Трансформатор. Виды трансформаторов.

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером Ⅰ символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток (Ⅱ и Ⅲ

) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

• Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.

• Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно,

  безопасность!

  Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.

  Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые

и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Трансформаторы: виды и назначение

Трансформаторами называются такие устройства, благодаря которым можно преобразовать напряжение. Они могут его повысить или понизить. В обычном трансформаторе обязательно есть две или больше обмотки, расположенные на железном сердечнике. Существуют трансформаторы, которые состоят исключительно из единственной обмотки. Устройства такого типа называются автотрансформаторами.

Сейчас для токовых трансформаторов существует классификация. Они бывают:

• Стержневые
• Броневые
• Тороидальные

Трансформатор в гофробаке

Все три вида устройств почти неотличимы своими характеристиками или надежностью. Однако их изготавливают совершенно по-разному. Стержневые трансформаторы имеют обмотку, включенную в стальной сердечник. Ее верх и низ часть можно отлично увидеть. В сердечнике броневых трансформаторов обмотка спрятана почти целиком. В стержневом трансформаторе обмотка располагается горизонтально.

В броневом трансформаторе обмотка может быть расположена еще и вертикально. Состоит любой трансформатор из трех частей: магнитной трансформаторной системы, или магнитопровода, обмоток, и охлаждающей системы.

Классификация

Тип трансформатора зависит от того, где он применяется и его прочих характеристик. Например, электрические сети городов, или предприятий требуют наличие силового трансформатора. Он может понизить вырабатываемое напряжение до стандартного.

Трансформатор, регулирующий ток, называют токовым трансформатором. Существует также трансформатор, регулирующий напряжение. Аналогично его называют трансформатором напряжения. Для обыкновенных сетей подходит устройство с единственной фазой. Однако, если в сети имеются провода фазы, ноля и заземления, то для такой сети будет необходим трехфазный трансформатор.

Бытовые трансформаторы, рассчитанные на 220В, необходимы для того, чтобы защищать домашнюю технику от резких скачков напряжения.
Чтобы разделить сварочные и силовые сети, необходимы специальные трансформаторы. Они помогают поддерживать напряжение в том состоянии, которое необходимо для проведения сварочных работ.

Если сеть пропускает через себя напряжение, превышающее шесть тысяч вольт, то в таком случае стоит использовать масляные трансформаторы.

В конструкцию масляных трансформаторов входят:

• магнитопроводы,
• обмотки,
• баки, и несколько крышек, имеющих вводы.

Для того, чтобы сделать один магнитопровод необходимо два стальных листа, которые надо обязательно изолировать друг от друга. Также необходимы алюминиевые либо медные обмотки. Напряжение можно регулировать с помощью специальных переключателей, расположенных на ответвлении.

Переключать ответвления можно двумя способами. Можно переключать, не отсоединяя трансформаторы от внешних сетей, но тогда это переключение будет осуществляться с нагрузками. Также можно не нагружать сеть, предварительно отключив трансформатор от нее. Часто трансформаторы регулируются именно таким способом.
Упоминая виды трансформаторов, нельзя забывать о том, что существуют и электронные трансформаторы. Они являются специальными питающими источниками, служащими для того, чтобы уменьшать стандартное напряжение еще сильнее.

Таким образом, из напряжения 220 В получится напряжение около 12 В. Размеры электрических трансформаторов не слишком велики, они заметно меньше, чем обычные трансформаторы.

Принцип работы

Где применяются

Физические законы устроены так, что проводимая мощность теряется прямо пропорционально силе тока в квадрате. Из-за этого, чтобы передать напряжение на большое расстояние, его необходимо сначала увеличить. Как только напряжение доходит до потребителя, его необходимо уменьшить. Поэтому так нужны повышающие и понижающие трансформаторы. Обычно их применяют именно для этого.

Трансформатор также может быть встроен в бытовой прибор. К примеру, для телевизора нужен трансформатор с несколькими обмотками, чтобы обеспечивать питание всем схемам, кинескопу и транзистору.

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты. Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

• По выполняемой задаче. Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
• По числу фаз. Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
• По количеству обмоток. Двухобмоточные и трехобмоточные.
• По месту монтажа. Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой. Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии.

Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:

• В сварочном оборудовании.
• Для электротермических устройств.
• В схемах электроизмерительных устройств и приборов.

Свойства и расчет трансформатора

Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:

• Номинальное значение напряжения и мощности.
• Наибольший ток обмоток.
• Габаритные размеры.
• Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Похожие темы:

Что такое трансформатор: виды, описание

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор – трансформатор, который используют для преобразования энергии в электрических сетях, а также установках, которые используют для работы с электрической энергией.

Автотрансформатор

Трансформатор с соединенными напрямую первичной и вторичной обмоткой, что обеспечивает им одновременно и электрическую, и электромагнитную связь. Как правило, обмотка трансформатора обладает минимум 3 выводами, подключение к которым позволяет получить разные напряжения. Одним из основных преимуществ такого типа трансформаторов является высокий КПД (так как преобразовывается лишь часть мощности). К недостаткам относится отсутствие электрической изоляции между первичной и вторичной цепью.

Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы применяются в установках переменного тока и служат в целях изоляции цепей измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения, а также в целях расширения пределов измерения измерительных приборов. Если бы включение измерительных приборов осуществлялось непосредственно в цепь высокого напряжения, то каждый из приборов мог бы стать попросту опасным для прикосновений. Во избежание этого конструкцию приборов пришлось бы значительно усложнить, так как сечение токоведущих частей должно было бы справляться с большими токами, а их изоляция – справляться с высоким напряжением.

Измерительные трансформаторы можно разделить на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Благодаря их использованию появляется возможность эксплуатации одних и тех же устройств со стандартными пределами измерения.

 В случае с измерительным трансформатором тока происходит преобразование большого тока в малый, а в случае с измерительным трансформатором напряжение осуществляется изменение высокого напряжения в низкое.

Трансформатор тока

Трансформатор, который используют в целях снижения первичного тока до отметки, применяемой в цепях измерения, управления, защиты и сигнализации. Вторичная обмотка обладает номинальным значением 1А и 5А. Включение первичной обмотки осуществляется в цепь с измеряемым переменным током. В свою очередь, во вторичную подключают измерительные приборы. Ток, который проходит по вторичной обмотке, пропорционален току, который проходит в первичной обмотке на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения

Трансформатор, который используют в целях преобразования высокого напряжения в более низкое в цепях, в измерительных цепях, а также цепях РЗиА. Благодаря использованию трансформатора появляется возможность изоляции логических цепей защиты и измерительных цепей от цепей высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Трансформатор, который используют в целях преобразования импульсных сигналов, чья длительность доходит до десятков микросекунд, с максимальным сохранением формы импульса. Обычно его применяют в тех случаях, когда требуется передача прямоугольного электрического импульса. Он трансформирует кратковременные видеоимпульсы напряжения, периодическое повторение которых сопровождается высокой скважностью. Как правило, главные требования, которые предъявляются к ИТ, включают в себя передачу формы трансформируемых импульсов напряжения в неискаженном виде. Кроме этого, во время воздействия на вход ИТ того или иного вида напряжения необходимо получить на выходе тот же самый импульс напряжения (в крайнем случае, другой полярности или амплитуды).

Разделительный трансформатор

Трансформатор, у которого первичная обмотка электрически никак не связана со вторичными обмотками. Основное предназначение силовых разделительных трансформаторов заключается в повышении безопасности электросетей, требования к которой возрастают в случае касаний земли, а также токоведущих и нетоковедущих частей, находящихся под напряжением в результате повреждения изоляции. Гальваническая развязка электрических цепей обеспечивается за счет сигнальных разделительных трансформаторов.

Пик-трансформатор

Трансформатор, который преобразует напряжение, имеющее синусоидальную форму, в импульсное напряжение, полярность которого изменяется через каждую половину периода.

Трансформаторы с минимальным и нормальным магнитным рассеянием

Трансформаторы СТЭ характеризуются тем, что их обмотка обладает минимальным магнитным рассеянием. При этом сила тока регулируется за счет винтового механизма дросселя, вынесенного отдельно.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в чем-то схожи с предыдущими. Основное различие между ними заключается в том, что присутствует дополнительная реактивная катушка, которая находится на главных стержнях магнитного сердечника и обмотке дросселя. Дроссель устанавливают на магнитный сердечник, при этом сила тока регулируется точно таким же образом, что и при работе с трансформатором СТЭ.

Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием

Главное отличие трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием от трансформаторов с низким и нормальным рассеянием заключается в наличии подвижной конструкции шунтов и обмоток. Благодаря такому подходу можно получить более высокие рабочие характеристики независимо от массы самого трансформатора.

Среди трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием можно найти модели с подвижными обмотками, к примеру, трансформаторы ТСК-300, ТД-300, ТС-500. Кроме этого, существуют модели, у которых имеются подвижные магнитные шунты (ТДМ-317 и СТШ-250). Также можно отметить модели с неподвижными подмагничивающими шунтами и обмотками (ТДФ-2001 и ТДФ-1001) и конструкции со сложной магнитной коммутацией (ВД-306 и ВДУ-506). На сегодняшний день чаще всего используются модели трансформаторов ТД и ТС, а также их модификации ТДЭ и ТДМ.

Тиристорные трансформаторы

Также стоит отметить тиристорные трансформаторы, работа которого основана фазовом регулировании силы тока за счет тиристоров, которые осуществляют преобразование поступающего переменного тока в знакопеременные импульсы.  Сначала такие трансформаторы, из-за нестабильности горения дуги, применялись исключительно при контактной и шлаковой сварке. Однако, по мере развития полупроводниковых технологий тиристорные сварочные трансформаторы претерпели определенные изменения и стали одними из лучших аппаратов, которые отлично подходят не только для шлаковой и точечной сварок, но и ручной дуговой.

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы используются в электротехнике для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое посредством электромагнитной индукции, с сохранением неизменной частоты при минимальных мощностных потерях.

Существуют различные типы трансформаторов по количеству фаз, числу обмоток, типу изоляции и виду охлаждения. Распространенная классификация устройств основана на том, куда погружается магнитная система (сердечник), то есть, по типу охлаждения. В этом случае выделяют трансформаторы:

• Масляные – погружение сердечника происходит в трансформаторное масло с диэлектрическими свойствами (оно находится в корпусе прибора)
• Сухие – в обмотку заливается эпоксидная смола
• Жидкостные – в качестве охлаждающей среды используются различные органические жидкости, то есть негорючие диэлектрики

Охлаждение для всех трех видов трансформаторов имеет свои нюансы. Для вашего удобства мы свели их в таблицу:

Вид трансформатора	Тип охлаждения	Обозначение
Сухие	Естественное воздушное – для открытого исполнения	С
	Аналогично – для защищенного исполнения	СЗ
	Аналогично – для герметичного исполнения	СГ
	Воздушное с дутьем	СД
Масляные	Естественная циркуляция воздуха и масла	М
	2 вида циркуляции – принудительная для воздуха и естественная для масла	Д
	2 вида циркуляции – естественная для воздуха и принудительная для масла	МЦ
	Принудительная циркуляция воздуха и масла	ДЦ
	2 вида циркуляции – принудительная для воды и естественная для масла	МВ
	Принудительная циркуляция воды и масла	Ц
Жидкостные	Естественное охлаждение – негорючий жидкий диэлектрик	Н
	Охлаждение негорючим жидким диэлектриком посредством дутья	НД

Среди этих трех типов наиболее популярны последние. Почему – об этом вы можете прочесть здесь, в одном из наших материалов. Мы же расскажем об основных критериях классификации трансформаторов по типам и чуть подробнее остановимся на сухих разновидностях.

