Какая обмотка трансформатора называется первичной. Первичная и вторичная обмотки трансформатора: принцип работы и основные характеристики

Что такое первичная и вторичная обмотки трансформатора. Как определить первичную и вторичную обмотки. Какие функции выполняют обмотки трансформатора. Каковы основные характеристики обмоток трансформатора.

Что такое первичная и вторичная обмотки трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Основными элементами трансформатора являются две (или более) обмотки, намотанные на общий магнитопровод:

• Первичная обмотка — подключается к источнику переменного тока
• Вторичная обмотка — подключается к потребителю

Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в магнитопроводе. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС.

Как определить первичную и вторичную обмотки трансформатора

Существует несколько способов отличить первичную обмотку от вторичной:

1. По маркировке выводов:
   • Первичная обмотка обычно обозначается A-X или 1U-1V
   • Вторичная — a-x или 2U-2V
2. По числу витков:
   • У повышающего трансформатора первичная обмотка имеет меньше витков
   • У понижающего — больше витков
3. По сечению провода:
   • Провод первичной обмотки обычно тоньше
   • Вторичной — толще

Основные функции обмоток трансформатора

Первичная и вторичная обмотки выполняют различные функции в работе трансформатора:

Функции первичной обмотки:

• Создание переменного магнитного поля в магнитопроводе
• Преобразование электрической энергии в магнитную
• Передача мощности от источника во вторичную цепь

Функции вторичной обмотки:

• Преобразование магнитной энергии обратно в электрическую
• Формирование выходного напряжения нужной величины
• Питание нагрузки, подключенной к трансформатору

Основные характеристики обмоток трансформатора

Обмотки трансформатора характеризуются следующими основными параметрами:

• Число витков — определяет коэффициент трансформации
• Сечение провода — влияет на допустимый ток обмотки
• Сопротивление обмотки — вызывает потери мощности
• Индуктивность — характеризует способность создавать магнитный поток
• Ёмкость между витками — влияет на частотные свойства

Как связаны параметры первичной и вторичной обмоток

Между параметрами первичной и вторичной обмоток существуют определенные соотношения:

• Отношение числа витков равно отношению напряжений
• Отношение токов обратно пропорционально отношению витков
• Произведение напряжения на ток одинаково для обеих обмоток

Эти соотношения позволяют рассчитывать параметры трансформатора и режимы его работы.

Типы соединений обмоток трансформатора

Обмотки трансформатора могут соединяться различными способами:

• Звезда (Y) — обмотки соединены в общую точку
• Треугольник (D) — обмотки образуют замкнутый контур
• Зигзаг (Z) — часть витков соединена звездой, часть — треугольником

Выбор схемы соединения зависит от назначения трансформатора и требований к его работе.

Материалы для изготовления обмоток трансформатора

Для изготовления обмоток трансформаторов используются различные проводниковые материалы:

• Медь — обладает низким удельным сопротивлением
• Алюминий — имеет меньшую стоимость, но большее сопротивление
• Сверхпроводники — для специальных применений

Выбор материала зависит от требуемых характеристик и условий эксплуатации трансформатора.

Изоляция обмоток трансформатора

Для обеспечения электрической прочности обмотки трансформатора изолируются:

• Межвитковая изоляция — предотвращает замыкание соседних витков
• Междуслойная изоляция — разделяет слои обмотки
• Корпусная изоляция — отделяет обмотки от магнитопровода

В качестве изоляционных материалов применяются специальные лаки, пленки, бумага и другие диэлектрики.

Как рассчитать параметры обмоток трансформатора

Расчет параметров обмоток выполняется в следующем порядке:

1. Определяется требуемый коэффициент трансформации
2. Рассчитывается число витков первичной и вторичной обмоток
3. Выбирается сечение проводов по допустимой плотности тока
4. Определяются размеры катушек обмоток
5. Рассчитываются активные и индуктивные сопротивления

При расчете учитываются особенности конструкции и условия работы трансформатора.

Основные определения

Основные определения, расчетные показатели и рабочие параметры трансформатора

Основные определения

Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле – то трехфазным. Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока называется первичной; обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной. Под обмоткой трансформатора понимают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках с целью получения заданного напряжения. Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток. Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее – обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними – обмоткой среднего напряжения (СН). Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двух-обмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) – трех-обмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие – вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН – понижающим.

