Что преобразует трансформатор. Трансформатор: принцип работы, виды и применение

Как работает трансформатор. Какие бывают виды трансформаторов. Для чего применяются трансформаторы в энергетике и электронике. Из каких основных частей состоит трансформатор.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Как работает трансформатор:

1. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле в сердечнике.
2. Переменное магнитное поле наводит ЭДС во вторичной обмотке.
3. Величина ЭДС во вторичной обмотке зависит от соотношения числа витков в обмотках.

При этом мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную, практически не меняется (за вычетом небольших потерь). Поэтому трансформатор может как повышать, так и понижать напряжение.

Основные виды трансформаторов

В зависимости от назначения и конструкции выделяют следующие основные виды трансформаторов:

• Силовые трансформаторы — для передачи и распределения электроэнергии
• Автотрансформаторы — с общей частью обмотки для первичной и вторичной цепи
• Измерительные трансформаторы тока и напряжения
• Импульсные трансформаторы — для передачи импульсных сигналов
• Сварочные трансформаторы
• Разделительные трансформаторы — для гальванической развязки цепей

Каждый вид имеет свои особенности конструкции и характеристики, оптимизированные под конкретные задачи.

Применение трансформаторов в энергетике

Трансформаторы играют ключевую роль в передаче и распределении электроэнергии. Их основные функции в энергетике:

• Повышение напряжения на электростанциях для передачи энергии на большие расстояния
• Понижение напряжения на подстанциях для распределения энергии потребителям
• Согласование напряжений в разных участках энергосистемы
• Преобразование числа фаз и частоты тока

Благодаря трансформаторам стало возможным создание единых энергосистем, охватывающих огромные территории. Это позволило значительно повысить надежность и экономичность электроснабжения.

Использование трансформаторов в электронике

В электронных устройствах трансформаторы применяются для решения следующих задач:

• Понижение сетевого напряжения до нужного уровня
• Гальваническая развязка цепей
• Согласование сопротивлений источника сигнала и нагрузки
• Фильтрация помех
• Формирование импульсов

Особенно широко используются импульсные трансформаторы в импульсных источниках питания, системах управления и передачи данных. Они позволяют эффективно преобразовывать напряжение при высоких частотах.

Конструкция силового трансформатора

Основные элементы конструкции силового трансформатора:

• Магнитопровод — сердечник из электротехнической стали
• Обмотки — из медного или алюминиевого провода
• Изоляция — между обмотками и магнитопроводом
• Система охлаждения — масляная или воздушная
• Бак — для размещения активной части и масла
• Вводы — для подключения к внешним цепям

Конструкция трансформатора зависит от его мощности, напряжения, условий эксплуатации. Для повышения эффективности применяются специальные методы укладки обмоток, конструкции магнитопровода.

Режимы работы трансформатора

Основные режимы работы трансформатора:

1. Холостой ход — вторичная обмотка разомкнута, ток в ней отсутствует. По первичной обмотке протекает небольшой ток намагничивания.
2. Нагрузочный режим — ко вторичной обмотке подключена нагрузка. Ток во вторичной обмотке создает размагничивающее действие.
3. Короткое замыкание — вторичная обмотка замкнута накоротко. Возникают большие токи, опасные для трансформатора.

Важно обеспечивать правильные условия эксплуатации трансформатора для его надежной и эффективной работы в течение длительного срока.

Преимущества и недостатки трансформаторов

Основные преимущества трансформаторов:

• Высокий КПД (до 99% у мощных трансформаторов)
• Возможность изменения напряжения в широких пределах
• Надежность и долговечность
• Простота конструкции и обслуживания

Недостатки трансформаторов:

• Потери энергии на нагрев обмоток и сердечника
• Большие массогабаритные показатели
• Чувствительность к перегрузкам
• Необходимость защиты от коротких замыканий

Несмотря на недостатки, трансформаторы остаются незаменимыми устройствами в современной энергетике и электронике благодаря своей эффективности и надежности.

Перспективы развития трансформаторостроения

Основные направления совершенствования трансформаторов:

• Применение новых магнитных материалов для снижения потерь
• Использование высокотемпературных сверхпроводников в обмотках
• Создание «умных» трансформаторов с цифровым управлением
• Разработка трансформаторов на основе силовой электроники
• Повышение экологичности и пожаробезопасности конструкций

Развитие технологий позволит создавать более компактные, эффективные и надежные трансформаторы для энергетических систем будущего.

Как работает трансформатор преобразование тока

---

Преобразование переменного тока

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тока тем, что он хорошо поддается трансформированию, т. е. преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низкого напряжения, или наоборот. Трансформаторы позволяют передавать переменный ток по проводам на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого переменное напряжение, вырабатываемое на электростанциях генераторами, с помощью трансформаторов повышают до напряжения в несколько сотен тысяч вольт и «посылают» по линиям электропередачи (ЛЭП) в различных направлениях. С повышением напряжения уменьшается сила тока в ЛЭП при одной и той же передаваемой мощности, что и приводит к снижению потерь и позволяет применять провода меньшего сечения. В городах и селах на расстоянии сотен и тысяч километров от электростанций это напряжение понижают трансформаторами до более низкого, которым и питают лампочки освещения, электродвигатели и другие электрические приборы.

Трансформаторы широко применяют и в радиотехнике.

Схематическое устройство простейшего трансформатора показано на рис. 1. Он состоит из двух катушек из изолированного провода, называемых обмотками, насаженных на магнитопровод, собранный из пластин специальной, так называемой трансформаторной стали. Обмотки трансформатора изображают на схемах так же, как катушки индуктивности, а магнитопровод — линией между ними.

Рис. 1.Трансформатор с магнитопроводом из стали:
а — устройство в упрощенном виде; б — схематическое изображение

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, текущий по одной из обмоток трансформатора, создает вокруг нее и в магнитопроводе переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора, индуцируя в ней переменное напряжение той же частоты. Если к этой обмотке подключить какую-либо нагрузку, например лампу накаливания, то в получившейся замкнутой цепи потечет переменный ток — лампа станет гореть.

Обмотку, к которой подводится переменное напряжение, предназначаемое для трансформирования, называют первичной, а обмотку, в которой индуцируется переменное напряжение — вторичной.

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке приблизительно равно напряжению, подведенному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подводимого к первичной обмотке. В первом случае трансформатор будет понижать, во втором повышать переменное напряжение.

Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, можно довольно точно подсчитать по отношению чисел витков обмоток трансформатора: во сколько раз она имеет большее (или меньшее) число витков по сравнению с числом витков первичной обмотки, во столько же раз напряжение на ней будет больше (или меньше) по сравнению с напряжением, подводимым к первичной обмотке.

Так, например, если одна обмотка трансформатора имеет 1000 витков, а вторая 2000 витков, то, включив первую обмотку в сеть переменного тока с напряжением 220 В, мы получим во второй обмотке напряжение 440 В — это повышающий трансформатор. Если же напряжение 220 В подвести к обмотке, имеющей 2000 витков, то в обмотке, содержащей 1000 витков, мы получим напряжение 110 В — это понижающий трансформатор. Обмотка, имеющая 2000 витков, в первом случае будет вторичной, а во втором случае — первичной.

Но, пользуясь трансформатором, не стоит забывать о том, что мощность тока (Р = U·I), которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Это значит, что получить от вторичной обмотки одну и ту же мощность можно, повышая напряжение и уменьшая ток, либо потребляя от нее пониженное напряжение при увеличенном токе. Следовательно, повышая напряжение мы проигрываем в значении тока, а выигрывая в значении тока, обязательно проигрываем в напряжении.

Для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока часто используют трансформаторы с несколькими вторичными обмотками с различным числом витков. С помощью таких трансформаторов, называемых сетевыми, или трансформаторами питания, получают несколько напряжений, питающих разные цепи.

Наибольшая мощность тока, которая может быть трансформирована, зависит от размера магнитопровода трансформатора и диаметра провода, из которого выполнены обмотки. Чем больше объем магнитопровода, тем большая мощность тока может быть трансформирована. Практически же в трансформаторе всегда бесполезно теряется часть мощности. Поэтому мощность в цепи вторичной обмотки (или сумма мощностей, получаемых от всех вторичных обмоток) всегда несколько меньше мощности, потребляемой первичной обмоткой.