Основные параметры классификации трансформаторов

• Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

• М – масляное
• Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
• Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
• С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

• Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
• Номинальная мощность + класс напряжения
• Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
• Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

• Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

• Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров

• Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

• Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

• Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

• Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

• 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
• 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
• 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
• 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
• 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
• 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

• Наличие/отсутствие регулятора выходного напряжения.
• Без расширителей, с азотной подушкой для защиты

Сухие трансформаторы

Несмотря на то, что масляные трансформаторы пользуются большой популярностью, широко востребованы силовые трансформаторы и сухого типа, в частности:

• Силовые трехфазные с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)
• Силовые трехфазный ТС и ТСЗ
• Сухие ТС и ТСЗ
• Трансформаторы собственных нужд (сухого типа) ТСКС

Назначение трехфазных сухих трансформаторов с воздушным охлаждением – преобразование электроэнергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Предельная мощность сухих трансформаторов – 2500 кВА.

Такие трансформаторы монтируются на производстве и в общественных зданиях – на любых объектах, где действуют повышенные требования в области пожарной безопасности, взрывозащищенности и экологичности, то есть, где использование масляного трансформатора является потенциальным риском. Единственное неудобство от сухих приборов – повышенный шум при работе.

Виды трансформаторов — Трансформаторы

   Силовой трансформатор . 
   Силовой трансформатор — это трансформатор, который преобразует электроэнергию в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

   Автотрансформатор . 
   Автотрансформатор — трансформатор, где первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4 . Существенным плюсом является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

   Трансформатор тока . 
   Трансформатор тока — трансформатор , первичная обмотка которого подключена к источнику тока .Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

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

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

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

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

устройство, классификация, принцип работы, видео

Трансформатор напряжения – это один из видов трансформаторов, который еще называют измерительным, предназначеннный для отделения первичных цепей высокого и сверх высокого напряжений и цепей измерений, РЗ и А. Также их используют для понижения высоких напряжений (110, 10 и 6 кВ) до стандартных нормируемых величин напряжений вторичных обмоток – 100 либо 100/√3.

Помимо этого, применение трансформаторов напряжение в электроустановках позволяет изолировать маломощные низковольтные измерительные приборы и устройства, что удешевляет стоимость и позволяет использовать более простое оборудование, а также обеспечивает безопасность обслуживания электроустановок.

Трансформаторы напряжения нашли широкое применение в силовых электроустановках высокого напряжения

От точности их работы зависит правильность коммерческого учета электроэнергии, селективность действия устройств РЗ и противоаварийной автоматики, также они служат для синхронизации и питания автоматики релейной защиты ЛЭП от коротких замыканий, и др.

Измерительный трансформатор конструктивно практически не отличается от стандартных силовых трансформаторов. Он состоит из обмоток: первичной и одной либо нескольких вторичных и стального сердечника, набранного листами электротехнической стали. Первичная обмотка имеет большее количество витков, в сравнении со вторичной. На первичную — подается напряжение, которое требуется измерить, а ко вторичным — подключаются ваттметр и пр. измерительные аппараты. Поскольку ваттметр имеет значительное сопротивление, то по вторичной принято считать, что протекает малый ток. Поэтому полагают, что измерительный трансформатор напряжения функционирует в режимах близких к холостому ходу.

Такие трансформаторы оснащают разъемами для подключения: первичная обмотка присоединяется к цепям силового напряжения, а ко вторичной могут подключены — реле, обмотки вольтметра или ваттметра и пр. приборы. Принцип действия у них аналогичен силовому трансформатору: трансформирование напряжения в измерительном трансформаторе производится переменным магнитным полем.

Интересное видео о работе и принципе устройста трансформаторов тока смотрите ниже:

Потери намагничивания обуславливают некоторую погрешность в классах точности.

Погрешность определяется:

Конструкцией предусматривается компенсация погрешности по напряжению благодаря уменьшению количества витков первичной обмотки, устранению угловой погрешности с помощью компенсирующих обмоток. Простейшая схема включения трансформатора напряжения

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:

1. По количеству фаз:
   • однофазные;
   • трехфазные.
2. По числу обмоток:
   • 2-х-обмоточные;
   • 3-х-обмоточные.
3. По способу действия системы охлаждения:
   • электрические устройства с масляным охлаждением;
   • электрические устройства с воздушной системой охлаждения ( с литой изоляцией либо сухие).
4. По способу установки и размещения:
   • для наружной установки;
   • для внутренней;
   • для комплектных РУ.
5. По классу точности: по нормируемым величинам погрешностей.

Виды трансформаторов напряжения

Рассмотрим несколько трансфомраторов напряжения разных производителей:

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-НТЗ-35-IV-11

Производиель — Невский трансформаторный завод «Волхов».

Назначение и область применение ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий.Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

Рисунок — Габаритные размеры трансформатора

Рисунок — схемы подключения обмоток трансформаторов

Характеристики:

1. Класс напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ — 27 35 27
2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 30 40,5 40,5
3. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 15,6 20,2 27,5
4. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В — 57,7 100
5. Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В — 100/3, 100 127
6. Номинальные классы точности основной вторичной обмотки — 0,2; 0,5; 1; 3

Ещё одно интересное видео о работе трансформаторов тока:

---

Трехфазная антирезонансная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛПМ(И)

Производитель «Свердловский завод трансформаторов тока»

Назначение 3хЗНОЛПМ(И)

Трансформаторы предназначены для установки в комплектные устройства (КРУ), токопроводы и служат для питания цепей измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц в сетях с изолированной нейтралью.

Трансформаторы изготавливаются в климатическом исполнении «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ 15150.

Рабочее положение — любое.

Расположение первичного вывода возможно как с лицевой так и с тыльной стороны трансформатора.

Трехфазная группа может комплектоваться в 4-ех вариантах:

• из трех трансформаторов ЗНОЛПМ — 3хЗНОЛПМ-6 и 3хЗНОЛПМ-10;
• из трех трансформаторов ЗНОЛПМИ — 3хЗНОЛПМИ-6 и 3хЗНОЛПМИ-10;
• из одного трансформатора ЗНОЛПМ (устанавливается по середине) и двух трансформаторов ЗНОЛПМИ (устанавливаются по краям) — 3хЗНОЛПМ(1)-6 и 3хЗНОЛПМ(1)-10;
• из двух трансформаторов ЗНОЛПМ (устанавливаются по краям) и одного трансформатора ЗНОЛПМИ (устанавливается по середине) — 3хЗНОЛПМ(2)-6 и 3хЗНОЛПМ(2)-10.

Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополниетльные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4А.

Внимание! При заказе трансформаторов напряжения для АИСКУЭ обязательно заполнение опросного листа.

Гарантийный срок эксплуатации — 5 (пять) лет со дня ввода трансформатора в эксплуатацию, но не более 5,5 лет с момента отгрузки с завода-изготовителя.

Срок службы — 30 лет.

---

НАМИТ-10-2

Производитель ОАО «Самарский Трансформатор»

Назначение и область применения

Трансформатор напряжения НАМИТ-10-2 УХЛ2 трехфазный масляный антирезонансный является масштабным преобразователем и предназначен для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учёта, защиты и сигнализации в сетях 6 и 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземлённой через дугогасящий реактор. Трансформатор устанавливается в шкафах КРУ(Н) и в закрытых РУ промышленных предприятий

Технические параметры трансформатора напряжения НАМИТ-10-2

1. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 6 или 10
2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 7,2 или 12
3. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки (между фазами), В — 100 (110)
4. Ннапряжение дополнительной вторичной обмотки (аД — хД), не более, В — 3
5. Класс точности основной вторичной обмотки — 0,2/0,5

Рисунок — Габаритные размеры и схема подключения.

Types of Transformer — разные типы трансформаторов

Существует различных типов трансформаторов , используемых в электроэнергетической системе для различных целей, таких как производство, распределение и передача и использование электроэнергии.

Различные типы трансформаторов: повышающий и понижающий трансформатор, силовой трансформатор, распределительный трансформатор, измерительный трансформатор, содержащий трансформатор тока и напряжения, однофазный и трехфазный трансформатор, автотрансформатор и т. Д.

Состав:

Различные типы трансформатора

Различные типы трансформатора, показанные на рисунке выше, подробно объяснены ниже.

Повышающий и понижающий трансформатор

Этот тип трансформатора классифицируется на основе количества витков в первичной и вторичной обмотках и наведенной ЭДС.

Повышающий трансформатор преобразует низковольтный сильноточный переменный ток в высоковольтную слаботочную систему переменного тока. В этом типе трансформатора количество витков во вторичной обмотке больше, чем количество витков в первичной обмотке.Если (В ₂ > В ₁ ) напряжение на выходе повышается и называется повышающим трансформатором

.

Понижающий трансформатор преобразует высокое первичное напряжение, связанное с низким током, в низкое напряжение с высоким током. В трансформаторе этого типа количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке. Если (В ₂ <В ₁ ) уровень напряжения на выходе понижается и известен как понижающий трансформатор

.

Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы используются в сетях передачи более высокого напряжения.Номиналы силового трансформатора следующие: 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ. В основном они рассчитаны на мощность более 200 МВА. В основном устанавливается на генерирующих станциях и передающих подстанциях. Они рассчитаны на максимальную эффективность 100%. Они больше по размеру, чем распределительный трансформатор.

При очень высоком напряжении мощность не может быть передана потребителю напрямую, поэтому мощность понижается до желаемого уровня с помощью понижающего силового трансформатора.Трансформатор загружен не полностью, поэтому потери в сердечнике происходят в течение всего дня, но потери в меди зависят от цикла нагрузки распределительной сети.

Если силовой трансформатор подключен к сети передачи, колебания нагрузки будут очень меньшими, так как они не подключены напрямую со стороны потребителя, но при подключении к распределительной сети будут колебания нагрузки.

Трансформатор нагружен на передающей станции в течение 24 часов, таким образом, потери в сердечнике и меди будут происходить в течение всего дня.Силовой трансформатор экономичен, когда мощность генерируется при низком уровне напряжения. Если уровень напряжения повышается, то ток силового трансформатора уменьшается, что приводит к потерям I ² R, а также увеличивается регулировка напряжения.

Распределительный трансформатор

Этот тип трансформатора имеет более низкие номиналы, такие как 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В. Они имеют номинальную мощность менее 200 МВА и используются в распределительной сети для преобразования напряжения в энергосистеме путем понижения напряжения. уровень, на котором электрическая энергия распределяется и используется на стороне потребителя.

Первичная обмотка распределительного трансформатора намотана эмалированным медным или алюминиевым проводом. Толстая лента из алюминия и меди используется для изготовления вторичной обмотки трансформатора, которая представляет собой обмотку с высоким током и низким напряжением. В качестве изоляции используется пропитанная смолой бумага и масло.

Масло в трансформаторе используется для

• Охлаждение
• Изоляция обмоток
• Защита от влаги

Различные типы распределительных трансформаторов подразделяются на следующие категории и показаны на рисунке ниже

• Место установки
• Тип изоляции
• Характер поставки

Распределительный трансформатор менее 33 кВ используется в промышленности, а 440, 220 В — в быту.Он меньше по размеру, прост в установке, имеет низкие магнитные потери и не всегда загружается полностью.

Так как он не работает при постоянной нагрузке в течение 24 часов, так как днем ​​его нагрузка находится на пике, а в ночное время он загружен очень слабо, поэтому эффективность зависит от цикла нагрузки и рассчитывается как эффективность на весь день. Распределительные трансформаторы рассчитаны на максимальный КПД от 60 до 70%

Использование распределительного трансформатора

• Применяется в насосных станциях с уровнем напряжения ниже 33 кВ
• Электроснабжение электропроводов железных дорог электрифицированных АС
• В городских районах многие дома питаются от однофазного распределительного трансформатора, а в сельской местности может быть возможно, что для одного дома потребуется один единственный трансформатор в зависимости от нагрузки.
• Многоканальные распределительные трансформаторы используются в промышленных и коммерческих помещениях.
• Используется в ветряных электростанциях, где электроэнергия вырабатывается ветряными мельницами. Там он используется как коллектор для подключения подстанций, удаленных от ветроэнергетической системы.