Расчетные показатели

Индуцируемые в обмотках ЭДС выражаются в вольтах и могут быть определены по следующим формулам:

Е₁=4,44fw₁F_m,

E₂=4,44fw₂F_m,

где f – частота переменного тока, Гц; w₁ и w₂ – количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток; F_m – амплитудное (наибольшее) значение магнитного поля, Вб

Как видно из формулы, значения вторичной ЭДС Е₂ и соответственно напряжения U₂ зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных ЭДС и напряжения и наоборот. При установленной в России промышленной частоте 50 Гц (стандарт) для подсчета индуцируемых в обмотках ЭДС на практике пользуются формулой:

E=222wFB10^-4

,

где w – число витков; F – активное поперечное сечение стержня магнитной системы; B – магнитная индукция в стержне, Тл

При расчете трансформаторов также пользуются показателем ЭДС, индуцируемой в одном витке обмотки – е; она одинакова для любой обмотки трансформатора (первичной, вторичной), так как все витки сцеплены с одним и тем же основным магнитным полем:

е = 222FB10^-4

Если известны е и F, то легко определить индукцию магнитной системы:

В = е10⁴ / 222 F

При работе трансформаторов падения напряжения в сопротивлениях их обмоток обычно очень малы, и можно считать, что напряжение первичной обмотки U₁ равно ее ЭДС E₁, а напряжение вторичной обмотки U₂ равно ее ЭДС E₂, т.е.

U₁ = E₁ и U₂ = E₂

Отношение напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода трансформатора называется коэффициентом трансформации К:

K = U₁ / U₂ = E₁ / E₂ = 4,44w₁fFm10^-8 / 4,44w₁fFm10^-8 = w₁ / w₂

Рабочие параметры

Мощность одной фазы трехфазного трансформатора определяется по формуле:

S = U_ф I_ф / 1000,

где U_ф и I_ф – номинальное напряжение и ток одной фазы, соответственно в В и А

Мощность трехфазного трансформатора, выраженная через линейные напряжения и ток:

S = UI / 1000,

где – 1,33 – коэффициент, учитывающий соотношение между фазными и линейными значениями тока или напряжения в трехфазной системе, U – линейное значение напряжения, (В), I – линейное значение тока, (А)

Номинальное первичное напряжение – это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.

Высшее номинальное напряжение трансформатора – это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора, а низшее номинальное напряжение – соответственно наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5-20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические напряжения. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Напряжение короткого замыкания выражается в процентах номинального напряжения:

u_{к. з.} = (U_к.з./ U_ном.) 100,

где u_к.з. – напряжение короткого замыкания в процентах, U_к.з — напряжение короткого замыкания в В, U_ном. номинальное напряжение обмоток трансформатора.

Потери трансформатора – это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы. Потери холостого хода – это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки. При холостом ходе трансформатор не передает электроэнергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора.

Потери короткого замыкания – это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте короткого замыкания, обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния. Напряжение короткого замыкания, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5-20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния (поля рассеяния наводят в обмотках вихревые токи).

Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его КПД в процентах:

N = P₂ / (P₂ + P_к.з. + P_х.х.) 100, M

где Р₂ – мощность, выдаваемая трансформатором в сеть, Р_к.з. – потери короткого замыкания, Р_х.х. – потери холостого хода (трансформаторы имеют сравнительно высокий КПД – 98,5 – 99,3%)

Трансформатор

Главная Полезная информация Трансформатор

Трансформатор

Назначение и принцип действия

Трансформаторы применяются в энергосистемах при передаче электроэнергии от электростанции к потребителям, в энергоустановках различного вида, в системах автоматики, телемеханики, вычислительной техники, в устройствах связи.

Широко применяются трансформаторы в системах питания радиоустройств, причём в качестве трансформаторов питания электронной аппаратуры используются трансформаторы малой мощности , которые предназначены для преобразования напряжения электрических сетей в напряжения, необходимые для питания электронной аппаратуры.

Рассматриваемые трансформаторы питания можно классифицировать по следующим признакам:

— в зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения – на однофазные и трехфазные.

— в зависимости от числа обмоток – на двухобмоточные и многообмоточные.

— в зависимости от конфигурации магнитопровода – на стрежневые, броневые и тороидальные.

Принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Данный трансформатор состоит из магнитопровода, называемого иногда сердечником, и двух обмоток. Одна из обмоток называется – первичная w1 (рис.1.1) подключается к источнику переменного напряжения U1.

К другой обмотке w2 подключен потребитель Zн. ее называют вторичной.

При подаче переменного напряжения U1 на первичную обмотку w1 в ней появляется переменный ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток  Ф.

Замыкаясь по магнитопроводу, магнитный поток Ф сцепляется с витками обмоток трансформатора w1 и w2 и наводит в них ЭДС:

                                                                                                                                                                                                             

Таким образом, энергия из первичной обмотки во вторичную передается с помощью переменного магнитного поля, а гальваническая связь между обмотками отсутствует.

При практических расчетах трансформаторов используют выражения для действующего значения ЭДС обмоток трансформатора, а также принимается допущение, что магнитный поток трансформатора является синусоидальной функцией времени, т. е.

