применением. Однако основная цель их использования одна и та же — преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

В этом блоге мы будем стремиться познакомить читателей с основами и принципом работы трансформатора, типами трансформаторов в зависимости от напряжения, среды, использования, конфигурации и места использования, их преимуществами и ограничениями.

Трансформатор

Трансформатор — это электрическое устройство, которое может использоваться для передачи мощности от одной цепи к другой, используя принципы электромагнитной индукции. В трансформаторе есть два типа обмотки: i.е. Первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка означает обмотку, к которой подключен источник переменного тока, а вторичная обмотка означает обмотку, к которой подключена нагрузка. Напряжение будет повышаться или понижаться в цепи, но с пропорциональным увеличением или уменьшением номинального тока.

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея. Согласно законам Фарадея,

«Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке».

Закон Фарадея

Где,

E = наведенная ЭДС

N = количество витков

dϕ = Изменение потока

dt = Изменение во времени

Типы трансформаторов

Трансформатор

можно разделить на категории в зависимости от уровня напряжения, среды, использования, конфигурации и места использования. Теперь подробно остановимся на каждом типе.

1. На основе уровня напряжения

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения перечислены ниже.

  • Повышающий трансформатор
  • Понижающий трансформатор
  • Разделительный трансформатор

Повышающий трансформатор — это устройство, которое преобразует низкое напряжение на первичной стороне в высокое напряжение на вторичной стороне. Первичная обмотка катушки имеет меньшее количество витков, чем вторичная обмотка.

  • Передайте электроэнергию на большие расстояния по низкой цене.
  • Помогает снизить сопротивление на линии.
  • Способность работать непрерывно.
  • без задержек начинает работу сразу после установки.
  • Высокоэффективный и с очень небольшими потерями.
  • Не требует много времени и денег на обслуживание.
  • Приложения, предназначенные только для работы с переменным током.
  • Использовать круглосуточную систему охлаждения, т.е. сделать систему громоздкой.

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое напряжение на первичной стороне в низкое напряжение на вторичной стороне.Вторичная обмотка катушки имеет меньшее количество витков, чем первичная обмотка.

  • Простая передача энергии по низкой цене.
  • Высокая надежность и эффективность.
  • Обеспечивает различные требования к напряжению.
  • Требует значительного технического обслуживания, которое может привести к повреждению трансформатора.
  • Неустойчивость затрат на сырье.
  • Устранение неисправности требует больше времени.

Изолирующий трансформатор может быть повышающим или понижающим трансформатором, но значения первичного и вторичного напряжения всегда равны i.е. Передаточное отношение витков всегда равно 1. Это достигается при одинаковом количестве витков на первичной и вторичной обмотках. Изолирующие трансформаторы называют «изолированными».

Vs / Vp = Ns / Np, где Ns = Np

  • Обеспечьте безопасность электронных компонентов и людей от поражения электрическим током.
  • Подавите электрический шум.
  • Избегает контуров заземления.
  • Обеспечьте наличие запаса, даже если устройство сломано.
  • Применяются как измерительные трансформаторы
  • Обеспечьте любое необходимое напряжение.
  • Создают искажения на вторичной обмотке при работе в качестве импульсного трансформатора.
  • При подаче импульсного сигнала постоянного тока насыщение сердечника уменьшается.
  • Высокая стоимость.

2. На основе Core Medium

Типы трансформаторов в зависимости от типа сердечника перечислены ниже.

  • Трансформатор с воздушным сердечником
  • Трансформатор с железным сердечником
  • Трансформатор с ферритовым сердечником

Трансформаторы с воздушным сердечником предназначены для передачи радиочастотных токов — т.е.е., используемые в радиопередатчиках, устройствах связи и т. д. Как следует из названия, эти трансформаторы не имеют твердого сердечника, что делает их очень легкими, что делает их идеальными для портативных электронных устройств небольшого размера. Трансформаторы с воздушным сердечником создают магнитный поток, используя обмотки и проходящий через них воздух. Это помогает трансформатору с воздушным сердечником полностью исключить нежелательные характеристики ферромагнитного сердечника (потери на вихревые токи, гистерезис, насыщение и т. Д.)

  • Нулевое искажение.
  • Нулевое рассеяние качества сигнала.
  • Бесшумная работа.
  • Отсутствие потерь на гистерезис и вихревые токи.
  • Легче по весу.
  • Низкая степень связи (взаимная индуктивность)
  • Не подходит для использования в распределительных сетях.

В трансформаторе этого типа первичная и вторичная обмотки намотаны на несколько металлических пластин. Эти железные пластины обеспечивают идеальную связь с генерируемым потоком и выполняют аналогичные функции в диапазоне звуковых частот.Трансформаторы с железным сердечником широко используются и высокоэффективны по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

  • Обработка больших нагрузок при низкой частоте.
  • Предлагает меньшее сопротивление.
  • Высокоэффективный.
  • Большие потери на вихревые токи

Трансформатор с ферритовым сердечником — это трансформатор, магнитный сердечник которого изготовлен из феррита. Ферриты — это непроводящие керамические соединения, которые имеют ферромагнитную природу. Высокая магнитная проницаемость этих трансформаторов делает их идеальными для различных высокочастотных трансформаторов, регулируемых катушек индуктивности, широкополосных трансформаторов, синфазных дросселей, импульсных источников питания и радиочастотных приложений.