Если, однако, в первичной обмотке трансформатора течет пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение, частота которого равна частоте пульсаций тока в первичной обмотке. Это свойство трансформатора используется для индуктивной связи между разными цепями, разделения пульсирующего тока на его составляющие и ряда других целей, о которых разговор будет впереди.

Все трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов (пермаллоя) называют низкочастотными трансформаторами, так как они пригодны только для преобразования переменного напряжения низкочастотного диапазона. На схемах низкочастотные трансформаторы обозначают буквой Т, а их обмотки римскими цифрами.

Принцип действия высокочастотных трансформаторов, предназначаемых для трансформации колебаний высокой частоты, также основан на электромагнитной индукции. Они могут быть как с сердечниками, так и без сердечников. Их обмотки (катушки) располагают на одном или разных каркасах, но обязательно близко одну к другой (рис. 2).

Рис. 2.Высокочастотные трансформаторы без сердечников (слева катушки трансформатора с общим каркасом; справа — катушки трансформатора на отдельных каркасах; в центре обозначение на схемах)

При появлении тока высокой частоты в одной из катушек вокруг нее возникает быстропеременное магнитное поле, которое индуцирует во второй катушке напряжение такой же частоты. Как и в низкочастотных трансформаторах, напряжение во вторичной катушке зависит от соотношения чисел витков в катушках.

Для усиления связи между катушками в высокочастотных трансформаторах используют сердечники в виде стержней или колец (рис. 3), представляющие собой спрессованную массу из неметаллических материалов. Их называют магнитодиэлектрическими или высокочастотными сердечниками.

Рис 3.Высокочастотные трансформаторы с магнитодиэлектрическими сердечниками (слева — со стержневым, справа с кольцевым (тороидальным) сердечником)

Магнитодиэлектрический сердечник высокочастотного трансформатора независимо от его конструкции и формы обозначают на схемах так же, как магнитопровод низкочастотного трансформатора, — прямой линией между катушками, а обмотки, как и катушки индуктивности, — латинскими буквами L.

---

Трансформаторы — ООО «ПРОМЭНЕРГО-НН»

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

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

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

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный Сухой Многоцелевого назначения мощностью 0,16 кВА

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора.1 — первичная обмотка,2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

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

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

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

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

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

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова по патенту России № 2016483, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Режимы работы трансформатора

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

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

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

Виды трансформаторов

Трансформатор

Мачтовая трансформаторная подстанцияс трёхфазным понижающим трансформатором

Силовой трансформатор

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

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

Автотрансформатор

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

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

Трансформатор тока

Трансформа?тор то?ка — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляетгальваническую развязку (в отличие от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или исполнительные и индикаторные устройства, например, реле.

Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме, близком к режиму короткого замыкания. При случайном или умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции, повреждение подключённых устройств.

При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае равно) коэффициенту трансформации.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепяхРЗиА. 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 высокойскважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

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

Согласующий трансформатор

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

Пик-трансформатор

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

Сдвоенный дроссель

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

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

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

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

• Стержневой
• Броневой
• Тороидальный

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

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

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

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформаторавыполняется из электротехнической стали,пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2-х, 4-х и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называетсяостовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называетсястержень.
Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыканиямагнитной цепи, называется ярмо.

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки]

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Дисковая обмотка

Основным элементом обмотки являетсявиток —электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции^.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

1. Назначению
   • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
   • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
   • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
2. Исполнению
   • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
   • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
   • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
   • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

   • Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов^{(не закончена, в работе)}

     Схема соединения обмоток		Диаграмма векторов напряжения холостого ходаПрим.1	Условное обозначение
     ВН	НН
     			У/Д-11

     Примечание: на диаграммезелёным цветомобозначены векторы обмотки «Звезда»,синим — «Треугольник»,красным — смещение вектора AB.

     В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

     Варианты исполнения

     Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Исходя из этого трансформаторные баки делятся по конструктивному исполнению:

     1. Трансформаторы с гладким баком без расширителя (такая конструкция применяется для мощностей вплоть до 10кВА), выводы смонтированы на крышке. Температурная компенсация расширения масла производится за счёт неполного заполнения бака и создания в верхней части воздушной подушки.
     2. Трансформаторы с расширительным баком (вплоть до 63 кВА), выводы расположены на крышке.
     3. Трансформаторы с расширительным баком и радиаторами, выводы расположены на крышке. В старых конструкциях радиаторы выполнялись в виде гнутых труб, приваренных к баку — т. н. «трубчатый бак».
     4. Трансформаторы с расширительным баком, радиаторами и выводами на стенках бака на специальных фланцах (фланцевое крепление). Этот тип трансформатора имеет в обозначении литеру «Ф» и предназначается для непосредственной установки в производственном помещении («цеховое исполнение»).
     5. Трансформаторы с радиаторами, без расширителя, фланцевого крепления. Компенсация температурного расширения масла производится созданием в верхней части газовой подушки из инертного газа — азота (для исключения окисления масла воздухом). Такие трансформаторы также относятся к типу цеховых и имеют в обозначении литеру «З» — защищённое исполнение. Аварийный сброс давления производится специальным клапаном.
     6. Трансформаторы без расширителя, без радиаторов с гофробаком. Наиболее современная конструкция. Компенсация температурного изменения объёма масла происходит с помощью специальной конструкции бака с гофрированными стенками из тонкой стали (гофробак). Расширение масла сопровождается раздвиганием гофр бака. Аварийный сброс давления масла (например при внутренних повреждениях) производится специальным клапаном. Такие трансформаторы имеют в обозначении литеру «Г» — герметичное исполнение.

        Обозначение на схемах[

        На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

        Центральная толстая линия соответствует сердечнику,1 — первичная обмотка (обычно слева),2и3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

        При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивания син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

        В схемах трёхфазных трансформаторов «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

        Применение трансформаторов

        Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетяхи в источниках питанияразличных приборов.

        Применение в электросетях

        Поскольку потери на нагревание проводапропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

        Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

        Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности.

        Применение в источниках электропитания

        Компактный сетевой трансформатор

        Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа черезумножитель напряжения).

        В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

        В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питанияпеременное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощиинверторав высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

        В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

        Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

        Другие применения трансформатора

        • Разделительные трансформаторы(трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
        • Импульсные трансформаторы(ИТ). 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.
        • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
        • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
        • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
        • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмоткивидно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит враз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадамэлектронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран налампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны ввысокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

        Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформаторT₁. ТрансформаторT₂суммирует выходные импульсыVT1иVT2в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

Блог и новости Power Plus Engineering

Октябрь 9 2017

Автоматический выключатель — это автоматический электрический выключатель, предназначенный для прерывания тока, чтобы защитить вас и ваш дом от повреждений, вызванных избыточным током. Если цепь перегружена, выключатель сработает и отключит питание, чтобы устранить риск…

Подробнее…

Октябрь 9 2017

Инфракрасная термография Инспекция — отличный способ обнаружить проблемы с электричеством до того, как в здании разразится авария. Его можно использовать как для внутренней, так и для внешней съемки, и обычно он достаточно точен для личного и служебного использования. …

Подробнее…

Октябрь 6 2017

Силовые автоматические выключатели в вашем помещении могут работать хорошо и обманывать вас, заставляя думать, что все работает нормально. Вы можете не осознавать, что, несмотря на эффективность ваших автоматических выключателей, за кулисами устройства могут столкнуться с. ..

Подробнее…

Сентябрь 12 2017

Бесперебойное электроснабжение является очень важной задачей на многих объектах, включая правительственные здания, коммерческие здания, производственные предприятия, медицинские центры и центры обработки данных. Для обеспечения надежности энергообъекта следует больше сосредоточиться на…

Подробнее…

Июль 31 2017

Трансформаторы перемещают электроэнергию, и они необходимы для доставки ее потребителям. Они также очень дорогие, и требуется время, чтобы починить их, если у них возникнут проблемы. Те вещи, которые могут пойти не так, делятся на внутренние и внешние…

Подробнее…

Июнь 21 2017

Проблемы в электрических и механических системах могут возникнуть без предупреждения. Однако отказу оборудования часто предшествует значительный период повышенного нагрева различных компонентов системы. Если увеличение тепла обнаружено в хорошем…

Подробнее…

май 18 2017

Электрические установки являются неотъемлемой частью любого имущества или здания. Когда все в вашем бизнесе работает нормально, может показаться, что наем инспектора по электрике не стоит вложений. Тем не менее, есть много преимуществ…

Подробнее…

май 1 2017

Может ли трансформатор преобразовать переменный ток в постоянный? Короткий ответ — нет. Почему бы нет? Сама задача слишком сложна для такой простой машины. Сам трансформатор предназначен для одной основной задачи, а именно для преобразования высокого и низкого напряжения. А…

Подробнее…

Маршировать 16 2017

Если вы не знакомы с этим термином, может показаться, что трансформеры относятся к игрушке или боевику. На самом деле это относится к электрическому устройству, которое обеспечивает подачу питания в различные места. Узнайте больше о том, что они делают,…

Подробнее…

февраль 15 2017

Вы обсуждаете вопрос о найме инспектора по электрике, но не уверены, стоит ли это вложений? Вы вообще не должны обсуждать это, поскольку они того стоят. Вот лишь четыре способа получить выгоду от подключения к электричеству…

Подробнее…

январь 24 2017

Мониторинг качества электроэнергии (PQM) имеет много преимуществ, таких как повышение производительности и качества. Система PQM будет собирать, анализировать и интерпретировать необработанные данные измерения электроэнергии в полезную информацию. Типичная система мониторинга измеряет…

Подробнее…

Декабрь 29 2016

Как владелец бизнеса, вы вкладываете так много своей энергии и ресурсов в продукты, услуги, инфраструктуру и имущество вашей компании. Со всеми этими личными и финансовыми вложениями последнее, что вы хотите, это потерять что-либо из своих…

Подробнее…

ноябрь 17 2016

Если у вас есть дом или бизнес, скорее всего, вы регулярно потребляете электроэнергию. Несмотря на то, что почти все электроприборы и светильники в вашем доме или офисе используют электричество, мало кто задумывается о проверке электропроводки в своем доме. …

Подробнее…

Октябрь 18 2016

Если вы заметили электрические помехи, влияющие на питание, вы должны понимать, что существует множество возможных причин. Лучшее понимание электрических помех может помочь вам понять, как решать проблемы, когда они…

Подробнее…

Сентябрь 27 2016

В детстве у вас, вероятно, была игрушка, которая также была научным проектом в демонстрации того, как работает электричество. Абсолютно было весело! Электричество по-прежнему интересно взрослым, которые понимают, чего оно может достичь, и что, как вы знаете, вы можете сделать…

Подробнее…

Июль 13 2016

Мы добавили новые замечательные функции и обновили наш контент, чтобы предоставить вам самую свежую информацию о нашей компании. Чаще проверяйте наличие обновлений.

Подробнее…

Преобразует ли трансформатор переменный ток в постоянный?

Ответить

Проверено

163,8 тыс.+ просмотров

Подсказка: Трансформатор — это тип пассивного электрического устройства, использующего электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой. Чаще всего он используется для повышения («шаг вверх») или понижения («шаг вниз») уровней напряжения между цепями.

Полный ответ:
Трансформатор не может преобразовывать переменный ток в постоянный или постоянный в переменный. Трансформатор имеет возможность увеличивать или уменьшать ток. Повышающий трансформатор — это трансформатор, повышающий напряжение с первичной обмотки на вторичную. Напряжение с первичной обмотки на вторичную понижается понижающим трансформатором.

Работа слишком сложна для такой простой машины. Трансформатор предназначен для преобразования высокого и низкого напряжения, и это все, что он делает. Трансформатор — это устройство, использующее магнитную связь для передачи энергии от одной цепи к другой. Трансформатор не имеет движущихся компонентов и опирается на обмотки, либо одну обмотку с ответвлениями, либо множество связанных обмоток, и, в большинстве случаев, магнитный сердечник для концентрации магнитного потока.

Проходя через первую обмотку, переменный ток создает магнитный поток в сердечнике, генерируя напряжение в других обмотках. Он может преобразовывать между высоким и низким напряжением, но не между переменным и постоянным током. Однако их можно использовать как часть более крупной системы, которая преобразует переменный ток в постоянный. Трансформаторы в системе электроснабжения, которая преобразует переменный ток в постоянный, будут работать точно так же, как и любая другая система, передавая и преобразовывая энергию между высоким и низким напряжением.

Примечание: Выпрямитель является ключевым компонентом любой системы, преобразующей переменный ток в постоянный.