        

После подстановки (1.3) в (1.1) и (1.2) и дифференцирования получим

Так как

 

то

          

При сравнении (1.3) и (1.4) видно, что ЭДС е1 и е2 отстают по фазе от потока Ф на π/2 т.е. на четверть периода. Из (1.4) максимальное значение ЭДС можно представить как

Разделив Е1m и E2m √2 и подставив ω = 2πf, получим действующие значения ЭДС обмоток трансформатора:

Разделив (1.5) на (1.6), получим

  

Отношение n12 называется коэффициентом трансформации.

Обмотка трансформатора с большим числом витков ( с большим напряжением ) называется обмоткой высшего напряжения (ВН), обмотка с меньшим числом витков ( с меньшим напряжением) – обмоткой низшего напряжения (НН).

В зависимости от способа включения один и тот же трансформатор может работать как повышающий, либо как понижающий.

Определение, принцип работы, детали, типы и назначение

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает энергию между двумя или более цепями.

Ток в одной катушке трансформатора создает изменяющийся магнитный поток, который, в свою очередь, индуцирует напряжение во второй катушке, намотанной вокруг того же сердечника.

Электрическая энергия может передаваться между двумя катушками без электрического соединения между ними. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывал принцип действия трансформатора.

Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электроэнергетике.

Как работает трансформатор?

Трансформатор в основном состоит из двух катушек провода, намотанных на общий железный сердечник. Катушка, которая получает энергию, называется первичной катушкой, а другая называется вторичной катушкой.

Первичная катушка подключена к источнику переменного тока, а вторичная катушка подключена к нагрузке (например, к лампе). Ток в первичной обмотке создает изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует напряжение на вторичной обмотке.

Этот процесс известен как электромагнитная индукция. Первичная катушка называется возбуждающей, а вторичная — индуктивной.

Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки называется коэффициентом трансформации. Он определяет величину вторичного напряжения по отношению к первичному напряжению.

Если вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.

Если вторичное напряжение меньше первичного напряжения, это называется понижающим трансформатором.

Три основные части трансформатора

Трансформатор состоит из трех основных частей: сердечника, обмотки и корпуса.

Сердечник

Сердечник изготовлен из высококачественной кремнистой стали или феррита, что обеспечивает узкий магнитный путь для потока.

Обмотка

Первичная и вторичная обмотки выполнены из медных или алюминиевых проводников, изолированных лаком, эмалью, бумагой или волокном.

Корпус

Трансформаторы могут быть как сухими, так и заполненными жидкостью. Кожух защищает трансформатор от влаги, пыли, насекомых и других внешних факторов.

Различные типы трансформаторов

Существует несколько типов трансформаторов, которые классифицируются в зависимости от их применения, функций и конструкции.

Наиболее распространенные типы трансформаторов:

Повышающий трансформатор

Повышает напряжение с первичной обмотки на вторичную. Количество витков вторичной обмотки больше количества витков первичной обмотки.

Понижающий трансформатор

Понижает напряжение от первичной обмотки к вторичной. Количество витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки.

Изолирующий трансформатор

Используется для электрической изоляции двух цепей. Он имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Автотрансформатор

Имеет только одну обмотку. Первичная и вторичная обмотки физически связаны, а коэффициент трансформации определяется коэффициентом трансформации.

Трансформатор полярности

Используется для изменения полярности напряжения. Он также имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Для чего нужен трансформатор?

Через индуктивную связь трансформаторы передают электрическую энергию между двумя или более цепями.

Он служит двум основным целям:

• Для изменения уровня напряжения
• Для изоляции двух цепей
  

 

Трансформаторы используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

В электроэнергетике трансформаторы используются для повышения напряжения от генератора до высоковольтной линии электропередачи.

При передаче электроэнергии трансформаторы используются для понижения напряжения от высоковольтной линии электропередачи до низковольтной распределительной линии.

В электрораспределении трансформаторы используются для понижения напряжения распределительной линии до уровня, который может использоваться бытовыми приборами.

В аудио- и видеооборудовании используются трансформаторы для согласования импеданса оборудования с импедансом источника сигнала.

Трансформаторы также используются в электроприборах, таких как фены и утюги, для преобразования напряжения в розетке до уровня, который может использоваться устройством.

Итог

Трансформаторы — это электрические устройства, использующие индуктивную связь для передачи электроэнергии между двумя или более цепями.

Они используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

Он служит повышающим или понижающим трансформатором для изменения уровня напряжения, а также разделительным трансформатором для физического разделения двух цепей.

Он также является ключевым компонентом в работе электродвигателей и генераторов.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, использующее индуктивную связь для передачи электроэнергии между двумя или более цепями.

Как работает трансформатор?

Трансформатор работает за счет использования индуктивной связи для передачи электрической энергии от первичной обмотки к вторичной обмотке.

3. Какие существуют типы трансформаторов?

Различные типы трансформаторов: повышающий трансформатор, понижающий трансформатор, изолирующий трансформатор, автоматический трансформатор и трансформатор полярности.

4. Для чего нужен трансформатор?

Трансформатор предназначен для изменения уровня напряжения и/или изоляции двух цепей.

5. Чем отличается повышающий трансформатор от понижающего?

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от первичной обмотки к вторичной, а понижающий трансформатор уменьшает напряжение от первичной обмотки к вторичной.

Эксплуатация (Как, черт возьми, они работают?) – Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Основной корпус

Пришло время узнать правду

• Входная сторона всегда является первичной обмоткой. Это сторона, которая всегда подключена к источнику напряжения.

• Сторона выхода всегда является вторичной обмоткой. Это сторона, которая всегда подключена к грузу.

Рисунок 3. Первичная и вторичная обмотки

Напряжение

Когда первичная обмотка питается от источника переменного тока без нагрузки на вторичной обмотке, она действует как индуктор.

Самоиндуктивность создает CEMF для ограничения тока до 2–5 % от первичного тока полной нагрузки. Это небольшое количество тока называется током возбуждения (также известным как ток намагничивания).

Вторичное напряжение зависит от первичного напряжения и витков, а вторичные витки. Соотношение между первичным и вторичным напряжением такое же, как соотношение между первичными и вторичными витками.

Что означает:

Первичное напряжение на виток = вторичное напряжение на виток

Чему равно напряжение на виток трансформатора с номинальным напряжением
600–20 В, если высоковольтная обмотка содержит 240 витков?

=

= 2,5 вольта на оборот

                                       

Сколько витков будет в низковольтной обмотке трансформатора, рассматриваемого в вопросе 1?

N _S = 48 витков

Когда дело доходит до использования вольт/виток, полезно помнить, что вольт/виток на первичной обмотке равен вольт/витку на вторичной обмотке, но иногда это может привести к путанице при расчетах. Более простой метод — использовать метод отношения поворотов.

Если вы возьмете большее число витков и разделите его на меньшее число витков, вы получите соотношение. Например:

Трансформатор со 100 витками на первичной обмотке и 50 витками на вторичной обмотке будет иметь соотношение витков 2:1. Поэтому если на первичке 120 вольт, то на вторичной будет 60 вольт.

Видео предупреждение!

В этом видеоролике показано, как использовать соотношение витков для расчета напряжения на первичной или вторичной обмотках.

Текущий

Самый простой способ рассчитать ток — это также использовать соотношение витков.

Единственная разница в том, что более высокие витки означают меньший ток, поэтому вы будете использовать обратное соотношение витков.

Трансформатор имеет 600 витков на первичной обмотке и 120 витков на вторичной обмотке. На первичную обмотку подается напряжение 300 вольт, а по вторичной циркулирует ток силой 40 ампер. Рассчитать:

1. Передаточное отношение
2. Вторичное напряжение
3. Первичный ток

600/120 = соотношение витков 5:1

300 В/5 (соотношение) = 60 вольт на вторичной обмотке

4 ампер/5 (соотношение) = 8 ампер на первичной обмотке

Видео предупреждение!

В этом видео показано, как использовать соотношение витков для расчета тока. Он также показывает другой метод, который многим кажется более простым. В трансформаторе входная мощность всегда равна выходной мощности.

Номинальное по сравнению с фактическим

Обмотки трансформатора рассчитаны на то, чтобы выдерживать определенное напряжение и определенный ток.

Отсюда и его рейтинг ВА.

Трансформатор рассчитан на 1000 ВА, 100 В/10 В и подключен для работы в режиме понижения. Следовательно:

Номинальный Ip= 10 А

Номинальный ток Is= 100 А

Номинальное напряжение В _P = 100 В

Номинальное напряжение В _S = 10 В

Это то, для чего предназначен трансформатор — это его максимум. Все, что выше этого, сожжет обмотки.

Если мы добавим резисторную нагрузку 5 Ом во вторичную обмотку, мы сможем рассчитать Ip и Is.

Фактический Ip= 0,2 А

Фактическое значение Is= 2 А

Этот трансформатор обеспечивает мощность 20 ВА, а не 1000 ВА.

То же самое относится и к напряжению.

Если мы подадим 50 В на первичку, мы получим вторичное напряжение 5 В.

Помните, что номинальные значения — это   максимальные   значения, которые могут видеть обмотки. Нам даны VA и V, и мы используем эти значения для определения максимального тока.