Измерительный трансформатор

Трансформатор тока

• Трансформатор тока используется для измерения, а также для защиты. Когда ток в цепи является высоким для подачи непосредственно на измерительный прибор, трансформатор тока используется для преобразования большого тока в желаемое значение тока, необходимого в цепи.

Первичная обмотка трансформатора тока подключена последовательно к основному источнику питания и различным измерительным приборам, таким как амперметр, вольтметр, ваттметр или катушка защитного реле. У них есть точный коэффициент тока и фазовое соотношение, позволяющее измерить точность измерения на вторичной стороне. Термин «отношение» имеет большое значение в компьютерной томографии.

Например, если его соотношение составляет 2000: 5, это означает, что трансформатор тока имеет выходную мощность 5 ампер, когда входной ток составляет 2000 ампер на первичной стороне.Точность трансформатора тока зависит от многих факторов, таких как нагрузка, нагрузка, температура, изменение фазы, номинал, насыщение и т. Д.

В трансформаторе тока полный первичный ток представляет собой векторную сумму тока возбуждения и тока, равного изменение направления вторичного тока, умноженное на коэффициент трансформации.

Где,
I _p — первичный ток
I _с — вторичный или реверсивный ток
I ₀ — ток возбуждения
K _T — коэффициент поворота

Трансформатор потенциала

Трансформатор напряжения также называют трансформатором напряжения.Первичная обмотка подключена к линии высокого напряжения, напряжение которой должно быть измерено, а все измерительные приборы и измерители подключены к вторичной обмотке трансформатора.

Основная функция трансформатора потенциала — понизить уровень напряжения до безопасного предела или значения. Первичная обмотка трансформатора напряжения заземлена в качестве точки безопасности.

Например, отношение напряжения первичной обмотки к вторичной задается как 500: 120, это означает, что выходное напряжение составляет 120 В, когда напряжение 500 В подается на первичную обмотку.Различные типы трансформаторов напряжения показаны ниже на рисунке

.

• Электромагнитный (трансформатор с проволочной обмоткой)
• Конденсатор (конденсаторный трансформатор напряжения CVT использует конденсаторный делитель напряжения)
• Оптический (работает над электрическими свойствами оптических материалов)

Ошибка напряжения в процентах определяется уравнением, приведенным ниже

Однофазный трансформатор

Однофазный трансформатор — это статическое устройство, работающее по принципу закона взаимной индукции Фарадея.При постоянном уровне частоты и изменении уровня напряжения трансформатор передает мощность переменного тока из одной цепи в другую. В трансформаторе есть два типа обмоток. Обмотка, на которую подается питание переменного тока, называется первичной обмоткой, а во вторичной обмотке подключена нагрузка.

Трехфазный трансформатор

Если взять три однофазных трансформатора и соединить их вместе со всеми тремя первичными обмотками, соединенными друг с другом как одна, а все три вторичные обмотки связаны друг с другом, образуя одну вторичную обмотку, то говорят, что трансформатор ведет себя как трехфазный трансформатор, то есть группа из трех однофазных трансформаторов, соединенных вместе, которые действуют как трехфазный трансформатор.

Трехфазный источник питания в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленных целях. Менее затратно собрать три однофазных трансформатора для образования трехфазного трансформатора, чем купить один одиночный трехфазный трансформатор. Подключение трехфазного трансформатора может быть выполнено по схеме звезда (звезда) и треугольник (сетка).

Соединение первичной и вторичной обмоток может быть выполнено различными комбинациями, показанными ниже

Первичная обмотка	Вторичная обмотка
Звездочка (звезда)	Звездочка
Дельта (сетка)	Дельта
Звезда	Дельта
Дельта	Звезда

Комбинация первичной обмотки и вторичной обмотки выполняется по схеме звезда-звезда, треугольник-треугольник, звезда-треугольник и треугольник.

Различные типы трансформаторов и их применение

Трансформатор — это широко используемое устройство в области электротехники и электроники. Это электромагнитное устройство, которое следует основному принципу электромагнетизма, открытому Майклом Фарадеем. Мы подробно рассмотрели строительство и эксплуатацию трансформаторов в предыдущем руководстве. Здесь мы рассмотрим различных типов трансформаторов , используемых в различных типах приложений.Однако все трансформаторы типа работают по одним и тем же принципам, но имеют разную конструкцию. Приложив немного усилий, вы также можете построить свой собственный трансформатор, но при сборке трансформатора всегда следует соблюдать методы защиты трансформатора.

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

Трансформатор может иметь несколько типов конструкции. Трансформатор не имеет электрического соединения с одной стороны на другую; тем не менее, две электрически независимые катушки могут проводить электричество посредством электромагнитного потока.Трансформатор может иметь несколько катушек или обмоток как на первичной, так и на вторичной стороне. В некоторых случаях несколько первичных сторон, где две катушки соединены последовательно, часто называется с центральным отводом . Это состояние центрального отвода также можно увидеть на вторичной стороне.

Трансформаторы

могут быть сконструированы таким образом, что они могут преобразовывать уровень напряжения первичной стороны во вторичную. В зависимости от уровня напряжения трансформатор бывает трех категорий. Понижающий, повышающий и развязывающий трансформаторы . Для изолирующего трансформатора уровень напряжения одинаков для обеих сторон.

1. Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор

используется как в электронике, так и в электротехнике. Понижающий трансформатор преобразует уровень первичного напряжения в более низкое напряжение на вторичном выходе. Это достигается соотношением первичной и вторичной обмоток.Для понижающих трансформаторов количество обмоток на первичной стороне больше, чем на вторичной. Следовательно, общее соотношение первичной и вторичной обмоток всегда остается более 1.

В области электроники, многие приложения работают на 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 24 В или в некоторых случаях 48 В. Для преобразования напряжения однофазной розетки 230 В переменного тока в требуемый низкий уровень напряжения требуются понижающие трансформаторы. В контрольно-измерительных приборах, а также во многих электрических типах оборудования понижающий трансформатор является основным требованием для силовой части.Они также используются в блоках питания и схемах зарядных устройств сотовых телефонов.

В электрических системах понижающие трансформаторы используются в системе распределения электроэнергии, работающей от очень высокого напряжения, чтобы обеспечить низкие потери и экономичное решение для передачи электроэнергии на большие расстояния. Для преобразования высокого напряжения в низковольтную линию питания используется понижающий трансформатор.

2. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор прямо противоположен понижающему трансформатору.Повышающий трансформатор увеличивает низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения . Опять же, это достигается за счет соотношения первичной и вторичной обмоток. Для повышающего трансформатора соотношение первичной обмотки и вторичной обмотки остается менее 1 . Это означает, что количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной обмотке.

В электронике, повышающие трансформаторы часто используются в стабилизаторах, инверторах и т. Д., Где низкое напряжение преобразуется в гораздо более высокое напряжение.

Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии . Высокое напряжение требуется для приложений, связанных с распределением электроэнергии. Повышающий трансформатор используется в сети для повышения уровня напряжения перед распределением.

3. Разделительный трансформатор

Изолирующий трансформатор не преобразует никакие уровни напряжения. Первичное напряжение и вторичное напряжение изолирующего трансформатора всегда остаются неизменными.Это связано с тем, что коэффициент первичной и вторичной обмоток всегда равен 1 . Это означает, что количество витков первичной и вторичной обмоток в изолирующем трансформаторе одинаково.

Изолирующий трансформатор используется для изоляции первичной и вторичной обмоток. Как обсуждалось ранее, трансформатор не имеет электрических соединений между первичной и вторичной обмотками, он также используется в качестве изолирующего барьера, где проводимость происходит только с магнитным потоком. Используется в целях безопасности и для отмены передачи шума от первичного к вторичному или наоборот.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Трансформатор передает энергию, проводя электромагнитный поток через материал сердечника. Различные материалы сердечника создают разную плотность потока. В зависимости от материалов сердечника в области энергетики и электроники используются несколько типов трансформаторов.

1.Трансформатор с железным сердечником В трансформаторе

с железным сердечником в качестве материала сердечника используется несколько пластин из мягкого железа. Благодаря отличным магнитным свойствам железа магнитная связь трансформатора с железным сердечником очень высока. Таким образом, КПД трансформатора с железным сердечником также высок.

Пластины с сердечником из мягкого железа могут быть разных форм и размеров. Катушки первичной и вторичной обмотки намотаны или намотаны на формирователь катушек. После этого катушечный формирователь устанавливается в пластинах сердечника из мягкого железа.В зависимости от размера и формы сердечника на рынке доступны различные типы сердечниковых пластин. Несколько распространенных форм — E, I, U, L и т. Д. Железные пластины тонкие, и несколько пластин сгруппированы вместе, чтобы сформировать собственно сердечник. Например, сердечники типа E изготавливаются из тонких пластин с видом на букву E.

Трансформаторы с железным сердечником широко используются и обычно имеют больший вес и форму.

2. Трансформатор с ферритовым сердечником

В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник из-за высокой магнитной проницаемости.Этот тип трансформатора обеспечивает очень низкие потери в высокочастотном применении. Из-за этого трансформаторы с ферритовым сердечником используются в высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), приложения, связанные с радиочастотами и т. Д.

Трансформаторы

с ферритовым сердечником также могут иметь разные формы и размеры в зависимости от требований применения. Он в основном используется в электронике, а не в электротехнике. Наиболее распространенной формой трансформатора с ферритовым сердечником является сердечник E.

3. Трансформатор с тороидальным сердечником

В трансформаторе с тороидальным сердечником

используется материал сердечника тороидальной формы, такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Тороиды представляют собой материал сердечника в форме кольца или пончика и широко используются для обеспечения превосходных электрических характеристик. Благодаря кольцевой форме индуктивность рассеяния очень мала и обеспечивает очень высокую индуктивность и добротность. Обмотки относительно короткие, а вес намного меньше, чем у традиционных трансформаторов того же номинала.

4. Трансформатор с воздушным сердечником Трансформатор

Air Core не использует физический магнитный сердечник в качестве материала сердечника. Потоковая связь трансформатора с воздушным сердечником полностью выполнена с использованием воздуха.

В трансформаторе с воздушным сердечником первичная обмотка питается переменным током, который создает вокруг нее электромагнитное поле. Когда вторичная катушка помещается внутри магнитного поля, согласно закону индукции Фарадея, вторичная катушка индуцируется магнитным полем, которое в дальнейшем используется для питания нагрузки.

Однако трансформатор с воздушным сердечником имеет низкую взаимную индуктивность по сравнению с физическим материалом сердечника, таким как железо или ферритовый сердечник.

Он используется в портативной электронике, а также в приложениях, связанных с радиочастотами. Из-за отсутствия физического материала сердечника он очень легкий с точки зрения веса. Правильно настроенный трансформатор с воздушным сердечником также используется в решениях для беспроводной зарядки, где первичные обмотки расположены внутри зарядного устройства, а вторичные обмотки расположены внутри целевого устройства.

Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток

Трансформатор можно классифицировать по порядку намотки. Один из популярных типов — трансформаторы с автоматической обмоткой.

Трансформатор с автоматической обмоткой

До сих пор первичная и вторичная обмотки фиксированы, но в случае трансформатора с автоматической обмоткой первичная и вторичная обмотки могут быть соединены последовательно, а центральный ответвительный узел является подвижным. В зависимости от центрального положения ответвлений вторичное напряжение может изменяться.

«Авто» — это не сокращенная форма «Автомат»; скорее, чтобы уведомить себя или одиночную катушку. Эта катушка образует передаточное число, которое состоит из двух частей: первичной и вторичной. Положение центрального ответвительного узла определяет соотношение первичной и вторичной обмоток, таким образом изменяя выходное напряжение.

Чаще всего используется V ARIAC , прибор для создания переменного переменного тока из постоянного входного переменного тока. Он также используется в приложениях, связанных с передачей и распределением электроэнергии, где требуется частая замена высоковольтных линий.

Типы трансформаторов в зависимости от использования

Также доступны несколько типов трансформаторов, которые работают в определенной области. Как в электронике, так и в электротехнике, несколько специализированных трансформаторов используются в качестве понижающих или повышающих трансформаторов в зависимости от области применения. Итак, трансформаторы можно классифицировать следующим образом в зависимости от использования:

1. Power Domain

• Силовой трансформатор
• Измерительный трансформатор
• Распределительный трансформатор

2.Электроника Домен

• Импульсный трансформатор
• Трансформатор аудиовыхода

1. Трансформаторы, используемые в области питания

В области «Электрооборудование» область «Электроэнергетика» связана с производством, измерением и распределением электроэнергии. Однако это очень большая область, где трансформаторы являются важной частью для обеспечения безопасного преобразования энергии и успешной подачи энергии на подстанцию ​​и конечных пользователей.

Трансформаторы, которые используются в области питания, могут быть как наружными, так и внутренними, но в основном наружными.

(а) Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы

больше по размеру и используются для передачи энергии на подстанцию ​​или в общественное электроснабжение. Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. В зависимости от номинальной мощности и технических характеристик силовые трансформаторы можно разделить на три категории: трансформатор малой мощности , трансформаторы средней мощности и трансформаторы большой мощности .Номинальная мощность может быть от 30 кВА до 500-700 кВА или, в некоторых случаях, может быть равна или больше 7000 кВА для трансформатора малой номинальной мощности. Силовой трансформатор среднего номинала может иметь мощность до 50-100 МВА, тогда как силовые трансформаторы большого номинала могут выдерживать более 100 МВА.

Из-за очень высокой выработки мощности конструкция силового трансформатора также имеет решающее значение. Конструкция включает прочную изоляционную периферию и хорошо сбалансированную систему охлаждения. Наиболее распространенные силовые трансформаторы заполнены маслом.

Основным принципом силового трансформатора является преобразование высокого тока низкого напряжения в низкий ток высокого напряжения . Это необходимо для минимизации потерь мощности в системе распределения электроэнергии.

Еще одним важным параметром силового трансформатора является наличие фазы. Обычно силовые трансформаторы работают в трехфазной системе , но в некоторых случаях также используются однофазные малые силовые трансформаторы.Трехфазные силовые трансформаторы являются наиболее дорогостоящими и эффективными, чем однофазные силовые трансформаторы.

(б) Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор часто называют измерительным трансформатором. Это еще один широко используемый измерительный прибор в области мощности. Измерительный трансформатор используется для изоляции основного питания и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к его вторичному выходу. Измеряя выходную мощность, можно измерить фазу, ток и напряжение фактической линии электропередачи.

На изображении выше показана конструкция трансформатора тока.

(c) Распределительный трансформатор

Используется на последней фазе системы распределения электроэнергии. Распределительные трансформаторы представляют собой понижающий трансформатор, который преобразует высокое сетевое напряжение в требуемое конечным потребителем напряжение, 110 или 230 В. Он также может быть однофазным или трехфазным.

Распределительные трансформаторы могут быть меньше по форме, а также больше, в зависимости от мощности преобразования или номинальных значений.

Распределительные трансформаторы

можно разделить на другие категории в зависимости от типа используемой изоляции. Он может быть сухим или погружным в жидкость. Он изготовлен из многослойных стальных пластин, в основном С-образной формы, в качестве основного материала.

Распределительный трансформатор также имеет другую классификацию в зависимости от места использования. Трансформатор может быть установлен на опоре электросети, в таком случае он называется распределительным трансформатором, устанавливаемым на опору. Его можно разместить внутри подземной камеры, установить на бетонную площадку (распределительный трансформатор, устанавливаемый на площадку) или внутри закрытого стального ящика.

Обычно распределительные трансформаторы имеют номинальную мощность менее 200 кВА.

2. Преобразователь, используемый в области электроники

В электронике используются различные небольшие миниатюрные трансформаторы, которые могут быть смонтированы на печатной плате или могут быть закреплены внутри небольшого корпуса продукта.

(а) Импульсный трансформатор

Импульсные трансформаторы — одни из наиболее часто используемых трансформаторов на печатных платах, которые вырабатывают электрические импульсы постоянной амплитуды.Он используется в различных цифровых схемах, где генерация импульсов необходима в изолированной среде. Следовательно, импульсные трансформаторы изолируют первичную и вторичную обмотки и распределяют первичные импульсы во вторичную цепь, часто на цифровые логические вентили или драйверы.

Правильно сконструированные импульсные трансформаторы должны иметь надлежащую гальваническую развязку, а также небольшую утечку и паразитную емкость.

(b) Трансформатор аудиовыхода

Audio Transformer — еще один широко используемый трансформатор в области электроники.Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где требуется согласование импеданса. Аудиотрансформатор уравновешивает схему усилителя и нагрузки, обычно громкоговоритель. Аудио трансформатор может иметь несколько первичных и вторичных катушек, разделенных или с центральным ответвлением.

Итак, мы рассмотрели различные типы трансформаторов, кроме трансформаторов специального назначения, но они выходят за рамки данной статьи.

Электрический силовой трансформатор

: определение и типы трансформаторов

Определение силового трансформатора

Силовой трансформатор — это статическая машина, используемая для преобразования энергии из одной цепи в другую без изменения частоты.Это очень простое определение трансформатора . Поскольку здесь нет вращающейся или движущейся части, трансформатор является статическим устройством. Трансформатор работает от сети переменного тока. Трансформатор работает по принципу взаимной индукции.

История силовых трансформаторов

Если мы хотим узнать историю трансформатора, мы должны вернуться в 1880-е годы. Примерно за 50 лет до этого, в 1830 году, было обнаружено свойство индукции, и это принцип работы трансформатора.

Позже конструкция трансформатора была улучшена, что привело к повышению эффективности и уменьшению габаритов. Постепенно появились трансформаторы большой мощности в диапазоне нескольких кВА, МВА. В 1950 году в высоковольтной системе электроснабжения был введен силовой трансформатор 400 кВ . В начале 1970-х годов производились блоки мощностью 1100 МВА. Различные производители производили трансформаторы класса 800 кВ и даже выше в 1980 году.

Использование силовых трансформаторов

Производство электроэнергии низкого уровня напряжения очень рентабельно.Теоретически эта мощность низкого уровня напряжения может быть передана на приемный конец. Эта низковольтная мощность, если она передается, приводит к большему току в линии, что действительно вызывает большие потери в линии.

Но если уровень напряжения мощности увеличивается, ток мощности уменьшается, что вызывает уменьшение омических потерь или потерь I ² R в системе, уменьшение площади поперечного сечения проводника, т.е. снижение капитальных затрат. системы, а также улучшает регулирование напряжения системы.Из-за этого необходимо повышать мощность низкого уровня для эффективной передачи электроэнергии.

Это делается повышающим трансформатором на передающей стороне сети энергосистемы. Поскольку эта высоковольтная мощность не может быть распределена между потребителями напрямую, ее необходимо понизить до желаемого уровня на принимающей стороне с помощью понижающего трансформатора. Таким образом, силовой трансформатор играет жизненно важную роль в передаче энергии.

Двухобмоточные трансформаторы обычно используются там, где соотношение высокого и низкого напряжения больше 2.Экономически выгодно использовать автотрансформатор, где соотношение между высоким и низким напряжением меньше 2.

Опять же, трехфазный трансформатор с одним блоком более рентабелен, чем блок из трех однофазных трансформаторов в трехфазной системе. Но одиночный трехфазный трансформатор немного сложно транспортировать, и его необходимо полностью вывести из строя, если одна из фазных обмоток выходит из строя.

Типы трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по-разному, в зависимости от их назначения, использования, конструкции и т. Д.Обратите внимание, что иногда эти классификации пересекаются — например, трансформатор может быть одновременно трехфазным и повышающим трансформатором. Для получения дополнительной информации, некоторые из лучших книг по электротехнике более подробно объясняют работу трансформатора.

Типы трансформаторов следующие:

Повышающий трансформатор и понижающий трансформатор

Повышающие трансформаторы преобразуют низкое напряжение (НН) и высокий ток с первичной стороны трансформатора в высокое напряжение (ВН) и низкое напряжение. значение тока на вторичной обмотке трансформатора.

Понижающие трансформаторы преобразуют высокое напряжение (HV) и низкий ток с первичной стороны трансформатора в низкое напряжение (LV) и высокий ток на вторичной стороне трансформатора.

Трехфазный трансформатор и однофазный трансформатор

Трехфазный трансформатор обычно используется в трехфазных энергосистемах, поскольку он более экономичен, чем однофазные трансформаторы. Но когда размер имеет значение, предпочтительнее использовать блок из трех однофазных трансформаторов, а не трехфазный трансформатор, поскольку его легче транспортировать, чем один единый трехфазный трансформатор.

Электрический силовой трансформатор, распределительный трансформатор и измерительный трансформатор

Силовые трансформаторы обычно используются в передающих сетях для повышения или понижения уровня напряжения. Он работает в основном при высоких или пиковых нагрузках и имеет максимальный КПД при полной или близкой к ней нагрузке.

Распределительный трансформатор понижает напряжение для распределения между бытовыми или коммерческими потребителями. Он имеет хорошую регулировку напряжения и работает 24 часа в сутки с максимальной эффективностью при 50% полной нагрузки.

Измерительные трансформаторы включают трансформаторы тока и напряжения, которые используются для снижения высокого напряжения и тока до меньших значений, которые могут быть измерены обычными приборами.

Двухобмоточный трансформатор и автотрансформатор

Двухобмоточный трансформатор обычно используется там, где соотношение между стороной высокого и низкого напряжения превышает 2.

Автотрансформатор более экономичен в ситуациях, когда соотношение между высоким и высоким напряжением стороны напряжения и низкого напряжения меньше 2.

Трансформаторы для наружной установки и трансформаторы для внутренней установки

Судя по названию, трансформаторы для наружной установки предназначены для установки вне помещений.

А трансформаторы внутри помещений предназначены для установки внутри помещений (кто бы мог подумать!).

Трансформатор сухого и масляного охлаждения

Эта классификация относится к системе охлаждения трансформатора, используемой в трансформаторе.

В трансформаторах с масляным охлаждением охлаждающей средой является трансформаторное масло. В трансформаторе сухого типа вместо него используется воздушное охлаждение.

Тип сердечника Трансформатор

Существует два основных типа обмоток трансформатора — сердечник и оболочка. Также есть трансформаторы ягодного типа.

Трансформатор с сердечником имеет две вертикальные ветви с двумя горизонтальными секциями, называемыми ярмом. Сердечник прямоугольной формы с общей магнитной цепью. Цилиндрические катушки (HV и LV) размещены на обеих конечностях.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа имеет центральную часть и две внешние ветви.Обе катушки ВН и НН размещены на центральном плече. Присутствует двойной магнитопровод.

Трансформатор ягодного типа

В трансформаторе ягодного типа сердечник выглядит как спицы колеса. Для размещения этого типа трансформатора используются плотно подогнанные резервуары из листового металла, внутри которых залито трансформаторное масло.

Основы силового трансформатора: типы конструкции трансформатора и соединения обмоток

Два основных типа конструкции трансформатора соответствуют требованиям экономики, простоты изготовления, изоляции, механической прочности и вентиляции: сердечник и оболочка.Ключевое различие между этими двумя типами заключается в размещении сердечника и обмотки. Для трансформаторов с сердечником обмотки окружают сердечник, в то время как в трансформаторах с корпусом сердечник окружает обмотки.

Рисунок 1. Трансформаторы с сердечником и оболочкой хорошо работают в приложениях с большой мощностью.