  • Магнитный тракт с низким сопротивлением.
  • Сильноточное сопротивление.
  • Обеспечивает низкие потери на вихревые токи на многих частотах.
  • Высокая магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и добротность.
  • Низкий коэффициент гистерезиса, чувствительность по постоянному току и искажение сигнала.
  • Легко насыщается (его плотность потока насыщения обычно <0,5 Тл).
  • Проницаемость меняется в зависимости от температуры.

3.На основе использования

Типы трансформаторов в зависимости от использования перечислены ниже.

  • Силовые трансформаторы
  • Распределительные трансформаторы

Основным принципом силового трансформатора является преобразование входа низкого напряжения в выход высокого напряжения. Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. Он имеет сложную конструкцию из-за высокой выработки электроэнергии и в основном устанавливается на генерирующих станциях и передающих подстанциях.Силовые трансформаторы используются в сетях передачи более высокого напряжения.

  • Подходит для высоковольтных систем (более 33 кВ).
  • Высокий уровень изоляции.
  • Минимизируйте потери мощности.
  • Рентабельность.
  • Нагружен на передающей станции в течение 24 часов, таким образом, потери в сердечнике и меди будут происходить в течение всего дня.
  • Большой.

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы представляют собой понижающие трансформаторы и используются в распределительных сетях промышленного и бытового назначения.Эти трансформаторы преобразуют высокое сетевое напряжение в напряжение, требуемое конечным потребителем, где электрическая энергия распределяется и используется на стороне потребителя. Эти трансформаторы используются для распределения мощности от электростанции в отдаленные места.

  • Маленький размер.
  • Простая установка.
  • Низкие магнитные потери.
  • Не всегда загружен полностью.
  • Обеспечивает КПД 50-70%.
  • Низкая магнитная индукция по сравнению с силовым трансформатором.
  • Регулярные колебания нагрузки.
  • Зависит от времени.

4. На основе электроснабжения

Типы трансформаторов в зависимости от конфигурации перечислены ниже.

  • Трансформатор однофазный
  • Трехфазный трансформатор

Когда есть только одна катушка на первичной стороне и одна катушка на вторичной стороне, трансформатор называется однофазным трансформатором.Здесь питание осуществляется по единственному проводнику. Этот тип трансформатора принимает однофазный переменный ток и выходной однофазный переменный ток, как правило, с различным уровнем напряжения, который работает в единой временной фазе. Эти типы трансформаторов чаще всего используются в бытовых приборах.

  • Простая сеть.
  • Рентабельность.
  • Самый эффективный источник питания переменного тока мощностью до 1000 Вт.
  • Подача только однофазной нагрузки.
  • используется для легких нагрузок и малых электродвигателей.
  • Минимальная мощность передачи.
  • Происходит сбой питания.

Трехфазный трансформатор означает, что мощность течет по трем проводам. Трехфазный трансформатор содержит шесть катушек, три катушки на первичной стороне и три катушки на вторичной стороне. Этот тип трансформатора принимает трехфазный переменный ток и выходной трехфазный переменный ток, как правило, с различным уровнем напряжения, который работает в единой временной фазе.Эти типы трансформаторов в основном используются в качестве силовых или распределительных трансформаторов

.
  • Большие двигатели или тяжелые материалы.
  • Передача энергии на большие расстояния через магнитное поле.
  • Максимальная мощность передачи.
  • Сбой питания не происходит.
  • Требуется множество систем охлаждения в зависимости от номинальной мощности трансформатора.
  • Комплексная сеть.

5.По месту использования

Типы трансформаторов в зависимости от места использования перечислены ниже.

  • Внутренние трансформаторы
  • Трансформаторы наружной установки

Внутренние трансформаторы обычно представляют собой трансформаторы сухого типа. В этих трансформаторах в качестве охлаждающей среды используется воздух, и обычно их соединения первичной и вторичной сторон изолированы. Трансформаторы сухого типа устанавливаются в зданиях и рядом с ними, поскольку они более безопасны для окружающей среды i.е. менее горючий. Этот тип трансформаторов считается идеальным для торговых центров, больниц, жилых комплексов и других коммерческих помещений.

  • Низкие эксплуатационные расходы.
  • Более безопасный вариант по сравнению с масляным трансформатором.
  • Более высокий операционный убыток.
  • Шумовое загрязнение.
  • Дорого.

Наружные трансформаторы обычно представляют собой масляные трансформаторы. В этих трансформаторах используется масло в качестве охлаждающей среды, и они предназначены для использования на открытом воздухе из-за возможности утечки масла и разливов, которые создают риск возникновения пожара, и должны быть защищены от воздействия окружающей среды.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *