Где применяются трансформаторы. Сферы применения и виды силовых трансформаторов

Автор Даниил Леонидович На чтение 9 мин. Просмотров 7.3k. Опубликовано 18 ноября

Свойства магнитного поля изучаются учеными давно. Впервые электромагнитную индукцию описал Майкл Фарадей. А именно как появляется прочная электромагнитная взаимосвязь в обмотках при создании переменного тока в первой катушке. Во вторичной же катушке повышается напряжение, но мощность и частота остаются прежними. Конечно, несведущему человеку в электричестве сложно понять конструкцию, принцип действия, предназначение трансформатора. Однако, это неотъемлемый прибор с установкой во многих сферах: радиотехника, электроэнергетика.

Трансформаторы напряжения: назначение и принцип действия

Трансформатор – электрическое устройство. Преобразует переменный ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Частота, согласно явлению электромагнитной индукции, остается неизменной.

Состоит статический трансформатор из:

• первичной и вторичной обмотки;
• сердечника.

Применяется устройство в разных схемах питания и электроприборах. Передает электроэнергию на большие расстояния и:

• снижает потери энергии;
• уменьшает площадь сечения проводов ЛЭП.

Разновидности прибора:

• повышающий;
• понижающий;
• силовой;
• вращающийся;
• импульсный;
• разделительный;
• согласующий.

Понижающий трансформатор применяется в быту. Именно через него проходит и поступает ток в домашние розетки с мощностью 220 Вт.

Силовой агрегат в составе из сердечника и нескольких обмоток преобразует напряжение в электроцепи по принципу электромагнитной индукции. Также значение напряжения переменного тока без изменений его частоты. Применяется для распределения и передачи электрической энергии. Напряжение в обмотках – свыше 300 кВ. Мощность – от 4 кВ до 200000 кВА.

Справка! Трансформатор служит для понижения либо повышения переменного напряжения. Основой является ферромагнитный сердечник. В дополнение для бесперебойной работы – обмотки, изоляция, магнитопровод, система охлаждения.

Обмотки выполнены из изолированных медных проводов прямоугольного сечения. Между их слоями находятся пустоты для циркуляции охлаждающего масла. Роль которого – отбирать тепло у обмоток, передавать через радиаторные трубки в окружающую среду.

Принцип действия устройства основан на:

• изменении магнитного потока;
• создании электромагнитной индукции при прохождении через обмотку;
• подаче напряжения на первичную обмотку;
• воспроизведении магнетизма электрическим током, изменяющимся во времени.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, начинает создавать в магнитопроводе магнитный ток. Постепенно приводит к потоку во всех обмотках, преобразуя гальваническую развязку (переменное напряжение), но без видоизменения частоты.

Стоит знать! Действие прибора основано на электромагнитной индукции. За счет переменного тока образуется магнитное переменное поле вокруг проводника, видоизменяется в электродвижущую силу. Напряжение на выходе полностью зависит от используемого (понижающего, повышающего) трансформатора. Коэффициент ЭДС в обмотках прямо пропорционален количеству витков.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения – универсальное устройство. Передает и распределяет энергию.

Используются в:

• электроустановках;
• блоках питания;
• агрегатах передачи электроэнергии;
• устройствах обработки сигналов;
• источниках питания приборов.

Силовой трансформатор с большим напряжением применяется для:

• подачи энергии в электросети на электростанциях;
• повышения напряжения генератора, линии электропередач;
• снижения напряжения, доходящего до потребительского уровня.

Трехфазный прибор со специальной системой охлаждения используется в электросетях. Сердечник в составе – общий для всех 3-ех фаз.

Область применения сетевого трансформатора – источники электропитания, узлы электроприборов с разным напряжением. Импульсные агрегаты незаменимы для радиотехнических, электронных устройств. Сначала выпрямляют переменное напряжение в блоках питания. Далее за счет инвертора преобразуют высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы входят в состав многих схем питания для обеспечения минимального уровня высокочастотных помех. Например, разделительные установки предотвращают угрозу поражения электрическим током для человека. Ведь включение бытовых приборов в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь у прибора будет изолирована от контактов с землей, если конечно, речь идет о заземлении электрического оборудования. Измерительные силовые приборы применяются в схемах генераторов переменного тока. Количество фаз у генератора из трансформатора должно совпадать для достижения стабильного напряжения на выходе.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотных линий, но с разным сопротивлением нагрузки.

Как работает трансформатор напряжения?

Приборы преобразуют энергию источника в необходимый коэффициент напряжения. Работают исключительно при переменном напряжении с постоянной частотой. В основе работы – электромагнитная индукция как явление, срабатываемое при изменении во времени магнитного потока, порождении ЭДС в обмотках.

Работа трансформатора начинается в первичной обмотке, где сердечник создает магнитный поток. Далее задействуется переменный ток, намагничивает сердечник, повышает индуктивность первичной обмотки, препятствует нарастанию тока на выводах обмотки напряжения. Если первичная обмотка отдает магнитный поток, то вторичная принимает его, изменяет с определенной скоростью, пронизывая все ветки и создавая ЭДС.

Напряжение на ветках в полной мере зависит от быстроты изменения магнитного потока в сердечнике. Хотя получается одинаковым на ветках первичной и вторичной обмотки благодаря прохождению через них одного и того же магнитного потока.

Он в свою очередь создает вокруг себя электрическое поле в сердечнике, некий вихрь с воздействием на электроны, начиная толкать их в определенную сторону.

Справка! Если сказать проще, то принцип работы трансформатора напряжения основан на возбуждении напряжения во второй обмотке за счет возникшего переменного тока в магнитопроводе.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания для трансформатора тока является непосредственно ток. Если он не будет проходить через обмотки, тот агрегат быстро выйдет из строя. Питание для трансформатора напряжения – источники напряжения и он также не будет функционировать при повышенных нагрузках тока.

Отличие между устройствами в разных электрических величинах и схемах включения.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Приборы с работой под высоким напряжением нуждаются в периодическом измерении.

Для чего этих целей в помощь – измерительные устройства, которые:

• снижают величину напряжения до нужного уровня;
• обеспечивают гальваническую развязку измерительному оборудованию от цепей с повышенной опасностью.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Номинальная – мощность, с которой трансформатор работает в определенном классе точности и в соответствии с ГОСТом. Выражается в вольтах, амперах. Незначительные отклонения мощности допускаются, но не выше нормированных величин.

Важно! Во избежание повышения погрешности вторичной нагрузки суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле не должно быть более номинальной мощности трансформатора. Узнать номинальную мощность можно в паспорте к агрегату либо на щитке.

Порог номинального напряжения у трансформатора – 10кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов составляет для:

• питания электроприемников – 3-6,3кВ;
• крупногабаритных электродвигателей – до 1000В.

Мощность трехфазного трансформатора вычитается по формуле: – S=квадратный корень цифры 3 UIU—номинальное междуфазное напряжение, В; / — ток в фазе, А. Коэффициенты рабочих токов в обмотках при рабочем состоянии трансформатора не должны быть выше номинальных Хотя кратковременные перегрузки в масляных и сухих агрегатах до определенных пределов (2,5 -3%) приемлемы.

Закон Фарадея

По закону электромагнитной индукции во вторичной обмотке создается ЭДС напряжение. Вычисляется по формуле – U2 = −N2*dΦ/dt.

Справка! Фарадея – основной закон электродинамики. Гласит о том, что генерируемая электродвижущая сила равняется скорости изменения магнитного потока, но взятой со знаком минус. Именно Майкл Фарадей сделал открытие, когда в ходе экспериментов объявил, что электродвижущая сила начинает появляться в проводнике только при изменении магнитного поля. Величина этой силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля.

Все факты содержатся в одном уравнении. Однако, знак минус в законе – правило Ленца, указывающее на возникновение индукционного электрического тока при изменении магнитного поля в проводнике. Действие тока направлено на магнитное поле, начинающего противодействовать изменению магнитного потока.

Правило Ленца не подчиняется законам электродинамики, ведь индукционный ток появляется как в обмотках, так и в сплошных металлических блоках.

Уравнения идеального трансформатора

В таком трансформаторе силовые линии проходят через все ветки первичной, вторичной обмотки. Значит, отсутствуют вихревые потоки и потери энергии. Магнитное поле изменяется, но порождает идентичную ЭДС во всех витках, поэтому становится прямо пропорциональным их общему числу.

Энергия при поступлении из первичной цепи трансформируется в магнитное поле, далее поступает во вторичной цепи.

Формула уравнения идеального трансформатора – P1 = I1 • U1 = P2 = I2 • U2:

• R1 – коэффициент поступающей мощности из первой цепи на трансформатор;
• R2 – коэффициент преобразованной мощности с поступлением во вторичную цепь.

Если повысить напряжение на концах вторичной обмотки, то снизится уровень тока первичной цепи. Согласно уравнению – U2/U1 = N2/N1 = I1/I2 преобразование сопротивления одной цепи к сопротивлению другой возможно только при умножении величины на квадрат отношения.

Как правильно подключить

Во всех тонкостях электрики сложно разобраться простому человеку, но при использовании трансформатора понижающего типа в быту важно понимать, как происходит процесс подключения.

Бывает, что возникает потребность подключения агрегата сразу на нескольких потребителей.

Стоит знать:

1. При подключении трансформатора сразу на несколько потребителей важно учитывать количество выходных клемм.
2. Общая потребляемая мощность для жильцов должна быть идентичной мощности трансформатора либо немного ниже. По мнению специалистов, идеальный второй показатель выше первого – на 20%.
3. Подключается агрегат через электрическую проводку, размер которой не должен быть слишком большим. Достаточно 2 м при монтаже светодиодного освещения во избежании потери мощности.
4. Суммарная мощность электроприборов не должна быть выше мощности трансформатора.

Если посмотреть на схему подключения понижающего трансформатора, то видно, что монтируется между распределительной коробкой мощностью 220 Вт и лампами накаливания. Провода из распредкоробки подключаются непосредственно к выключателю.

Дополнительная информация! Стоит изначально определять правильное место установки электрического понижающего трансформатора. Нельзя его усердно прятать от посторонних глаз, ведь доступ для демонтажа либо замены должен быть свободным. При этом потребляемая мощность – не ниже мощности трансформатора, иначе процесс монтажа проводить запрещено.

При подключении важно, чтобы совпадали все уравнения, касающиеся модели прибора. Также существенное значение имеет фазировка, если в одну цепь подключается сразу несколько приборов параллельно. Во избежание больших потерь мощности фазы должны быть правильно соединены между собой с образованием замкнутого контура. При несовпадении фаз начнет расти нагрузка и падать мощность. Может произойти короткое замыкание.

Важно! Смотрите на фото, как выглядит упрощенный вид трансформатора.

Трансформатор – электромагнитный аппарат. Повышает либо понижает напряжение переменного тока. Он лишен подвижных частей. Значит, является статическим. По размерам бывает с трехэтажное здание либо миниатюрное, помещаемое в руку. В составе – сердечник и несколько обмоток с расположением на магнитопроводе. Хотя может содержать всего одну обмотку без сердечника.

При работе трансформатора срабатывает принцип электромагнитного взаимодействия. Переменный ток подается на первичную обмотку, меняет направление дважды за цикл. Значит, что вокруг обмотки образуется магнитное поле, но ежесекундно исчезает. Вторичная обмотка – проводник электромагнитного взаимодействия. Там же индуцируется напряжение.

Конечно, простому человеку сложно понять конструкцию, назначение прибора. Для познания можно просто разобрать, прозвонить, подключить или демонтировать в домашних условиях.

применение, принцип действия, каких типов бывает

Одним из ключевых моментов в развитии электроники стало изобретение трансформатора. Трудно назвать какое-либо электротехническое устройство, в работе которого он бы не использовался. Благодаря этому простому изобретению человечество научилось управлять электроэнергией путём преобразования её параметров. Поэтому одной из главных задач в области электроники является усовершенствование радиоприбора для повышения надёжности схем электропитания.

История изобретения

Появившийся в XIX веке прибор, названный впоследствии трансформатором, является радиоэлектронным устройством, предназначенным для преобразования одних значений напряжения в другие.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей, проводя ряд экспериментов, открыл явление электромагнитной индукции, которое послужило основой для создания трансформатора. Принцип явления основан на возникновении тока при изменении магнитного поля. Изучая электромагнетизм, учёный выявил, что электродвижущая сила (ЭДС) зависит от скорости изменения магнитного поля, ограниченного проводящим контуром. Таким образом, была открыта возможность превращать магнетизм в электричество.

Первый прототип трансформатора был создан в 1848 году немецким инженером Генрихом Румкорфом. Это устройство было названо катушкой индуктивности и позволяло преобразовывать низкое напряжение постоянной величины в высокое. Конструктивно оно состояло из железного сердечника, вокруг которого были намотаны две обмотки.

Датой же рождения преобразовательного прибора считается 30 ноября 1876 года. Именно тогда русским инженером Яблочковым был получен патент на изобретение устройства. Сконструированный им трансформатор представлял собой сердечник с намотанной на него катушкой. Первый же в классическом понимании радиоприбор был создан в Англии братьями Гопкинсонами, а через год в Венгрии учёные Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери усовершенствовали его путём использования замкнутого магнитопровода.

Существенную роль в развитии устройства сыграло применение Свинберном масленого охлаждения, повысившего надёжность и стабильность электротрансформатора. Развитие изобретения позволило изучать переменный ток, в результате чего была создана трёхфазная система, запатентованная Теслой в 1889 году.

Первоначально сердечник изготавливался в виде формы Н, пока англичанин Стэнли не предложил использовать форму Ш. Благодаря этому появилась возможность отдельно наматывать катушки, а после надевать их на сердечник. Первые образцы трансформаторов характеризовались значительными потерями мощности. Введение примесей кремния в сердечник позволило улучшить характеристики. Дальнейшее развитие технологии изготовления электрических трансформаторов сводилось к усовершенствованию материала сердечника.

Устройство и его суть

В узлах электропитания радиоэлектронных устройств для преобразования тока используются различные виды трансформаторов. В принципе их действия лежит явление электромагнитной индукции, характеризующееся преобразованием переменного тока одной разности потенциалов в другую. При этом скважность и период сигнала остаются неизменными.

Конструктивно классический трансформатор состоит из трёх частей:

• первичной обмотки;
• вторичной катушки;
• сердечника.

Обмотка, к которой подводится электрический сигнал, называется первичной, а с которой снимается — вторичной. Изготавливаются они из алюминиевой или медной проволоки. Сердечник же делается из электротехнической стали или феррита.

При работе устройства возникают вихревые токи, приводящие к нагреву магнитопровода. Это, в свою очередь, влияет на передачу энергии, приводя к её потерям. Чтобы при нагревании не происходило расплавление изоляционного слоя катушек и сплавление с пластинами, используется дополнительная изоляция как сердечника, так и обмоток.

Отдельно выделяют автотрансформаторы. Это преобразователи, состоящие из одной или нескольких катушек, соединённых электрически между собой, в результате чего действующее магнитное поле на них является общим. Сердечник для них выполняется из мягкого ферромагнетика.

Слово «трансформатор» произошло от латинского transformate, что в дословном переводе на русский язык обозначает «превращение», «преобразование». Принцип действия трансформатора основан на двух базовых положениях:

1. Переменный электрический ток образует изменяющийся магнитный поток во времени.
2. Проходя через катушку магнитное поле, наводит в ней ЭДС.

То есть используется явление электромагнетизма и электромагнитной индукции.

Суть работы электромагнитного аппарата сводится к следующему: электрический ток, изменяемый во времени по величине и направлению, поступает на первичную катушку. Проходя по ней, он создаёт переменное магнитное поле. Потоки, образующиеся от этого поля, воздействуют на вторичную обмотку, наводя в ней напряжение переменной величины. Значение этой разности потенциалов зависит от числа витков в первичной и вторичной катушках, а также скорости изменения магнитного поля.

Виды трансформаторов

Согласно определению, трансформатор (transformator) — это статический электромагнитный прибор, состоящий из нескольких катушек, располагающихся на общем магнитопроводе. Используется такое устройство как для преобразования переменного сигнала, так и для создания гальванической связи. Работает при переменном токе.

Все преобразователи классифицируются по следующим признакам:

• количеству фаз — промышленность выпускает одно- и трёхфазные конструкции;
• числу обмоток — существуют двух- или трёхобмоточные конструкции;
• виду изоляции — разделяются на сухой тип, масляный или использующий негорючее заполнение;
• по охлаждению — могут быть с естественным или искусственным его видом.

Кроме этого, бывают трансформаторы, использующие не только проволочные обмотки, но и ленточные, а также без сердечника. Последние применяются для работы на высоких частотах. Изделия характеризуются различными параметрами. Основными из них являются: мощность, коэффициенты затухания и трансформации, рабочая частота.

Мощность обозначает количество энергии, которую может пропустить через себя устройство без ухудшения характеристик. Измеряется она в ваттах и находится как сумма мощностей всех вторичных выводов. Коэффициент трансформации определяется отношением числа витков вторичной обмотки к их числу в первичной катушке. Затухание же обозначает величину ослабления сигнала за счёт паразитных связей. Для неё будет верной следующая формула: η=P2/P1, где P — мощность, подводимая к устройству (P1) и снимаемая с нагрузки, подключённой к его выходу (P2).

Силовой прибор

Является одним из самых распространённых типов, выпускаемых промышленностью трансформаторов. Относится к низкочастотному виду. Используется для повышения или понижения разности потенциалов. Основное применение — аналоговые источники питания и линии электропередач. Необходимость в применении таких преобразователей заключается в использовании различных величин рабочих напряжений.

Например, ЛЭП — 35−750 кВ, городские подстанции — 6−10 кВ, электроприборы — от единиц вольт до киловольт. По своей сути является классическим трансформатором переменного тока. Изменяемый по величине сигнал, проходя через устройство, создаёт магнитное поле в каждом витке вторичной катушки, сумма напряжений которых и формирует выходное напряжение.

Форма сердечника чаще всего используется Ш-образного вида, но также может быть и тороидальной. Коэффициент полезного действия (КПД) силовых устройств составляет порядка 0,9 -0,98. Мощность, которую может преобразовать электронное устройство, определяется поперечным сечением магнитопровода, обозначаемым символом S. Количество витков соответственно находится по формуле: w = 50/S.

При нахождении мощности используется правило: токи, протекающие по обмоткам трансформатора обратно пропорциональны числу их витков. То есть коэффициент трансформации будет равен отношению Iн/Iвх или Uвх/Uн. Поэтому, изменяя число витков в катушках, легко получить как повышенное, так и пониженное напряжение на выходе трансформатора.

Автотрансформаторная конструкция

Отличием от других типов устройств является присутствие электрического контакта между первичной и вторичной обмоткой. В результате этого катушки связаны не только магнитным потоком, но и гальванически. Выходная обмотка имеет не меньше трёх выводов. Автотрансформаторы относятся к приборам специального назначения. В их конструкции также используется магнитопровод, на котором размещаются две обмотки. Выводы отводятся от общего контакта обмоток и их концов.

Использование нескольких выводов позволяет регулировать напряжение путём перемещения скользящего контакта, подключённого к нагрузке. Так как значения входного и выходного тока примерно совпадают друг с другом, а витки направлены встречно, то короткого замыкания не происходит.

Автотрансформаторы, или ещё их называют ЛАТРы, используются как лабораторные блоки питания. Это связано с тем, что их коэффициент трансформации делается не более двух, так как при большем значении КПД устройства значительно снижается. Высокое же его значение при коэффициенте до единицы обусловлено тем, что часть энергии не преобразовывается, а напрямую подпитывает вторичную катушку.

Кроме этого их применяют в узлах питания выпрямительных блоков, согласования телефонных линий, железнодорожных локомотивах. При изготовлении автотрансформаторов используется провод небольшого сечения и малогабаритные сердечники, что в итоге уменьшает их стоимость.

Импульсный преобразователь

Такой трансформатор предназначен для преобразования импульсного сигнала с минимальными искажениями. Используется он в автоматических и измерительных приборах, а также электронно-вычислительной технике. Работа его выглядит следующим образом.

При подаче на вход серии импульсов, характеризующихся продолжительностью L и периодом T, в первичной катушке устройства начнёт увеличиваться ток. Соответственно, его изменение будет создавать магнитное поле, меняющееся по такому же закону. В результате во вторичной обмотке возникнет ток, проявляемый также в виде импульсов.

Из-за специфики использования такие приборы обладают рядом преимуществ:

• малым весом;
• высоким КПД;
• широким диапазоном рабочих напряжений;
• высоким коэффициентом трансформации.

Существует четыре вида импульсных трансформаторов, разделяемых по виду сердечников. Они могут быть: тороидальными (круглые), броневыми (Ш-образные), стержневыми (П-образные), и бронестержневыми. По виду намотки катушки они выполняются спиральной, цилиндрической или конической формы.

Разделительный и согласующий

Разделительный тип применяется в тех случаях, в которых требуется гальванически развязать одну часть электрической сети от другой. Например, в помещениях с повышенной электробезопасностью. Их использование помогает существенно снизить вероятность поражения электрическим током при возникновении пробоя. Кроме того, разделительные конструкции устанавливаются в качестве защитных устройств в интерфейсных цепях, например, сетевые карты. Предотвращая резкие перепады входного сигнала, они предохраняют нагрузочные цепи от повреждений, а человеческий организм от удара током.

Трансформатор называется разделительным, если его вторичная катушка не заземлена, а он сам имеет коэффициент передачи равный единице. Разделение катушек в приборе происходит путём применения усиленной электроизоляции.

Согласующий же трансформатор используется при необходимости выровнять сопротивление различных частей электрической схемы. Их применяют в приборах усиления, например, микрофоны, телевизоры, приёмники. Из конструктивных особенностей выделяют, что согласующие устройства не нуждаются в толстой изоляции, а корпус чаще всего выполняется цилиндрического вида. Устройство собирается на диэлектрической подложке, на которой размещается пластина из феррита с намотанной первичной обмоткой. А затем через слой изоляции накручивается вторичная обмотка.

Измеритель тока

Им называется прибор, первичная катушка которого коммутируется напрямую к источнику тока, а вторичная — к защитным или измерительным приборам, обладающим небольшим внутренним сопротивлением. Основное назначение этого типа — измерение тока и защита. Его применение безопасно, так как первичная и вторичная цепь гальванически изолированы друг от друга.

Первичная катушка (чаще всего один виток), подключается последовательно к схеме, в которой требуется определить значение переменного тока. В итоге получается, что ток вторичной обмотки зависит от тока первичной, но при этом вторичная катушка должна быть обязательно подключена к нагрузке. Если этого не сделать, значение разности потенциалов на выходе может достичь таких значений, что пробьёт изоляцию. Кроме того, если вторичную катушку преобразователя разомкнуть, то через магнитопровод начнёт течь большой ток.

В состав трансформатора входит сердечник из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали. На него наматываются изолированные обмотки. Чаще всего первичную катушку делают шиной либо пропускают через сердечник проводник, на котором измеряется ток.

Сварочный аппарат

Назначение сварочных аппаратов — понижать однофазное или трёхфазное напряжение, а ток увеличивать в несколько раз. Достигается это путём секционирования отношения обмоток во входной и выходной части устройств.

Так как сварочный трансформатор относится к понижающему типу, то количество витков во вторичной обмотке у него меньше. Сила же тока регулируется путём изменения зазора между катушками. Сведение их увеличивает ток, а разведение уменьшает. Существует два режима работы устройства:

• короткое замыкание;
• холостой ход.

В первом случае выходная обмотка замыкается с источником питания (первичной катушкой). В результате возникает ток короткого замыкания, сопровождающийся значительным выделением энергии. При холостом ходе в трансформаторе создаются две силы — магнитное поле и поток рассеивания. Ответвляясь от потока магнитопровода, они образуют замкнутые линии через воздух. Результатом этих взаимодействий будет возникновение напряжения, порядка 48 вольт.

Другие типы

Кроме основных типов, существуют ещё и другие разновидности трансформаторных устройств. Они не получили широкого применения, так как разрабатывались для использования в специфических задачах. Им на смену были изобретены устройства с лучшими параметрами и характеристиками, например, трансфлюксор и используемые вместо него доменные ячейки памяти.

Можно выделить следующие дополнительные виды трансформаторов:

1. Пик-трансформатор — способен преобразовывать переменный сигнал в импульсный. Достигается это использованием сердечника переменного сечения. Первичная катушка размещается в области большого сечения, а вторичная — малого. При возникновении тока насыщение суженого участка магнитопровода возникает раньше. В итоге на выходе образуются пиковые броски напряжения — импульсы. Используются такие приборы в исследовательской технике как генераторы.
2. Сдвоенный дроссель — другое его название компенсационный фильтр. В конструкции используется две одинаковые обмотки. Принцип работы основан на возникновении взаимоиндукции. Применяются в качестве фильтров блоков питания.
3. Трансфлюксор — разрабатывался как прибор, предназначенный для хранения информации. Вызывал довольно большой интерес разработчиков ЭВМ и даже планировался использоваться на космических ракетах. Но испытания, проводимые в военно-инженерном институте радиоэлектроники Казахстана, оказались удручающими. Трансформаторлар (казахское — трансформатор) при считывании разрушал хранимые информационные блоки. Отличие же его от других видов заключалось в увеличенной намагниченности из-за использования сердечника с двумя отверстиями.
4. Вращающийся трансформатор — представляет собой прибор, сердечник которого разделён на две части. На каждой половине намотана своя обмотка. Одна из них вращается по отношению к другой, что позволяет передавать сигналы на подвижные части различных радиоустройств, например, головку видеомагнитофона.

Обозначение на схеме

Условное обозначение трансформаторов на схеме и в специализированной литературе зависит от конструктивных особенностей изображаемой модели устройства. Но в общем случае на его рисунке указывается сердечник — толстая вертикальная линия, первичная обмотка (слева) и вторичная (справа). Сами катушки изображаются параллельно сердечнику в виде полуокружностей. Их количество нигде не регламентируется. Жирная точка, стоящая у полуокружностей, обозначает начало обмотки.

При указании особенности конструкции изображение сердечника может изменяться. Так, магнитопровод с магнитным зазором выполняется линией с разрывом посредине, если сердечник изготовлен из магнитодиэлектрика, используется тонкая пунктирная линия. Если есть необходимость указать материал, из которого сделан сердечник, то сверху линии ставится символ, соответствующий таблице Менделеева, например, Cu.

Таким образом, под словом трансформатор понимается электронный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения электрического тока. Эти его свойства нашли широкое применение как в аналоговой, так и цифровой технике. При этом ключевым элементом, обеспечивающим передачу энергии от электростанций к потребителям, также является трансформатор.

Как работают электрические трансформаторы?

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 27 мая 2020 г.

Могущественные линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или покачивание невидимого ниже городских улиц несут электричество при чрезвычайно высоких напряжениях от власти растения в наших домах. Для линии электропередач нет ничего необычного от 400 000 до 750 000 вольт! Но приборы в наших домах используют Напряжения в тысячи раз меньше — обычно всего от 110 до 250 вольт.Если Вы пытались привести тостер или телевизор в действие от электрической опоры, это мгновенно взорваться! (Даже не думайте о попытках, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) какой-то способ снижения высокого напряжения электроэнергии от электростанций к Электричество низкого напряжения используется на фабриках, в офисах и домах. Часть оборудования, которая делает это, гудит электромагнитным энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: взрыв из прошлого: трансформатор странной формы на плотине Чикамауга близ Чаттануги, штат Теннесси.Снято в 1942 году Альфредом Т. Палмером, военное управление, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Фото: идет вниз: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) обеспечивает электроэнергию в маленькой английской деревне, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача — преобразовать несколько тысяч вольт поступающего электричества в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Ваш первый вопрос, вероятно, следующий: если наши дома и офисы используя копировальные аппараты, компьютеры, стиральные машины и электробритвы рассчитан на 110–250 вольт, почему электростанции просто не передают электричество при этом напряжении? Почему они используют такие высокие напряжения? к объясните, что нам нужно немного узнать о том, как путешествует электричество.

Как электричество стекает по металлу провод, электроны, которые несут свою энергию перебираем металлическую конструкцию, разбиваем и разбиваем как правило, тратить энергию, как непослушный школьники бегут по коридору. Вот почему провода становятся горячими, когда через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, в которых используются нагревательные элементы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток, тем меньше энергии тратится впустую таким образом.Так что электричество, которое приходит от электростанций отправляется по проводам при очень высоких напряжениях к экономия энергии.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна) к напряжению, которое он использует. Таким образом, вместо того, чтобы работать на 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшие фабрики и механические мастерские могут нуждаться поставки 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отгружать высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкие напряжения, когда он достигает своих различных мест назначения. (Тем не менее, централизованные электростанции все еще очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится впустую на самом заводе и на пути к вашему дому.)

Фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны.Фото Альфреда Т. Палмера, Военное управление, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда флуктуирующий электрический ток течет через провод, он генерирует магнитный поле (невидимая картина магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него. Сила магнетизма (который имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) напрямую связано с размер электрического тока.Таким образом, чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провод, он генерирует электрический ток в проводе. Так что, если мы поставим Вторая катушка провода рядом с первой, и отправить колеблющийся Электрический ток в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе. Ток в первой катушке обычно называется первичным током и током во втором проводе является (сюрприз, сюрприз) вторичным током.Что мы сделали вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки провод к другому. Это называется электромагнитным индукция, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем обеспечить более эффективную передачу электрической энергии от одной катушки к другой, оборачивая их вокруг мягкого железного стержня (иногда называемого ядром):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем провод в петли или («поворачивается», как их любят физики).Если вторая катушка имеет то же число витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически того же размера, что и первая катушки. Но (и вот умная часть), если у нас больше или меньше поворотов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток колеблется в некотором роде. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно меняющегося электричества, называемого переменным тока (переменного тока) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же направление.

Трансформаторы понижающие

Если первая катушка имеет больше витков, чем вторая, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

Это называется понижение трансформатор. Если вторая катушка имеет половину столько же витков, сколько у первой катушки, вторичное напряжение будет вдвое меньше размер первичного напряжения; если вторая катушка имеет одну десятую Оказывается, он имеет одну десятую напряжения.В целом:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = число витков во вторичном ÷ число витков в первичной

Ток преобразуется противоположным образом — увеличивается в размерах — в понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Число витков в первичное ÷ число витков во вторичном

Таким образом, понижающий трансформатор с 100 катушками в первичной и 10 катушки во вторичной обмотке уменьшат напряжение в 10 раз, но умножьте ток в 10 раз одновременно.Сила в электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт = это один из способов запомнить это), чтобы вы могли видеть мощность в вторичная катушка теоретически равна мощности в первичная катушка. (На самом деле, между первичный и вторичный, потому что часть «магнитного потока» просачивается ядра, часть энергии теряется, потому что ядро ​​нагревается и т. д.)

Повышающие трансформаторы

Перевернув ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, который повышает низкое напряжение в высокое:

На этот раз у нас есть больше поворотов на вторичном чем катушка первичная.Это все еще правда, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичный ÷ число витков в первичной

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Число витков в первичное ÷ число витков во вторичном

В повышающем трансформаторе мы используем больше оборотов во вторичном, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньший вторичный ток.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило, которое катушка с наибольшим количеством витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки сверху слева: модем-трансформер, белый трансформер в iPod зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов. и города, где высоковольтное электричество от входящих линий электропередач преобразуется в более низкие напряжения. Но есть много трансформаторов в Твой дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение 110-240 вольт, но электронные устройства, такие как ноутбуки и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно небольшие Напряжение: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod нужно 12 вольт, и мобильный телефон обычно требует менее 6 вольт, когда вы зарядите свой аккумулятор.Таким образом, электронные приборы, подобные этим, имеют небольшие встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаемые в конце привести), чтобы преобразовать 110-240 вольт отечественных питание на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему такие вещи, как мобильные телефоны, имеют эти большие толстые короткие шнуры питания, потому что они содержат трансформаторы!

Фотографии: электрическая зубная щетка, стоящая на его зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается индукционно: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании нет прямого электрического контакта.Индукционное зарядное устройство представляет собой особый вид трансформатора, разделенного на две части: одну в основании и одну в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

Индукционные зарядные устройства

Многие домашние трансформаторы (например, те, которые используются в iPod и сотовые телефоны) предназначены для зарядки аккумуляторов. Вы можете точно увидеть, как они работают: потоки электроэнергии в трансформатор от электрической розетки на вашей стене, получает преобразуется до более низкого напряжения, и течет в батарею в вашем iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, которая не имеет кабель питания? Заряжается с немного другим типом трансформатор, который имеет одну из своих катушек в основании щетки и другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают трансформаторы в нашей статье об индукционных зарядных устройствах.

Трансформаторы на практике

Если у вас дома есть такие трансформаторные зарядные устройства (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются через некоторое время.Поскольку все трансформаторы вырабатывают некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является абсолютно эффективным: вторичная катушка вырабатывает меньше электрической энергии, чем мы подаем в первичную, и отработанное тепло составляет большую часть разницы. На маленьком домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потеря тепла довольно минимальна (меньше, чем у старомодной лампы накаливания) и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он несет, и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного показанному на нашей верхней фотографии, который примерно такой же ширины, как маленький автомобиль, отработанное тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить его срок службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте Не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но и из года в год). Поэтому вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Типичная «нагрузка» (насколько интенсивно она используется), сезонный диапазон температур наружного воздуха (окружающей среды) и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, насколько эффективно он охлаждает что-либо), — все это необходимо учитывать для выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство крупных трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, которые используют воздух, жидкость (масло или воду) или и то, и другое для отвода тепла. Как правило, основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и ребра охлаждения прилагаются.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в дно, готовое повторить цикл. Иногда масло движется по контуру охлаждения только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы имеют электрические вентиляторы, которые обдувают воздух через охлаждающие ребра теплообменника для более эффективного рассеивания тепла.

Artwork: Большие трансформаторы имеют встроенные системы охлаждения. В этом случае сердечник трансформатора и катушка (красного цвета) находятся внутри большого масляного бака (серого цвета).Горячее масло, забираемое из верхней части бака, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые рассеивают отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленого цвета) перед возвратом масла в тот же бак в нижней части. Произведение из патента США 4,413,674: охлаждающая структура трансформатора, автор Randall N. Avery et al., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое полупроводниковые трансформаторы?

Прочитав выше, вы поймете, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.С середины 20-го века все виды аккуратных электрических трюков, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими) компоненты были сделаны электронным способом, используя так называемую «твердотельную» технологию. Так, например, переключающие и усиливающие реле поменялись местами для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких случаях, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над созданием так называемых твердотельных трансформаторов (SST).Это по существу компактные, мощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые увеличивают или уменьшают напряжения с большей надежностью и эффективность, чем традиционные трансформаторы; они также намного более управляемы, поэтому больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы электропередачи, питаемые от источников возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будет основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технология остается относительно мало используемой до сих пор, но, вероятно, будет самая захватывающая область проектирования трансформаторов в будущем.

Узнайте больше

На этом сайте

На других сайтах

книг

Для пожилых читателей

Разработка и применение трансформаторов
• от Robert M. Del Vecchio et al. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
• Руководство по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклимана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
• Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и трансформаторов различных типов, прежде чем перейти к описанию связанных силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
• Трансформаторы и моторы Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо практичнее, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которые должны работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
• Трансформаторы и индукционные машины М.В.Бакши и У.А.Бакши. Технические публикации, 2009. Объясняет различные виды трансформаторов и связанного электрического оборудования, которое работает по индукции.

Более общие книги для младших читателей

• Д.К. Свидетель: Электричество от Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и на то, как люди используют его на практике.
• Сила и Энергия Криса Вудфорда. Факты по делу, 2004.Это одна из моих собственных книг, в которой описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы разных видов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

• Патент США 351589: система распределения электроэнергии, автор Люсьен Голлард и Джон Гиббс, 26 октября 1886 года. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии — основа современной системы электроснабжения По всему миру.
• Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство. Авторы: Никола Тесла, 5 августа 1890 года. Тесла описывает трансформатор с фазовым сдвигом (который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
• Патент США 497113: «Трансформаторный двигатель» Отто Тита Блати, 9 мая 1893 года. Комбинированный трансформатор и двигатель, изготовленные одним из изобретателей трансформатора.
• Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения тока, подаваемого от него Эдмундом Берри, 11 июля 1922 года.Трансформатор с циферблатом, позволяющим регулировать выходное напряжение.

Статьи новостей

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.

Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Следуйте за нами

Где и почему мы используем заземляющий трансформатор?

Назначение заземляющего трансформатора

Заземляющие трансформаторы иногда используются в распределительных системах. Заземляющий трансформатор обеспечивает источник для тока нулевой последовательности . Иногда они используются для преобразования 3-проводной незаземленной цепи в 4-проводную заземленную цепь.

Почему мы используем заземляющие трансформаторы — зигзагообразные и заземленные тройниковые соединения (фото предоставлено: swedishneutral.se)

На рисунке 1 (см. Ниже) показаны два наиболее распространенных заземляющих трансформатора. Зигзагообразное соединение является наиболее широко используемым заземляющим трансформатором.

Рисунок 1 — Соединения заземляющего трансформатора (зигзагообразный и заземленный треугольник)

На рисунке 2 показано, как банк заземления подает ток на замыкание на землю. Заземляющие трансформаторы, используемые в качестве единственного источника заземления для распределительной цепи, должны использоваться, когда трехфазный источник питания находится в эксплуатации.

Если теряется заземляющий трансформатор, линия «земля-земля» вызывает высокое напряжение между фазой и нейтралью на неповрежденных фазах, и дисбаланс нагрузки также могут вызывать сдвиги нейтрали и перенапряжения .

Рисунок 2 — Заземляющий трансформатор, питающий замыкание на землю

Заземляющий трансформатор должен выдерживать несимметричную нагрузку в цепи , а также нагрузку при замыканиях линии на землю.

Если цепь имеет минимальный дисбаланс, то мы можем резко снизить номинальную мощность трансформатора. Он должен быть рассчитан только на кратковременные (но большие) сбои, обычно используется рейтинг 10 секунд или 1 минута. Мы также можем выбрать полное сопротивление заземляющего трансформатора для ограничения токов замыкания на землю .

Каждая ветвь заземляющего трансформатора несет одну треть тока нейтрали и имеет напряжение между линией и нейтралью. Таким образом, в заземленном трансформаторе «звезда — треугольник» общая номинальная мощность, включающая все три фазы, равна току нейтрали, умноженному на напряжение линии заземления:

S = V _LG × I _N

Зигзагообразный трансформатор более эффективен, чем заземленный вай-дельта-трансформатор. В зигзаге каждая обмотка имеет напряжение ниже линии, равное , с коэффициентом √3 , поэтому номинал банка может быть ниже:

S = V _LG × I _N / √3

ANSI / IEEE Std.32-1972 требует непрерывного рейтинга в 3% для 10-секундного номинального блока (что означает, что кратковременный рейтинг в 33 раза превышает непрерывный рейтинг).

Банк с рейтингом в 1 минуту имеет текущий рейтинг 7% . В системе 12,47 кВ, обеспечивающей ток короткого замыкания на землю 6000 A, для зигзага потребуется номинальное значение 24000 МВА . Мы определим размер банка для обработки 24,9 МВА в течение 10 секунд, что эквивалентно непрерывному рейтингу в 0,75 МВА, поэтому этот банк может непрерывно обрабатывать при 180 А тока нейтрали .

Как для зигзагообразного, так и для заземленного треугольного отклонения импеданс нулевой последовательности равен сопротивлению между одним первичным трансформатором и его вторичным.

Другое применение заземляющих трансформаторов — в случае телефонных помех из-за протекания тока в нейтрали / заземлении . Размещая заземляющий блок ближе к источнику тока нейтрали, заземляющий блок смещает часть тока от нейтрали к фазным проводникам, чтобы снизить ток нейтрали, который мешает телекоммуникационным проводам.

Заземляющие трансформаторы также используются , где коммунальные предприятия нуждаются в заземлении в нештатных условиях .

Одно из таких приложений предназначено для комбинированного фидера, который питает вторичные сетевые нагрузки и другие нагрузки, не связанные с сетью и заземлением. Если сетевые трансформаторы подключены треугольником, сеть будет питать цепь в случае замыкания линии на землю.

Если это произойдет, когда главный размыкатель фидера разомкнут, однофазная нагрузка на неповрежденных фазах будет видеть перенапряжение, потому что цепь получает обратную связь через сетевые нагрузки как незаземленная система.Заземляющий блок, установленный на устройстве подачи, предотвращает перенапряжение в условиях обратной подачи. Еще одно подобное приложение найдено при применении распределенных генераторов .

Заземленный тройной трансформатор часто указывается как в качестве межсоединительного трансформатора для предотвращения перенапряжений , если генератор управляет островом, который отделен от источника электропитания.

Даже если заземление является не единственным источником заземления, его размер должен соответствовать несимметрии напряжения.Ток нулевой последовательности, потребляемый банком, представляет собой напряжение нулевой последовательности, деленное на полное сопротивление нулевой последовательности:

I ₀ = V ₀ / Z ₀

Серьезный дисбаланс напряжения может возникнуть, когда однофазное напряжение открывается выше по потоку (обычно от перегоревшего предохранителя или отключенного однофазного устройства повторного включения). В этом случае напряжение нулевой последовательности равно напряжению линии к нейтрали. Заземляющий блок будет пытаться удерживать напряжение на открытой фазе и подавать всю нагрузку на эту фазу, что может серьезно перегрузить трансформатор.

Ссылка // Оборудование и системы распределения электроэнергии Автор: T.A. Короткий (Получить бумажную копию с Amazon)

,

различных типов трансформаторов и их применения

Трансформатор является широко используемым устройством в области электротехники и электроники. Это электромагнитное устройство, которое следует основному принципу электромагнетизма, обнаруженному Майклом Фарадеем. В предыдущем уроке мы подробно рассмотрели конструкцию и эксплуатацию трансформаторов . Здесь мы рассмотрим различных типов трансформаторов , используемых в различных типах приложений. Тем не менее, все типов трансформаторов следуют одним и тем же принципам, но у них разные методы строительства.

Типы трансформаторов на основе 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 с помощью электромагнитного потока. Трансформатор может иметь несколько катушек или обмоток на первичной стороне, а также на вторичной стороне. В нескольких случаях несколько первичных сторон, где две катушки соединены последовательно, часто называются с центральным отводом .Это состояние постукивания по центру также можно увидеть на вторичной стороне.

Трансформаторы могут быть сконструированы таким образом, чтобы они могли преобразовывать уровень напряжения первичной стороны во вторичную сторону. В зависимости от уровня напряжения трансформатор имеет три категории. Трансформатор понижения, повышения и изоляции . Для изолирующего трансформатора уровень напряжения одинаков для обеих сторон.

1. Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор используется как в области электроники, 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 число обмоток больше на первичной стороне, чем на вторичной стороне. Поэтому общее отношение обмотки первичной и вторичной обмоток всегда остается больше 1.

В электронике многие приложения работают на 5В, 6В, 9В, 12В, 24В или в некоторых случаях 48В.Чтобы преобразовать однофазное выходное напряжение 230 В переменного тока в требуемый уровень низкого напряжения, требуются понижающие трансформаторы. В контрольно-измерительной аппаратуре, а также во многих типах электрического оборудования, понижающий трансформатор является основным требованием для силовой части.

В электротехнике понижающие трансформаторы используются в электрической распределительной системе, которая работает при очень высоком напряжении, чтобы обеспечить низкие потери и экономически эффективное решение для требований по передаче электроэнергии на большие расстояния.Для преобразования высокого напряжения в низковольтную линию питания используется понижающий трансформатор.

2. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор в точности противоположен понижающему трансформатору. Повышающий трансформатор увеличивает низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения . Опять же это достигается соотношением первичной и вторичной обмоток. Для повышающего трансформатора отношение первичной обмотки и вторичной обмотки остается менее 1 .Это означает, что число витков во вторичной обмотке выше, чем у первичной обмотки.

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

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

3. Изолирующий трансформатор

Изолирующий трансформатор не преобразует уровни напряжения. Первичное напряжение и вторичное напряжение изолирующего трансформатора всегда остаются одинаковыми. Это связано с тем, что отношение первичной и вторичной обмоток всегда равно 1 . Это означает, что число витков в первичной и вторичной обмотках одинаково в изолирующем трансформаторе.

Изолирующий трансформатор используется для изоляции первичного и вторичного.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 с первичного на вторичный или наоборот.

Типы трансформаторов на основе сердечника

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

1. Железный сердечник трансформатора

Железный сердечник трансформатора использует несколько мягких железных пластин в качестве материала сердечника. Благодаря превосходным магнитным свойствам железа, магнитная связь трансформатора с железным сердечником очень высока. Таким образом, эффективность трансформатора с железным сердечником также высока.

Пластины с сердечником из мягкого железа могут быть разных форм и размеров.Катушки первичной и вторичной обмотки или намотаны на катушку формирователя. После этого формирователь катушки монтируется в пластинах из мягкого железа. В зависимости от размера и формы сердечника на рынке доступен другой тип пластин с сердечником. Несколько общих форм — это E, I, U, L и т. Д. Железные пластины тонкие, и несколько пластин сгруппированы вместе, чтобы сформировать реальное ядро. Например, сердечники типа E изготавливаются с тонкими пластинами с видом буквы E.

Трансформаторы с железным сердечником широко используются и обычно тяжелее по весу и форме.

2. Трансформатор с ферритовым сердечником

Трансформатор с ферритовым сердечником использует ферритовый сердечник из-за высокой магнитной проницаемости. Этот тип трансформатора предлагает очень низкие потери в высокочастотном применении. В связи с этим трансформаторы с ферритовым сердечником используются в высокочастотных приложениях, таких как импульсный источник питания (SMPS), приложения, связанные с РЧ и т. Д.

Трансформаторы с ферритовым сердечником

также имеют различные формы, размеры которых зависят от требований применения.Он в основном используется в электронике, а не в электротехнике. Наиболее распространенной формой в ферритовом сердечнике трансформатора является Е сердечник.

3. Тороидальный сердечник трансформатора

В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы, например, железный сердечник или ферритовый сердечник. Тороиды представляют собой кольцевой или кольцевой сердцевинный материал и широко используются для обеспечения превосходных электрических характеристик. Из-за формы кольца индуктивность рассеяния очень мала и обладает очень высокой индуктивностью и добротностью.Обмотки относительно короткие, а вес гораздо меньше, чем у традиционных трансформаторов одинакового номинала.

4. Воздушный сердечник трансформатора

Трансформатор

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

В трансформаторе с воздушным сердечником на первичную катушку подается переменный ток, который создает вокруг нее электромагнитное поле.Когда вторичная катушка помещается внутри магнитного поля, согласно закону индукции Фарадея, вторичная катушка индуцируется магнитным полем, которое дополнительно используется для питания нагрузки.

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

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 встроены в зарядное устройство, а вторичные обмотки расположены внутри целевого устройства.

Типы трансформаторов на основе обмотки

Трансформатор можно классифицировать по порядку намотки. Один из популярных типов — Трансформаторы с автоподзаводом.

Авто Обмотка трансформатора

До настоящего времени первичная и вторичная обмотка были фиксированными, но в случае трансформатора с автоподзаводом первичная и вторичная катушка могут быть соединены последовательно, а центральный отводной узел является подвижным.В зависимости от положения постукивания по центру, вторичное напряжение может изменяться.

Авто не является краткой формой Автоматического; скорее это чтобы уведомить себя или одну катушку. Эта катушка образует соотношение, которое состоит из двух частей, первичной и вторичной. Положение центрального отводного узла определяет первичное и вторичное соотношение, таким образом изменяя выходное напряжение.

Наиболее распространенное применение — это V ARIAC , инструмент для выработки переменного переменного тока из постоянного источника переменного тока.Он также используется в приложениях, связанных с передачей и распределением электроэнергии, где необходимо часто менять высоковольтные линии.

Типы трансформаторов на основе использования

Существует также несколько типов трансформаторов, которые работают в определенной области. Как в электронике, так и в электротехнике, несколько специализированных трансформаторов используются в качестве понижающего или повышающего трансформатора в зависимости от области применения. Таким образом, трансформаторы могут быть классифицированы как ниже, в зависимости от использования:

1.Power Domain

• Силовой трансформатор
• Измерительный трансформатор
• Распределительный трансформатор

2. Домен электроники

• Импульсный трансформатор
• Трансформатор аудио выхода

1. Трансформаторы, используемые в силовой области

В области «Электротехника» область «Питание» связана с производством, измерением и распределением электроэнергии. Тем не менее, это очень большая область, где трансформаторы являются важной частью для обеспечения безопасного преобразования энергии и успешной доставки энергии на подстанцию ​​и конечным пользователям.

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 могут быть разделены на три категории: малый силовой трансформатор, средний силовой трансформатор и большой силовой трансформатор .Номинальная мощность может быть больше 30 кВА до 500-700 кВА или в некоторых случаях может быть равна или больше 7000 кВА для трансформатора небольшой номинальной мощности. Силовой трансформатор средней номинальной мощности может быть до 50-100 МВА, тогда как силовые трансформаторы большой номинальной мощности способны выдерживать более 100 МВА.

Из-за очень высокой выработки электроэнергии, строительство силового трансформатора также имеет решающее значение. Конструкция включает в себя прочную изолирующую периферию и хорошо сбалансированную систему охлаждения. Наиболее распространенные силовые трансформаторы заполнены маслами.

Основной принцип силового трансформатора — преобразование высокого тока низкого напряжения в ток низкого напряжения . Это необходимо для минимизации потерь мощности в системе распределения электроэнергии.

Другим важным параметром для 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.

(b) Измерительный трансформатор

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

На изображении выше показана конструкция трансформатора тока.

(c) Распределительный трансформатор

Используется на последнем этапе системы распределения электроэнергии. Распределительные трансформаторы — это понижающие трансформаторы, которые преобразуют высокое напряжение сети в требуемое напряжение конечного потребителя, 110 В или 230 В. Это также может быть однофазный или трехфазный.

Распределительные трансформаторы

могут быть как меньшего размера, так и большего размера, в зависимости от коэффициента преобразования или номинальных параметров.

Распределительные трансформаторы

могут быть далее разделены на категории в зависимости от типа используемой изоляции. Это может быть сухой тип или может быть погружен в жидкость. Это сделано, используя слоистые стальные пластины, главным образом построенные в форме C в качестве основного материала.

Распределительный трансформатор

также имеет другой тип классификации в зависимости от места его использования. Трансформатор может быть установлен на вспомогательном полюсе, если это так, он называется распределительным трансформатором, установленным на полюсе. Он может быть размещен внутри подземной камеры, установлен на бетонной площадке (распределительный трансформатор, установленный на площадке) или внутри закрытой стальной коробки.

Как правило, распределительные трансформаторы имеют номинальную мощность менее 200 кВА.

2. Трансформатор, используемый в области электроники

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

(а) Импульсный трансформатор

Импульсные трансформаторы являются одними из наиболее часто используемых трансформаторов на печатной плате, которые вырабатывают электрические импульсы с постоянной амплитудой.Он используется в различных цифровых цепях, где генерация импульсов необходима в изолированной среде. Поэтому импульсные трансформаторы изолируют первичный и вторичный и распространяют первичные импульсы во вторичной цепи, часто это цифровые логические элементы или драйверы.

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

(б) Аудио выходной трансформатор

Audio Transformer — еще один широко используемый трансформатор в области электроники.Он специально используется в аудио-приложениях, где требуется согласование импеданса. Аудио трансформатор уравновешивает схему усилителя и нагружает, как правило, громкоговоритель. Аудио трансформатор может иметь несколько первичных и вторичных катушек, разделенных или отводимых по центру.

Итак, мы рассмотрели различные виды трансформаторов, кроме того, что есть некоторые другие специальные трансформаторы, но они выходят за рамки данной статьи.

,

Как работают трансформаторы. Трансформаторы — это тип нейронных… | Giuliano Giacaglia

Нейронная сеть, используемая Open AI и DeepMind

Трансформаторы — это тип архитектуры нейронных сетей, который набирает популярность. Трансформеры недавно использовались OpenAI в своих языковых моделях, а также недавно использовались DeepMind для AlphaStar — их программы для победы над лучшим профессиональным игроком Starcraft.

Трансформаторы были разработаны для решения задачи преобразования последовательности , , или нейронного машинного перевода. Это означает, что любая задача преобразует входную последовательность в выходную последовательность. Это включает в себя распознавание речи, преобразование текста в речь и т. Д.

Преобразование последовательности. Входные данные представлены зеленым цветом, модель представлена ​​синим цветом, а выходные данные представлены фиолетовым цветом. GIF от 3

Для моделей, выполняющих преобразование последовательности , необходимо иметь какую-то память. Например, допустим, что мы переводим следующее предложение на другой язык (французский):

«The Transformers» — японская группа [[hardcore punk]].Группа была образована в 1968 году, в разгар японской музыкальной истории »

В этом примере слово« группа »во втором предложении относится к группе« Трансформеры », введенной в первом предложении. Когда вы читаете о группе во втором предложении, вы знаете, что она относится к группе «Трансформеры». Это может быть важно для перевода. Есть много примеров, когда слова в некоторых предложениях относятся к словам в предыдущих предложениях.

Для такого перевода предложений модели необходимо выяснить такие зависимости и связи.Рекуррентные нейронные сети (RNN) и сверточные нейронные сети (CNN) были использованы для решения этой проблемы из-за их свойств. Давайте рассмотрим эти две архитектуры и их недостатки.

Рекуррентные нейронные сети содержат петли, позволяющие информации сохраняться.

Вход представлен как x_t

На рисунке выше мы видим часть нейронной сети, A, , обрабатывающую некоторый вход x_t и выходной сигнал h_t. Цикл позволяет передавать информацию от одного шага к следующему.

Петли можно представить по-другому. Рекуррентная нейронная сеть может рассматриваться как несколько копий одной и той же сети, и , каждая сеть передает сообщение своему преемнику. Рассмотрим, что произойдет, если мы развернем цикл:

Развернутая рекуррентная нейронная сеть

Эта цепочечная природа показывает, что рекуррентные нейронные сети явно связаны с последовательностями и списками. Таким образом, если мы хотим перевести некоторый текст, мы можем установить каждый ввод как слово в этом тексте.Рекуррентная нейронная сеть передает информацию предыдущих слов в следующую сеть, которая может использовать и обрабатывать эту информацию.

На следующем рисунке показано, как обычно последовательность модели последовательности работает с использованием рекуррентных нейронных сетей. Каждое слово обрабатывается отдельно, и результирующее предложение генерируется путем передачи скрытого состояния на этап декодирования, который затем генерирует выходные данные.

GIF от 3

Проблема долгосрочных зависимостей

Рассмотрим языковую модель, которая пытается предсказать следующее слово на основе предыдущих.Если мы пытаемся предсказать следующее слово предложения «облака в небе» , нам не нужен дополнительный контекст. Совершенно очевидно, что следующим словом будет небо.

В этом случае, когда разница между соответствующей информацией и необходимым местом мала, RNNs могут научиться использовать прошлую информацию и выяснить, каково следующее слово для этого предложения.

Изображение из 6

Но есть случаи, когда нам нужно больше контекста. Например, допустим, что вы пытаетесь предсказать последнее слово текста: «Я вырос во Франции… я бегло говорю…». Согласно недавней информации, следующее слово, вероятно, является языком, но если мы хотим сузить язык, нам нужен контекст Франции, который находится дальше в тексте.

Изображение из 6

RNN становится очень неэффективным, когда разрыв между соответствующей информацией и точкой, где она необходима, становится очень большим. Это связано с тем, что информация передается на каждом этапе, и чем длиннее цепочка, тем более вероятна потеря информации по цепочке.

Теоретически, RNN могут изучать эти долгосрочные зависимости.На практике они, кажется, не изучают их. LSTM, особый тип RNN, пытается решить эту проблему.

При составлении календаря на день мы расставляем приоритеты для наших встреч. Если есть что-то важное, мы можем отменить некоторые встречи и учесть то, что важно.

RNN не делают этого. Всякий раз, когда он добавляет новую информацию, он полностью преобразует существующую информацию, применяя функцию. Вся информация модифицируется, и не учитывается, что важно, а что нет.

LSTM вносят небольшие изменения в информацию путем умножения и сложения. С LSTM информация течет через механизм, известный как состояния ячейки. Таким образом, LSTM могут выборочно помнить или забывать вещи, которые важны и не так важны.

Внутренне LSTM выглядит следующим образом:

Изображение из 6

Каждая ячейка принимает в качестве входных данных x_t (слово в случае перевода предложения в предложение), состояние предыдущей ячейки и выход предыдущей ячейки .Он манипулирует этими входами и, основываясь на них, генерирует новое состояние ячейки и вывод. Я не буду вдаваться в подробности о механике каждой клетки. Если вы хотите понять, как работает каждая ячейка, я рекомендую запись в блоге Кристофера:

При наличии состояния ячейки информация в предложении, которая важна для перевода слова, может передаваться из одного слова в другое при переводе.

Проблема с LSTM

Та же проблема, которая обычно возникает с RNN, возникает с LSTM, т.е.е. когда предложения слишком длинные, LSTM все еще не очень хорошо. Причина этого заключается в том, что вероятность сохранения контекста от слова, которое находится далеко от текущего обрабатываемого слова, экспоненциально уменьшается с расстоянием от него.

Это означает, что когда предложения длинные, модель часто забывает содержание удаленных позиций в последовательности. Другая проблема с RNN и LSTM заключается в том, что трудно распараллеливать работу по обработке предложений, поскольку вам приходится обрабатывать слово за словом.Мало того, но нет модели долгосрочных и краткосрочных зависимостей. Итак, LSTM и RNN представляют 3 проблемы:

• Последовательные вычисления запрещают распараллеливание
• Нет явного моделирования длинных и коротких зависимостей
• «Расстояние» между позициями является линейным

Для решения некоторых из этих проблем исследователи создали техника обращать внимание на конкретные слова.

При переводе предложения я уделяю особое внимание слову, которое я сейчас перевожу.Когда я записываю аудиозапись, я внимательно слушаю сегмент, который активно записываю. И если вы попросите меня описать комнату, в которой я сижу, я осмотрю объекты, которые я описываю, когда я это делаю.

Нейронные сети могут достичь того же поведения, используя внимание , сосредоточив внимание на части подмножества информации, которую им дают. Например, RNN может присутствовать на выходе другого RNN. На каждом временном шаге он фокусируется на разных позициях в других RNN.

Для решения этих проблем Внимание — это метод, который используется в нейронной сети. Для RNN вместо кодирования всего предложения в скрытом состоянии каждое слово имеет соответствующее скрытое состояние, которое передается полностью до стадии декодирования. Затем скрытые состояния используются на каждом этапе RNN для декодирования. Следующий рисунок показывает, как это происходит.

Зеленый этап называется этапом кодирования , а фиолетовый этап является этапом кодирования. GIF от 3

Идея заключается в том, что в каждом слове предложения может быть соответствующая информация. Таким образом, чтобы декодирование было точным, необходимо учитывать каждое слово ввода, уделяя внимание .

Чтобы обратить внимание на RNN при передаче последовательности, мы разделим кодирование и декодирование на 2 основных этапа. Один шаг представлен зеленым, , а другой — фиолетовым. Зеленый этап называется этапом кодирования , а фиолетовый этап — этапом декодирования .

GIF от 3

Этап зеленого цвета отвечает за создание скрытых состояний на входе. Вместо того, чтобы передавать только одно скрытое состояние декодерам, как мы делали до внимания , мы передаем все скрытые состояния, генерируемые каждым «словом» предложения, на стадию декодирования. Каждое скрытое состояние используется на этапе декодирования , чтобы выяснить, где сеть должна уделять внимания .

Например, при переводе предложения « Je suis étudiant» на английский язык требуется, чтобы на этапе декодирования при его переводе рассматривались разные слова.

Этот рисунок показывает, какой вес придается каждому скрытому состоянию при переводе предложения «Je suis étudiant» на английский. Чем темнее цвет, тем больше веса связано с каждым словом. GIF от 3

Или, например, когда вы переводите предложение «L’accord sur la zone économique européenne a été signé en aûût 1992». с французского на английский, и сколько внимания уделяется каждому входу.

Перевод предложения «Экономическое соглашение между странами и государствами в 1992 году».» на английский. Изображение из 3

Но некоторые из проблем, которые мы обсуждали, до сих пор не решены с RNN, использующими внимание . Например, параллельная обработка входных данных (слов) невозможна. Для большого корпуса текста это увеличивает время, затрачиваемое на перевод текста.

Сверточные нейронные сети помогают решить эти проблемы. С их помощью мы можем

• Тривиально распараллелить (на слой)
• Эксплуатация локальных зависимостей
• Расстояние между позициями является логарифмическим

Некоторые из наиболее популярных нейронных сетей для преобразования последовательности, Wavenet и Bytenet, являются сверточными нейронными сетями.

Wavenet, модель — это сверточная нейронная сеть (CNN). Изображение из 10

Причина, по которой сверточные нейронные сети могут работать параллельно, заключается в том, что каждое слово на входе может обрабатываться одновременно и не обязательно зависит от предыдущих слов, которые необходимо перевести. Мало того, но «расстояние» между выходным словом и любым входом для CNN имеет порядок log (N) — это размер высоты дерева, сгенерированного из выходного на вход (вы можно увидеть это на GIF выше.Это намного лучше, чем расстояние выхода RNN и входа, которое составляет порядка N .

Проблема заключается в том, что сверточные нейронные сети не обязательно помогают решить проблему зависимостей при переводе предложений. Вот почему Трансформеры были созданы, они представляют собой сочетание обеих CNN с вниманием.

Чтобы решить проблему распараллеливания, трансформаторы пытаются решить эту проблему, используя сверточные нейронные сети вместе с моделями внимания . Внимание повышает скорость, с которой модель может переводить одну последовательность в другую.

Давайте посмотрим, как работает Transformer . Трансформер — это модель, которая использует внимания для повышения скорости. Точнее говоря, он использует самоуважения.

Трансформер. Изображение от 4

Внутри Transformer имеет архитектуру, аналогичную предыдущим моделям выше. Но Transformer состоит из шести кодеров и шести декодеров.

Изображение из 4

Каждый кодировщик очень похож на другого. Все кодеры имеют одинаковую архитектуру. Декодеры имеют одно и то же свойство, то есть они также очень похожи друг на друга. Каждый кодировщик состоит из двух уровней: , самообслуживания, и нейронной сети прямой связи.

Изображение из 4

Сначала входы энкодера проходят через слой самосохранения . Это помогает кодировщику взглянуть на другие слова во входном предложении при кодировании конкретного слова. Декодер имеет оба этих слоя, но между ними находится слой внимания, который помогает декодеру сфокусироваться на соответствующих частях входного предложения.

Изображение из 4

Примечание: Этот раздел взят из поста в блоге Джея Алламара

Давайте начнем с рассмотрения различных векторов / тензоров и того, как они перемещаются между этими компонентами, чтобы превратить ввод обученной модели в вывод. Как и в случае с приложениями NLP в целом, мы начинаем с преобразования каждого входного слова в вектор с использованием алгоритма встраивания.

Изображение взято с 4

Каждое слово встроено в вектор размером 512. Мы представим эти векторы с помощью этих простых прямоугольников.

Встраивание происходит только в самом нижнем кодере. Абстракция, которая является общей для всех кодировщиков, заключается в том, что они получают список векторов, каждый из которых имеет размер 512.

В нижнем кодировщике это будет вложение слов, но в других кодировщиках это будет вывод кодера, который прямо под После встраивания слов в нашу входную последовательность каждое из них проходит через каждый из двух уровней кодера.

Image from 4

Здесь мы начинаем видеть одно ключевое свойство Transformer, которое заключается в том, что слово в каждой позиции проходит через свой собственный путь в кодере.Существуют зависимости между этими путями в слое самообслуживания. Слой прямой связи, тем не менее, не имеет этих зависимостей, и, таким образом, различные пути могут выполняться параллельно, проходя через слой прямой связи.

Далее мы переключим пример на более короткое предложение и посмотрим, что происходит на каждом подуровне кодера. .

Выяснение соотношения слов в предложении и уделение внимания . Изображение из 8

Первым шагом в вычислении собственного внимания является создание трех векторов из каждого из входных векторов кодировщика (в данном случае, вложение каждого слова). Таким образом, для каждого слова мы создаем вектор запроса, вектор ключа и вектор значения. Эти векторы создаются умножением вложения на три матрицы, которые мы обучали в процессе обучения.

Обратите внимание, что эти новые векторы меньше по размеру, чем вектор вложения.Их размерность равна 64, в то время как векторы ввода и вывода кодирования имеют размерность 512. Они не ДОЛЖНЫ быть меньше, это выбор архитектуры, позволяющий сделать вычисление многоголовочного внимания (главным образом) постоянным.

Изображение взято из 4

Умножение x1 на весовую матрицу WQ дает q1, вектор «запроса», связанный с этим словом. В итоге мы создаем «запрос», «ключ» и «значение» проекции каждого слова во входном предложении.

Что представляют собой векторы «запрос», «ключ» и «значение»?

Это абстракции, которые полезны для расчета и размышления о внимании.Как только вы начнете читать, как рассчитывается внимание ниже, вы узнаете почти все, что вам нужно знать о роли, которую играет каждый из этих векторов.

Второй этап в подсчете собственного внимания — это подсчет очков. Скажем, мы рассчитываем внимание к самому первому слову в этом примере «Мышление». Нам нужно набрать

.