Существует четыре способа симметричного соединения первичной и вторичной обмоток трансформаторов. Эти комбинации, наряду с типичными конфигурациями магнитных цепей, оказывают сильное влияние на характеристики трансформатора и энергосистемы.

Массивы железа и катушек в однофазных трансформаторах

Опять же, есть два основных типа трансформаторов в зависимости от расположения железа и меди: сердечник и оболочка.

В трансформаторах с сердечником стальной сердечник имеет форму полого квадрата, состоящего из листов листовой стали, и обмотки его окружают. На рисунке 2 схематически изображен трансформатор с сердечником.

Рисунок 2. Трансформатор однофазный с сердечником

Изготовление трансформатора с сердечником, первичная и вторичная обмотки которого расположены на отдельных ветвях, создают большие потоки рассеяния, приводящие к плохому регулированию напряжения и неудовлетворительным общим характеристикам. Однако размещение обеих катушек на каждом плече, как показано на рисунке 3, снижает поток утечки до небольшого значения.

Рисунок 3. Расположение катушек и сердечника по типу сердечника

В трансформаторах оболочечного типа железо почти окружает катушки, как показано на Рисунке 4.

Рисунок 4. Оболочечное расположение катушек и сердечника

Сердечник имеет форму восьмерки. Весь поток проходит через центральную часть сердечника, но за пределами этого центрального сердечника он разделяется, наполовину идя в каждом направлении. Катушки имеют форму блинов, а первичная и вторичная катушки обычно уложены друг на друга так, что каждая первичная обмотка примыкает к вторичной. Такая конструкция снижает потоки утечки.

Трансформаторы кожухового типа обычно не используются в качестве распределительных трансформаторов. Распределительные трансформаторы обычно однофазные и обслуживают в основном однофазные нагрузки в жилых районах.

Сборки железа и катушек в трехфазных трансформаторах

Большая часть всех трансформаторов, за исключением больших блоков сверхвысокого напряжения и распределительных устройств, представляет собой трехфазные блоки. На заре индустрии в США было почти повсеместной практикой использовать три однофазных блока, соединенных в трехфазный блок.Трехфазные трансформаторы имеют значительно меньший вес и занимают гораздо меньше площади, чем три однофазных трансформатора одинаковой мощности.

На рисунке 5 показана основа трехфазного трансформатора с сердечником.

Рисунок 5. Основа трехфазного трансформатора с сердечником

Каждый из трех однофазных трансформаторов имеет первичную обмотку на одном плече, подключенную к одному проводу трехфазной системы.Три жилы разделены на 120 °, и пустые ветви трех контактируют, образуя одну ветвь, которая несет сумму потоков, создаваемых фазными токами I1, I2 и I3.

Сумма трех токов в любой момент равна нулю, и три потока компенсируются в суставной ветви. Устранение этой ноги не вызывает беспокойства в системе, потому что две ноги действуют как ответные для третьей.

На рис. 6 показана более точная компоновка конструкции.

Рисунок 6. Обмоточное устройство трехфазного трансформатора с сердечником

На рис. 7 показана решетка трехфазных трансформаторов кожухового типа, аналогичная трем однофазным блокам, установленным рядом.

Рисунок 7. Матрица катушек и сердечников в трехфазном трансформаторе оболочки

Этот тип трансформатора использует меньше железа, чем три эквивалентных однофазных блока, из-за совместного использования магнитных путей между катушками.Кроме того, три фазы более независимы друг от друга, чем в трансформаторах с сердечником, поскольку каждая фаза имеет индивидуальную магнитную цепь.

Тройные гармоники и соединения обмоток трансформатора

Существует несколько способов соединения обмоток трансформаторов для управления трехфазным питанием с использованием двух или трех однофазных блоков или одного трехфазного блока. Наиболее частые соединения — звезда-звезда, звезда-треугольник, дельта-звезда и дельта-дельта. Соединение звездой является обычным в распределительных сетях, потому что нейтраль доступна для питания однофазных нагрузок между фазой и нейтралью.

Соединение звезда-звезда имеет нейтрали с обеих сторон. Подключение первичной нейтрали к земле обеспечивает сбалансированное линейное напряжение и обеспечивает путь для третьих гармоник и кратных (тройных) гармоник возбуждающих токов.

Нейтраль не несет основной составляющей тока в сбалансированных условиях, потому что они смещены на 120 ° и прибавляются к нулю. Третьи гармоники разнесены на 3 · 120 ° = 360 ° (они синфазны), в сумме они в три раза превышают амплитуду одной фазы и протекают через нейтраль.Точно так же все кратные третьей гармоники также вернутся к источнику через нейтральное соединение.

В незаземленном соединении звезда-звезда тройные гармоники отсутствуют в возбуждающем токе, поэтому они будут появляться в форме волны магнитного потока, искажая линейные напряжения. Эти синфазные напряжения между фазой и нейтралью вызывают колебания нейтрали вторичной обмотки или нейтрали.

Линейные напряжения не будут иметь искажений, потому что они представляют собой разность векторов между линейными напряжениями, которые подавляют компенсацию тройных гармоник.

Пропуск тройной гармоники путем подключения хотя бы одной нейтрали к внешней цепи вызывает небольшое искажение формы волны потока — ровно столько, сколько требуется для генерации гармоник возбуждающего тока.

Три соединения, включающие дельты, обеспечивают путь для циркуляции тройных гармоник внутри дельт, поэтому искажения напряжения не происходит.

Тройные гармоники и трехфазные магнитные цепи

Поток потоков, находящихся в фазе, зависит от конфигурации магнитной цепи трансформатора.

В схеме сердечника с тремя ответвлениями, показанной на рисунке 8, на каждом из трех выводов первичная и вторичная обмотки перекрываются.

Рисунок 8. Магнитная цепь для трехполюсного трансформатора с сердечником

При сбалансированном напряжении потоки сдвинуты по фазе на 120 °, поэтому они всегда равны нулю. Поток фазы a замыкает свой контур через ветви фаз b и c.Такая компоновка уменьшает эффективную длину магнитной цепи на каждую фазу с последующим уменьшением тока намагничивания и потерь в сердечнике по сравнению с группой из трех однофазных трансформаторов той же мощности с независимыми магнитными цепями.

Когда тройные гармоники появляются в форме волны потока, составляющие потока, создаваемые ими, находятся в фазе и замыкают магнитную цепь через воздух за пределами магнитопровода, резервуара и различных структурных элементов. Эта область имеет высокое сопротивление, и конечный эффект заключается в подавлении потока тройных гармоник и уменьшении искажений в напряжении между фазой и нейтралью.

Поток, выдаваемый за пределы магнитопровода, может вызвать нагрев стенок резервуара и торцевых рам сердечника. Обеспечение обратного пути с низким сопротивлением для этого флюса часто решает эту проблему нагрева. Обычной практикой является использование пятиконечной конструкции магнитопровода при использовании трансформаторов с сердечником.

На рисунке 9 показан пятиконечный трансформатор с сердечником. Три промежуточных звена являются ветвями намотки, а два внешних стержня обеспечивают обратный путь для тройных гармоник, протекающих в ветвях намотки.

Рисунок 9. Магнитная цепь для пятиконечного трансформатора с сердечником

Этот путь с низким сопротивлением для составляющих магнитного потока, создаваемых тройными гармониками, допускает искажение напряжения между фазой и нейтралью, как описано ранее.

В трехфазных трансформаторах оболочечного типа внешние ветви обеспечивают путь для составляющих потока, создаваемых тройными гармониками (показанными на рисунке 10).

Рисунок 10. Магнитопровод для трехфазного трансформатора оболочки

Метод симметричных компонент

Метод симметричных компонентов помогает нам анализировать энергосистему, когда нет симметрии в трех фазах в результате несимметричных нагрузок, несимметричных неисправностей или коротких замыканий. Этот метод преобразует несимметричные токи и напряжения в три сбалансированные системы, анализируемые как однофазные. Компоненты, полученные в результате преобразования, имеют положительную, отрицательную или нулевую последовательность.

С векторами, обозначенными как a, b и c, векторы прямой последовательности равны по величине, смещены на 120 °, а с фазовой последовательностью a, b, c векторы обратной последовательности имеют последовательность фаз a, c , b и векторы нулевой последовательности находятся в фазе. Три набора вращаются с одинаковой угловой скоростью, обычно против часовой стрелки.

Ток любой одной последовательности протекает в цепи последовательности, состоящей из источника, если таковой имеется, и полного сопротивления последовательности. Импедансы последовательности Z1 (положительный), Z2 (отрицательный) и Zₒ (нулевой) могут иметь разные величины.

Возбуждающие гармоники тока и симметричные компоненты

Если мы рассмотрим нечетные гармоники возбуждающего тока, протекающего в симметричных схемах компонентов, распределение будет:

Положительная последовательность: седьмая, тринадцатая, девятнадцатая,…

Отрицательная последовательность: пятая, одиннадцатая, семнадцатая,…

Нулевая последовательность (тройные гармоники): третья, девятая, пятнадцатая,…

Токи тройных гармоник синфазны в трехфазной системе, составляя набор токов нулевой последовательности.Третья гармоника — наиболее значимая гармоническая составляющая возбуждающего тока. Он представляет собой набор токов нулевой последовательности с тройной частотой, а напряжения третьей гармоники представляют собой набор напряжений нулевой последовательности с тройной частотой.

Токи нулевой последовательности и соединения обмоток трансформатора

Когда системы питания питают несимметричные нагрузки или имеют замыкания на землю, появляются токи нулевой последовательности и напряжения.

Трансформаторы, будучи статическими устройствами, одинаково реагируют на токи и напряжения прямой и обратной последовательности.Их реакция на компоненты нулевой последовательности различна и во многом зависит от конфигурации соединения первичной и вторичной обмоток и характеристик магнитных цепей.

Поведение компонентов нулевой последовательности в соответствии с различными режимами соединения обмоток трансформатора аналогично тому, как это было ранее определено для тройных гармоник.

Основные правила работы:

1. Ток нулевой последовательности может течь в обмотке, соединенной звездой, только если нейтраль соединена с источником питания или землей.Линейный и фазный токи идентичны.
2. Ток нулевой последовательности может течь в обмотке, соединенной треугольником, только при наличии магнитной муфты с соединенной звездой обмотки, через которую протекает ток нулевой последовательности.

Согласно основным правилам, система реагирует на различные подключения трансформатора следующим образом:

1. звезда-звезда с изолированной нейтралью. Ток нулевой последовательности не может протекать ни в одной обмотке. Первичная и вторичная обмотки имеют бесконечное сопротивление.
2. звезда-звезда с заземленной нейтралью. Как в первичной, так и во вторичной обмотках протекает ток нулевой последовательности, ограниченный низким импедансом утечки обеих обмоток и импедансом нулевой последовательности системы. При таком подключении эффективное полное сопротивление утечки на фазу практически одинаково для токов прямой, обратной и нулевой последовательности.
3. звезда-звезда с заземленной вторичной нейтралью. Пропускание тока нулевой последовательности возможно только во вторичной цепи. Следовательно, преобразование этого тока не допускается.Первичная обмотка имеет бесконечное сопротивление току нулевой последовательности и ведет себя как разомкнутая цепь.
4. звезда-треугольник с незаземленной нейтралью. Для тока нулевой последовательности невозможно протекание по любому линейному проводнику, будь то первичный или вторичный. Обе обмотки имеют бесконечный импеданс нулевой последовательности.
5. звезда-треугольник с нейтралью, подключенной к источнику или земле. Ток нулевой последовательности может протекать между линией и нейтралью в обмотках, соединенных звездой, вызывая ток, который циркулирует во вторичной обмотке, соединенной треугольником.Обмотка треугольником создает бесконечное сопротивление потоку тока нулевой последовательности в линиях. В то же время обмотка, соединенная звездой, имеет низкий импеданс утечки, и токи нулевой последовательности протекают в линейных и нейтральных цепях.

Типовые трансформаторы с тремя обмотками, с третичным соединением по схеме треугольника. Третичный обеспечивает прохождение тройных гармоник, улучшение формы волны потока, снижение напряжения тройной гармоники и обеспечение низкого импеданса нулевой последовательности относительно земли как для первичной, так и для вторичной цепей.

Импеданс последовательностей трехфазных батарей и трансформаторов

Трансформаторы по-разному реагируют на сбалансированные напряжения прямой или обратной последовательности и напряжения нулевой последовательности. Как и в случае с тройными гармониками, поток потоков нулевой последовательности зависит от конфигурации магнитной цепи трансформатора.

Испытание для оценки последовательного импеданса трансформаторов состоит из короткого замыкания одного набора обмоток и измерения полного сопротивления на других обмотках.Для проверки полного сопротивления прямой и обратной последовательности (они эквивалентны) требуются сбалансированные напряжения прямой последовательности. Импеданс нулевой последовательности требует однофазного напряжения, подаваемого от трех линейных клемм (связанных) к земле.

Импеданс, измеренный для прямой или нулевой последовательности, приблизительно равен сумме первичного и вторичного импедансов утечки параллельно с возбуждающим импедансом.

Когда подается напряжение прямой последовательности, импеданс возбуждения намного выше, чем импеданс утечки.Импеданс утечки является эквивалентом прямой и обратной последовательности без учета параллельной ветви возбуждающего импеданса.

При приложении однофазного напряжения (нулевой последовательности) к трем клеммам обмотки, соединенной звездой, можно ожидать незначительного малого импеданса намагничивания по сравнению с полным сопротивлением утечки нулевой последовательности. Но это не обязательно так.

Когда токи нулевой последовательности протекают в трехфазном трансформаторе с сердечником с тремя выводами, потоки ведут себя так же, как в случае тройных гармоник.Потоки, создаваемые в трех ветвях, равны по величине и фазе, поэтому их сумма должна возвращаться через воздух, резервуар и элементы конструкции (показано на рисунке 11).

Рисунок 11. Поток нулевой последовательности в трехфазном трансформаторе с сердечником

Путь с высоким сопротивлением в этом типе трансформатора с некоторыми соединениями обмоток вызывает гораздо более низкий импеданс возбуждения, чем в случае напряжения прямой и обратной последовательности, и не игнорируется.

В группе из трех однофазных блоков (для трехфазных, пятиполюсных трансформаторов с сердечником и корпусных трансформаторов) ветви обеспечивают путь для потока нулевой последовательности. Тогда величина возбуждающего импеданса нулевой последовательности в этих схемах аналогична величине, полученной для положительной и отрицательной последовательностей (см. Рисунок 12).

Рисунок 12. Поток нулевой последовательности в трехфазном трансформаторе оболочки

Обзор конструкции трансформатора и фаз

Существует два основных типа конструкции трансформатора: сердечник и оболочка.

Однофазная конструкция с сердечником состоит из сердечника, который обеспечивает однонаправленную магнитную цепь. На каждом плече сердечника перекрываются обмотки высокого и низкого напряжения. В корпусе обмотки все обмотки образуют единое кольцо с сердечником, охватывающим каждую сторону обмоточного кольца.

Выполнение трехфазного преобразования мощности требует либо трехфазного трансформатора, либо соединения трех однофазных блоков для образования трехфазного блока. Для трехфазных трансформаторов требуется меньше материала, что означает более высокий КПД, меньший размер и меньшую стоимость.

Если тройные гармоники возбуждающего тока не могут протекать из-за соединений трансформатора, поток будет содержать тройную гармоническую составляющую, которая, в свою очередь, индуцирует тройную гармонику напряжения в обмотках трансформатора.

В однофазных батареях или трехфазных корпусных трансформаторах напряжения трех гармоник могут быть высокими по сравнению с напряжением основной частоты. В трехфазных трансформаторах с сердечником путь потока тройной гармоники проходит вне сердечника и имеет высокое сопротивление.Следовательно, поток тройных гармоник в магнитной цепи невелик, даже несмотря на то, что соединения обмоток подавляют тройные гармоники возбуждающего тока, а индуцированное напряжение тройной гармоники невелико.

Токи и напряжения трех гармоник имеют нулевую последовательность.

Пути, пропускающие токи тройной гармоники и нулевой последовательности, зависят от эквивалентов нулевой последовательности системы и трансформатора.

Что такое трансформатор, как он работает и разные типы трансформаторов

Если вы какое-то время знакомы с электрическими приборами, вы, вероятно, слышали о трансформаторе.Да, это те огромные громоздкие вещи, которые можно найти на углах улиц, которые издают беспорядочные пугающие звуки и иногда выплевывают искры. Зарядное устройство для вашего телефона также имеет своего рода небольшой трансформатор, но он намного меньше и с совершенно другим механизмом.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, использующее принципы электромагнетизма для преобразования одного напряжения или тока в другое. Он состоит из пары изолированных проводов, намотанных на магнитопровод.Обмотка, к которой мы подключаем преобразованное напряжение или ток, называется первичной обмоткой, а выходная обмотка — вторичной обмоткой.

Трансформаторы

бывают двух типов: повышающие, которые увеличивают напряжение или ток, и понижающие, что снижает входное напряжение или ток. Например, трансформаторы в вашей микроволновой печи — это вторичный трансформатор, который используется для подачи около 2200 Вольт на вакуумную лампу в микроволновой печи.

Следует отметить, что трансформаторы работают только с переменным или переменным напряжением и не работают с постоянным током.Теперь мы узнаем почему.

Насколько важны трансформаторы в электрической системе?

Это было примерно в 1856 году, когда два блестящих ума Никола Тесла и Томас Эдисон соперничали друг с другом. Это были времена, когда электричество и его применение, например, накаливание лампочки и запуск двигателя, были только заметны. Именно Эдисон и его сотрудники первыми открыли систему постоянного тока, а через некоторое время после этого Тесла придумал свою систему переменного тока (переменного тока).С тех пор оба пытались доказать, что их система более выгодна, чем другая.

К тому времени настало время для электричества в дома. Пока Эдисон был занят демонстрацией того, насколько опасен переменный ток, убивая слонов электрическим током, Тесла и его команда придумали трансформаторы, которые сделали передачу электричества намного проще и эффективнее. Даже сегодня трансформаторы играют жизненно важную роль в системе передачи. Давай узнаем почему.

Передача электроэнергии с высоким напряжением и низким током поможет нам уменьшить толщину проводов передачи и, следовательно, стоимость, а также повысить эффективность системы.По этой причине стандартная система передачи может иметь напряжение от 22 кВ до 66 кВ, в то время как некоторые генераторы на электростанции имеют выходное напряжение всего 11 кВ, а бытовому прибору переменного тока требуется только 220 В / 110 В. Итак, где происходит это преобразование напряжения и кто это делает.

Ответ на вопрос — трансформаторы. От электростанции до вашего дома в системе будут трансформаторы, которые будут повышать (повышать напряжение) или понижать (понижать напряжение) напряжение для поддержания эффективности системы.Вот почему трансформаторы называют сердцем системы передачи электроэнергии. Подробнее о них мы узнаем в этой статье.

Обозначения трансформатора

Обозначение схемы трансформатора — это просто две катушки индуктивности, соединенные бок о бок с одним и тем же сердечником. Характер линии между двумя обмотками указывает на тип используемого сердечника: пунктирная линия представляет феррит, две параллельные линии представляют слоистое железо, а ни одна линия не представляет воздушный сердечник.

Иногда количество «выступов» используется как приблизительный показатель функции трансформатора — меньшее количество выступов с одной стороны и больше с другой может означать, что первая сторона имеет меньшее количество витков, чем другая.

Работа трансформатора

Чтобы понять принцип работы трансформатора , нам нужно вернуться во времени, в лабораторию Майкла Фарадея.

Майкла Фарадея можно назвать отцом трансформатора, поскольку именно его эксперименты помогли нам понять электромагнетизм и разработать такие устройства, как двигатели и генераторы.

В конце 1800-х годов, когда было обнаружено, что электричество и магнетизм связаны явлениями, возникла гонка за попытками создать практическое устройство, которое могло бы использовать силу магнитов для выработки электричества.

Фарадей обнаружил, что электричество можно генерировать, поднося магнит близко к катушке с проволокой. Он обнаружил, что напряжение будет создаваться только при изменении магнитного поля, то есть, если он перемещает катушку или магнит относительно друг друга.

В постоянном токе постоянный ток и магнитное поле. Поскольку поле стабильно и не меняется, на вторичной обмотке не возникает напряжения, и трансформатор выглядит как обычная катушка из резистивного провода, ведущего к источнику питания. Так что трансформаторы не работают с постоянным током.

Он также обнаружил, что когда две катушки с проволокой находятся близко друг к другу, ток, протекающий в одной катушке, может индуцировать ток в другой катушке. Этот принцип называется взаимной индуктивностью и определяет работу всех современных трансформаторов.

Как показано на рисунке, трансформатор состоит из двух обмоток, намотанных на магнитопровод.

Цель наличия сердечника заключается в том, что воздух не очень хорошо поддерживает магнитные поля, поэтому наличие магнитного сердечника увеличивает магнитное поле для заданного количества тока, протекающего через одну обмотку, что, в свою очередь, создает более сильный ток в другой. , увеличивая общую эффективность устройства.

Когда ток проходит через первичную обмотку, в сердечнике создается магнитное поле, которое в основном ограничивается сердечником.

Это магнитное поле проходит через середину вторичной обмотки и, следовательно, индуцирует ток в другой по закону взаимной индукции.

Прелесть этой системы в том, что отношение входного напряжения к выходному — это просто отношение первичной и вторичной обмоток, суммируемое по следующей формуле:

Vout / Vin = Nsec / Npri

Где Vout — выходное напряжение, Vin — входное напряжение, Nsec — количество витков вторичной обмотки, а Npri — количество витков в первичной обмотке.

Итак, если у вас есть два трансформатора, один на 100 витков на первичной обмотке и 1000 на вторичной обмотке, а другой с 10 витками на первичной обмотке и 100 витков на вторичной обмотке, вы можете рассчитать соотношение витков как 1:10 для обоих, поэтому они оба повышают напряжение до одинакового уровня.

Свойства трансформатора

Если мы более внимательно посмотрим на приведенный выше пример, первый трансформатор будет иметь большее сопротивление обмотки (поскольку используется больше проводов) и в некоторых случаях это может ограничивать количество тока, который может быть получен от трансформатора.Это свойство называется сопротивлением обмотки, но в большинстве случаев оно не имеет особого значения, поскольку используемый медный провод обычно имеет низкое сопротивление.

Еще вы заметите, что нет прямого электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Это называется гальванической развязкой и, как мы увидим, может быть очень полезно.

Глядя на каждую обмотку трансформатора, мы видим, что они сконструированы так же, как катушки индуктивности — катушка с проволокой, намотанная вокруг магнитного сердечника, — и также имеют индуктивность.

Эта индуктивность пропорциональна квадрату числа витков, вычисляемому по следующей формуле:

Lpri / Lsec = Npri2 / Nsec2

Где Lpri — индуктивность первичной обмотки, Lsec — индуктивность вторичной обмотки, Npri — количество витков на первичной обмотке, а Nsec — количество витков на вторичной обмотке.

Константу пропорциональности для данного сердечника можно найти в таблице данных, и она обычно выражается в единицах мкГн / оборот2.Точное значение зависит от типа и размера сердечника.

Предположим, у вас есть сердечник трансформатора со спецификацией 1 мкГн / виток2. Если вы намотаете одну обмотку на этот сердечник, то индуктивность будет равна значению константы, умноженному на число витков в квадрате, в данном случае 1. Таким образом, индуктивность этой обмотки будет 1 мкГн. Если на этот же сердечник намотать еще одну обмотку с 10 витками, то индуктивность будет:

(1 мкГн / оборот2) * (10 витков) 2 = 100 мкГн

Поскольку обмотки имеют индуктивность, они обеспечивают сопротивление сигналам переменного тока, определяемое по формуле:

XL = 2π * f * L

Где XL — полное сопротивление в омах, f — частота в омах, а L — индуктивность в единицах Генри.

Допустим, вы хотите сконструировать трансформатор, который потребляет 3 А при 220 В переменного тока при 50 Гц, что является стандартной частотой электросети. Тогда полное сопротивление первичной обмотки должно быть 73,3 Ом по закону Ома. Теперь, когда мы знаем необходимое сопротивление и частоту, мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность, необходимую для обмотки:

L = (XL) / (2π * f)

Подставляя значения, мы находим, что необходимая индуктивность составляет 233 мГн.

Используя эту информацию и значение мкГн / виток2 из таблицы данных, мы можем рассчитать количество обмоток, необходимых для получения требуемой индуктивности.

Предположим, что значение составляет 50 мкГн / виток2, тогда мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность:

Где N — количество витков, L — требуемая индуктивность, а член t2 / мкГн — это просто величина, обратная значению, указанному в таблице данных.

Применяя наши значения в формуле, мы получаем необходимое количество витков, равное 2158. Итак, как вы видите, освоив формулы, вы можете спроектировать трансформаторы практически для любого применения!

Строительство трансформатора

Для тех, кому нужно наматывать свои собственные трансформаторы, важно знать конструкцию трансформатора .

Трансформатор состоит из нескольких основных компонентов:

1.BOBBIN:

Бобина — это базовый каркас любых трансформаторов. Он обеспечивает катушку, на которую наматываются обмотки, а также удерживает сердечник на месте. Обычно он сделан из термостойкого пластика. Он также иногда содержит металлические штыри, к которым вы можете припаять концы обмоток, например, если хотите установить его на печатную плату.

2.БАЛЛОН

Это, наверное, самая важная часть трансформатора.Как показано на рисунке, сердечники могут быть разных форм и размеров. Именно магнитные свойства сердечника определяют электрические свойства трансформатора, который построен вокруг сердечника.

3. ОБМОТКИ

Это может показаться банальным, но проволока, использованная в конструкции, так же важна, как и любой другой аспект. Обычно используется сплошной эмалированный медный провод, так как изоляция прочная и тонкая, поэтому нет лишнего пространства из-за пластиковых изоляционных оболочек.

Применение трансформаторов

1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ГЛАВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Это, вероятно, наиболее распространенное применение трансформаторов — понижение сетевого напряжения для низковольтных устройств. Вы можете даже найти их внутри таких вещей, как микроволновые печи, старые телевизоры и блоки питания из кирпича. Эти трансформаторы имеют железные сердечники, которые обеспечивают отличную проницаемость, но делают их громоздкими и несколько менее мощными, чем у других типов.

Они имеют маркировку 12-0-12 или 6-0-6 с тремя вторичными проводами. Это означает, что два внешних провода имеют на выходе среднеквадратичное значение 12 В переменного тока, если вы сделаете центральный провод заземлением. Если вы измеряете обе обмотки 12 В, вы получите 24 В переменного тока RMS. Это дает вам гибкость в выборе того, как вы можете использовать трансформатор.

2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Это очень особый тип источников питания, которые принимают вход постоянного тока и вырабатывают выход постоянного тока.Они есть у всех современных зарядных устройств для телефонов. Трансформаторы, используемые в этих блоках питания, больше похожи на индукторы с небольшим количеством витков и ферритовыми сердечниками со средней или высокой магнитной проницаемостью. Напряжение постоянного тока прикладывается к «первичной обмотке» на короткое время, так что ток нарастает до определенного уровня и сохраняет некоторую магнитную энергию в сердечнике. Эта энергия затем передается вторичной обмотке при более низком напряжении, поскольку она имеет меньшее количество витков. Они работают на высоких частотах, обладают отличным КПД и очень малы.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Это специальные трансформаторы с соотношением витков 1: 1, так что входное и выходное напряжения одинаковы. Они используются для отключения электроприборов от заземления. Поскольку сеть является заземленной, прикосновение даже к одному проводу может привести к поражению электрическим током, поскольку обратный путь — это буквально земля. Использование развязывающих трансформаторов «отключает» прибор от заземления сети, поскольку трансформаторы гальванически изолированы.

4. ТРАНСФОРМАТОРЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

В большинстве стран мира в качестве стандартного напряжения питания используется 220 В переменного тока, но в некоторых странах, например в США, используется 110 В переменного тока. Это означает, что некоторые устройства, например блендеры, могут работать не во всех странах. Для этой цели мы можем использовать трансформаторы, которые преобразуют 110 В в 220 В или наоборот, чтобы убедиться, что техника может использоваться в любой стране.

5. СОГЛАСОВАНИЕ ИМПЕДАНСА

Это специальные типы трансформаторов, которые используются для согласования импеданса источника и нагрузки.Они находят широкое применение в радиочастотных и аудиосхемах.

Коэффициент трансформации равен квадратному корню из импедансов источника и нагрузки.

6. АВТОТРАНСФОРМАТОР

Это специальный тип трансформатора, который имеет только одну обмотку с выходом «отвод», который образует вторичную обмотку. Обычно этот отвод является регулируемым, поэтому вы можете изменять выходное напряжение переменного тока, как делитель напряжения.

Заключение

Трансформеры — полезные устройства, и научиться их конструировать и работать с ними может очень кстати! Хотя мы рассмотрели здесь основы, проектирование трансформатора с нуля — это то, что можно обсудить в другой статье, поэтому давайте поговорим об этом в другой раз.Итак, теперь, когда вы снова увидите трансформатор, вы будете знать, почему он там и как работает.

Типы трансформаторов: чем трансформаторы различаются по конструкции и конструкции

Среди всех инноваций, которые мир инженерии испытал и породил, трансформатор является выдающимся и одним из самых важных инноваций. Это электромагнитное статическое устройство, которое используется для передачи электроэнергии из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения, но без колебаний частоты.Он называется статическим, потому что в его конструкции нет вращающихся или движущихся компонентов. Трансформаторы следуют правилам электромагнетизма, введенным Майклом Фарадеем. В следующих разделах мы обсудим различные типы трансформаторов. Linquip хочет, чтобы вы знали, что, хотя трансформаторы различаются по конструкции и конструкции, все они работают почти по одному и тому же принципу. Оставайся с нами до конца.

Типы трансформаторов — Linquip

Типы трансформаторов по уровню напряжения

Конструктивно трансформатор может быть нескольких типов.Хотя нет электрического соединения от одной стороны трансформатора к другой, две полностью и электрически автономные катушки могут направлять электричество посредством электромагнитного перехода. Трансформаторы могут быть проведены таким образом, что они могут изменять уровень напряжения с первичной стороны на вторичную. В зависимости от уровня напряжения трансформаторы делятся на три типа. В следующих разделах мы подробно остановимся на этих трех типах.

1. Понижающий трансформатор

И электроника, и электротехника пользуются преимуществами понижающих трансформаторов.Понижающий трансформатор изменяет уровень первичного напряжения на более низкий и подает его на вторичный выход. Соотношение первичной и вторичной обмоток делает это возможным. В трансформаторах этого типа количество обмоток катушки на первичной стороне больше, чем на вторичной. Таким образом, общее соотношение намотки этих двух сторон всегда больше 1.

Если вы заметили, в электронике , большинство домашних приложений работают от 5 В до 24 В. в некоторых случаях вы найдете приложения с использованием 48 В.Чтобы изменить выходную мощность 230 В переменного тока на желаемый и более низкий уровень напряжения, необходимы понижающие трансформаторы. В контрольно-измерительных приборах, а также во многих электрических наборах оборудования основная потребность в силовой секции заключалась в понижающем трансформаторе.

Электрические распределительные системы, работающие с очень высоким напряжением, что делает возможными экономически эффективные решения с низкими потерями для доставки электроэнергии на большие расстояния. В этих системах используются понижающие трансформаторы. Итак, обратите внимание, что в большинстве случаев понижающие трансформаторы используются для переключения высокого напряжения в низкое напряжение в линиях питания.

2. Повышающий трансформатор

Как следует из названия, то, что делает повышающий трансформатор, прямо противоположно тому, что делает понижающий трансформатор. Повышающий трансформатор — это тип трансформатора, работа которого заключается в повышении низкого напряжения первичной катушки до высокого напряжения во вторичной катушке. Опять же, соотношение первичной и вторичной обмоток вызывает изменение или преобразование уровня напряжения. В принципе работы повышающего трансформатора общее соотношение первичной и вторичной обмоток меньше единицы.Это означает, что количество витков катушек во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

В электронике стабилизаторы, инверторы и многие другие устройства выигрывают от наличия повышающих трансформаторов, где низкое напряжение необходимо преобразовать в гораздо более высокое напряжение.

Распределение электроэнергии также выигрывает от использования повышающих трансформаторов. Требуется высокое напряжение. Для распределения энергии на большие расстояния требуется поток высокого напряжения. Таким образом, такой трансформатор необходим в сети для повышения уровня напряжения перед распределением.

3. Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор не изменяет уровень напряжения. Поскольку количество витков в первичной и вторичной обмотках изолирующих трансформаторов одинаково, первичное и вторичное напряжение изолирующего трансформатора всегда одинаковы. причина в том, что соотношение первичной и вторичной обмоток всегда равно 1.

Изолирующие трансформаторы предназначены для изоляции первичной и вторичной обмоток. Этот тип трансформаторов используется в качестве изолирующего барьера.Если используются изолирующие трансформаторы, проводимость происходит только за счет магнитного потока. Основная причина использования изолирующих трансформаторов — это обеспечение безопасности и подавление шума, передаваемого с первичной обмотки на вторичную или наоборот.

Типы трансформаторов — Linquip

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Все трансформаторы передают энергию, проводя электромагнитный поток через материал сердечника. Плотность потока полностью зависит от материалов сердечника.Итак, разные материалы сердечника приводят к разной плотности потока. Основываясь на основных материалах, мы можем разделить трансформаторы на три основных типа. Эти типы используются в области энергетики и электроники.

1. Трансформаторы с железным сердечником

Одним из основных материалов трансформаторов является железо. Трансформаторы с железным сердечником состоят из нескольких пластин из мягкого железа. Поскольку магнитные свойства железа велики, электрический поток в трансформаторах с железным сердечником очень высок.Сила электрического потока означает большую эффективность.

Форма и размер пластин сердечника из мягкого железа могут быть различными. Структура такая: катушки первичной и вторичной обмоток намотаны на формирователь катушек, который сам установлен в пластинах сердечника из мягкого железа. Принимая во внимание размер и форму сердечника, на рынке можно найти различные типы пластин сердечника. Одними из наиболее распространенных форм железных пластин являются E, I, U и L. Эти пластины тонкие, и для образования сердечника несколько пластин собираются вместе.

2. Трансформатор с ферритовым сердечником

Из-за высокой проницаемости феррита это еще один материал, который используется для изготовления сердечников трансформаторов. Трансформаторы с ферритовым сердечником имеют очень низкие потери в высокочастотных приложениях. Таким образом, этот тип трансформаторов используется в высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), приложения, связанные с RF и т. Д.

Трансформаторы с ферритовым сердечником, в зависимости от требований применения, также представлены в различных формах, размерах.Этот тип трансформатора обычно используется в электронике, а не в электротехнике. Сердечник E является наиболее распространенной формой трансформатора с ферритовым сердечником.

3. Трансформатор с воздушным сердечником

В трансформаторе с воздушным сердечником мы не видим физический магнитный сердечник в качестве материала сердечника. Потоковая связь трансформатора с воздушным сердечником полностью осуществляется за счет воздуха.

В трансформаторах этого типа первичная обмотка питается переменным током, создающим вокруг нее электромагнитное поле, а вторичная обмотка помещается внутрь магнитного поля.В соответствии с законом индукции Фарадея вторичная катушка индуцируется магнитным полем, используемым для питания нагрузки. Однако по сравнению с физическим материалом сердечника, таким как железо и феррит, используемыми в трансформаторах, трансформаторы с воздушным сердечником создают низкую взаимную индуктивность.

Этот вид трансформаторов в основном используется в портативной электронике, а также в приложениях, связанных с радиочастотами. Из-за отсутствия физического материала сердечника в его конструкции он очень легкий с точки зрения веса.

Типы трансформаторов — Linquip

Другие типы трансформаторов

Есть некоторые другие типы трансформаторов, которые мы предпочли не помещать в определенную категорию. В следующем разделе вы познакомитесь еще с тремя видами трансформаторов. Оставайся с нами до конца.

1. Однофазный трансформатор

Однофазные трансформаторы состоят из двух типов обмоток: первичной обмотки, на которую подается переменный ток, и вторичной обмотки, подключенной к нагрузке.Этот вид трансформаторов передает мощность переменного тока от одной цепи к другой с постоянной частотой и вариациями напряжения.

2. Трансформатор трехфазный

Трехфазные трансформаторы — это три однофазных трансформатора, которые соединены вместе и действуют как трехфазный трансформатор. Эти трансформаторы в основном используются в промышленности для выработки электроэнергии, передачи и распределения.

3. Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы, как правило, представляют собой трансформаторы большего размера, передающие мощность в систему электроснабжения или подстанцию.Силовой трансформатор используется для создания моста между генератором энергии и первичной распределительной сетью. Этот трансформатор преобразует высокий ток низкого напряжения в низкий ток высокого напряжения.

Заключение

Трансформаторы

выпускаются в широком ассортименте для различных нужд. Некоторые трансформаторы огромны и обычно находятся на электростанциях или электростанциях, а некоторые достаточно малы, чтобы их можно было использовать с зарядными станциями. Какую бы форму или размер они ни имели, их цель одна и та же: передача электроэнергии от одного типа к другому.Мы постарались донести до вас полезную и исчерпывающую информацию. В этой статье мы объяснили все типы трансформаторов. Будем признательны, если вы поделитесь своим опытом использования различных типов трансформаторов и своим мнением по этой теме. Кроме того, если по-прежнему есть какие-то неясности в отношении информации, которую мы предоставили по этой теме, вы можете зарегистрироваться, и наши специалисты в Linquip готовы ответить на ваши вопросы. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

Основы электрических трансформаторов

Что такое электрические трансформаторы?

Электрические трансформаторы — это машины, передающие электричество из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения, но без изменения частоты.Сегодня они рассчитаны на использование источника переменного тока, а это означает, что колебания напряжения питания зависят от колебаний тока. Таким образом, увеличение тока приведет к увеличению напряжения и наоборот.

Трансформаторы

помогают повысить безопасность и эффективность энергосистем, повышая и понижая уровни напряжения по мере необходимости. Они используются в широком спектре жилых и промышленных применений, в первую очередь и, возможно, наиболее важно для распределения и регулирования мощности на большие расстояния.

Конструкция электрического трансформатора

Три важных компонента электрического трансформатора — это магнитный сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка — это часть, которая подключена к источнику электричества, откуда первоначально создается магнитный поток. Эти катушки изолированы друг от друга, и основной поток индуцируется в первичной обмотке, откуда он передается на магнитный сердечник и соединяется со вторичной обмоткой трансформатора через путь с низким сопротивлением.

Сердечник передает поток во вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая замыкает поток, а внутри сердечника размещается путь с низким сопротивлением, чтобы максимизировать потокосцепление. Вторичная обмотка помогает завершить движение потока, который начинается на первичной стороне, а с помощью сердечника достигает вторичной обмотки. Вторичная обмотка способна набирать импульс, потому что обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, и, следовательно, их магнитные поля помогают создавать движение. Во всех типах трансформаторов магнитный сердечник собирается путем укладки многослойных стальных листов, оставляя минимально необходимый воздушный зазор между ними для обеспечения непрерывности магнитного пути.

Как работают трансформаторы?

В электрическом трансформаторе для работы используется закон электромагнитной индукции Фарадея: «Скорость изменения магнитной индукции во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

Физическая основа трансформатора заключается во взаимной индукции между двумя цепями, которые связаны общим магнитным потоком. Обычно он имеет 2 обмотки: первичную и вторичную. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник, который является ламинированным, и взаимная индукция, возникающая между этими цепями, помогает передавать электричество из одной точки в другую.

В зависимости от величины магнитного потока между первичной и вторичной обмотками будут разные скорости изменения магнитного потока. Чтобы обеспечить максимальную потокосцепление, то есть максимальный поток, проходящий через вторичную обмотку и связанный с ней от первичной обмотки, для обеих обмоток размещен путь с низким сопротивлением. Это приводит к повышению эффективности работы и образует сердечник трансформатора.

Приложение переменного напряжения к обмоткам в первичной обмотке создает переменный поток в сердечнике.Это связывает обе обмотки, чтобы навести ЭДС как на первичной, так и на вторичной стороне. ЭДС во вторичной обмотке вызывает ток, известный как ток нагрузки, если к вторичной части подключена нагрузка.

Таким образом электрические трансформаторы передают мощность переменного тока из одной цепи (первичной) в другую (вторичную) посредством преобразования электрической энергии из одного значения в другое, изменяя уровень напряжения, но не частоту.

Видео предоставлено: Инженерное мышление

Как работает трансформатор — Принцип работы электротехники

Электрический трансформатор — КПД и потери

В электрическом трансформаторе не используются движущиеся части для передачи энергии, что означает отсутствие трения и, следовательно, потерь на ветер.Однако электрические трансформаторы страдают от незначительных потерь меди и железа. Потери меди возникают из-за потерь тепла при циркуляции токов по медным обмоткам, что приводит к потере электроэнергии. Это самые большие потери в работе электрического трансформатора. Потери в железе вызваны запаздыванием магнитных молекул, находящихся внутри сердечника. Это отставание происходит в ответ на изменение магнитного потока, которое приводит к трению, и это трение производит тепло, которое приводит к потере мощности в сердечнике.Эти потери можно значительно уменьшить, если сердечник изготовлен из специальных стальных сплавов.

Интенсивность потерь мощности определяет КПД электрического трансформатора и выражается в потерях мощности между первичной и вторичной обмотками. Результирующий КПД затем вычисляется как отношение выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой. В идеале КПД электрического трансформатора составляет от 94% до 96%

Типы трансформаторов

Электрические трансформаторы можно разделить на различные категории в зависимости от их конечного использования, конструкции, поставки и назначения.

На основе проектирования

• Трансформатор с сердечником Этот трансформатор имеет две горизонтальные секции с двумя вертикальными ветвями и прямоугольный сердечник с магнитной цепью. Цилиндрические катушки (ВН и НН) размещены на центральном плече трансформатора сердечника.
• Корпус типа Трансформатор Трансформатор кожухового типа имеет двойную магнитную цепь и центральное плечо с двумя внешними краями.

На базе поставки

• Однофазный Трансформатор Однофазный трансформатор имеет только один набор обмоток.Отдельные однофазные блоки могут дать те же результаты, что и трехфазные передачи, когда они соединены внешне.
• Трехфазный Трансформатор Трехфазный (или трехфазный) трансформатор имеет три набора первичных и вторичных обмоток, образующих группу из трех однофазных трансформаторов. Трехфазный трансформатор в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленности.

По целевому назначению

• Повышающий трансформатор
  Этот тип определяется количеством витков провода.Таким образом, если вторичный набор имеет большее количество витков, чем первичный, это означает, что напряжение будет соответствовать тому, которое образует базу повышающего трансформатора.
• Понижающий трансформатор
  Этот тип обычно используется для понижения уровня напряжения в сети передачи и распределения электроэнергии, поэтому его механизм полностью противоположен повышающему трансформатору.

На праве пользования

• Силовой трансформатор
  Обычно используется для передачи электроэнергии и имеет высокий рейтинг.
• Распределение трансформатор Этот электрический трансформатор имеет сравнительно более низкие характеристики и используется для распределения электроэнергии.
• Instrument трансформатор Этот электрический трансформатор подразделяется на трансформаторы тока и напряжения.
  • Трансформатор тока
  • Трансформатор потенциала

Эти трансформаторы используются для реле и защиты приборов одновременно.

По принципу охлаждения

• Самоохлаждающиеся масляные трансформаторы Этот тип обычно используется в небольших трансформаторах мощностью до 3 МВА и предназначен для самоохлаждения за счет окружающего воздушного потока.
• Масляные трансформаторы с водяным охлаждением В этом типе электрических трансформаторов используется теплообменник для облегчения передачи тепла от масла к охлаждающей воде.
• С воздушным охлаждением (воздушное охлаждение) Трансформаторы В трансформаторах этого типа выделяемое тепло охлаждается с помощью воздуходувок и вентиляторов, которые заставляют циркулировать воздух по обмоткам и сердечнику.

Основные характеристики трансформатора

Все трансформаторы имеют общие черты, независимо от их типа:

• Частота входной и выходной мощности одинаковая
• Все трансформаторы используют законы электромагнитной индукции
• Первичная и вторичная катушки не имеют электрического соединения (за исключением автотрансформаторов). Передача мощности осуществляется посредством магнитного потока.
• Для передачи энергии не требуются движущиеся части, поэтому отсутствуют потери на трение или ветер, как в других электрических устройствах.
• Потери, которые происходят в трансформаторах, меньше, чем в других электрических устройствах, и включают:
  • Потери в меди (потеря электроэнергии из-за тепла, создаваемого циркуляцией токов вокруг медных обмоток, считается самой большой потерей в трансформаторах)
  • Потери в сердечнике (потери на вихревые токи и гистерезис, вызванные запаздыванием магнитных молекул в ответ на переменный магнитный поток внутри сердечника)

Большинство трансформаторов очень эффективны, вырабатывая от 94% до 96% энергии при полной нагрузке.Трансформаторы очень большой мощности могут выдавать до 98%, особенно если они работают с постоянным напряжением и частотой.

Применение электрического трансформатора

Основные области применения электрического трансформатора:

• Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока.
• Увеличение или уменьшение значения индуктивности или конденсатора в цепи переменного тока.
• Предотвращение прохождения постоянного тока из одной цепи в другую.
• Изоляция двух электрических цепей.
• Повышение уровня напряжения на объекте выработки электроэнергии перед передачей и распределением электроэнергии.

Общие применения электрического трансформатора включают насосные станции, железные дороги, промышленность, коммерческие предприятия, ветряные мельницы и энергоблоки.

Советы по поиску и устранению неисправностей электрического трансформатора

Использование мультиметра — лучший способ проверить и устранить неисправности в электрической цепи.

1. Начните с проверки напряжения цепи, которую необходимо проверить.Этот шаг поможет вам определить тип лампочки, необходимой для сборки тестера цепей.
2. Вырежьте 2 полосы из провода AWG 16 калибра , убедившись, что каждая из них имеет длину не менее 12 дюймов.
3. С помощью инструмента для зачистки удалите четверть внешнего пластика с обоих концов проводов и 1 дюйм внешнего пластика с двух других концов. Как только это будет сделано, скрутите оголенную проволоку, чтобы пряди соединялись.
4. Присоедините два конца, с которых вы сняли 1/4 ^— дюймов пластика, к клеммам держателя лампы.
5. Вставьте лампочку в патрон и прикрепите два оставшихся конца провода к клеммам, которые вы хотите проверить.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет. Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. В нем хранится обширный перечень электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводных кабелей, предохранительных выключателей и т. Д.Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной электротехнической продукции и современных решений в области электрического освещения.