Каков принцип действия трансформатора: Трансформатор — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Принцип работы трансформатора: этапы работы

Содержание

  • 1 Принцип работы трансформатора тока
  • 2 Основы теории трансформатора
  • 3 Конструктивные части трансформатора
  • 4 Принцип работы трансформатора
  • 5 Работа однофазного трансформатора
  • 6 Принцип работы автотрансформатора
  • 7 Работа гидротрансформатора

Трансформатор – это регулирующее устройство, которое достаточно часто используется для того, чтобы повысить эффективность многих устройств. Эти устройства могут использоваться для повышения и понижения напряжения в сети. В этой статье вы узнаете принцип работу трансформатора тока.

Принцип работы трансформатора тока

Измерительные трансформаторы имеют достаточно простой принцип работы. Его работа подчиняется закону про электромагнитную индукцию. Если разобраться более детально, то взаимная индукция будет отвечать за действие преобразования напряжения. В соответствии с этим законом Фарадей гласит: «скорость изменения потокосцепления будет пропорциональной наведенной ЭДС в проводнике».

Основы теории трансформатора

Представьте, что у вас есть трансформатор с одной обмоткой, которая соединяется с электрическим током. Переменный ток будет производить меняющийся поток, который окружает катушку. Определенная ее часть может соединяться в том случае, если переменный ток постоянно будет проходить через обмотку. Этот поток может постоянно меняться в своем направлении.

Следуя из закона Фарадея у нас должно быть ЭДС, которое будет производить индукцию раз в секунду. Если в последней обмотке цепь будет закрыта, тогда через нее пройдет ток. Этот принцип работы трансформатора считается простейшим. Тороидальный трансформатор имеет немного другой принцип работы.

Когда вы будете использовать движение переменного тока к электрической катушке, поток энергии будет ее окружать. Поток будет неравномерным, а его скорость может изменяться. Это понятие считается фундаментальным в работе трансформатора. Обмотка, которую он содержит, будет принимать электрическую мощность от источника.

Она дает выходное напряжение благодаря взаимной индукции.

Конструктивные части трансформатора

На сегодняшний день устройство трансформатора включает в себя три основные части, к которым относят:

  • Первичную обмотку. Когда подключается к источнику, она будет производить магнитный поток.
  • Магнитный сердечник. Магнитный поток будет создан в замкнутую цепь.
  • Вторичная обмотка. Ее необходимо наматывать на сердечник.

Это три основные части, из которых будет состоять силовой трансформатор.

Принцип работы трансформатора

Электрический силовой трансформатор является статистическим устройством. Принцип работы сварочного трансформатора заключается в том, что он будет преобразовывать энергию от схемы одного устройства к другому. Этот процесс проходит благодаря индукции между обмотками. Преобразование энергии будет происходить на основе изменения частоты. Он может работать в разных уровнях напряжения.

Работа однофазного трансформатора

Принцип работы однофазного трансформатора на сегодняшний день ничем не отличается от других устройств. Когда ток будет проходить по первичной обмотке, то будет создано магнитное поле. У него имеются мощные силовые линии. Первичную катушку они будут пронизывать полностью. Все линии являются замкнутыми между вокруг проводников катушек.

Закон про магнитную связь гласит о том, чем ближе расположены объекты, тем сильнее будет их связь. Вам следует знать, что в однофазном трансформаторе сила магнитного поля будет зависеть от напряжения. Именно поэтому скачки напряжения могут снизить силу МП. При соединении концов обмотки устройство начнет снабжаться электрическим током.

Принцип работы автотрансформатора

Здесь мы рассмотрим принцип работы автотрансформатора. Эти устройства можно отнести к трансформаторам, которые имеют специальное использование. Обмотки в этом устройстве связаны между собою не только магнитным полем, но и гальваническим.

При переключении обмоток можно получить как высокое, так и низкое напряжение. Переменное магнитное поле возникает в момент подключения переменного тока к сердечнику. Благодаря устройству сердечника небольшое напряжение способно создавать сильное МП. Автотрансформаторы довольно часто используют в областях, где существует незначительное изменение напряжения.

На сегодняшний день существуют также узкоспециализированные лабораторные трансформаторы. Они имеют другой принцип работы трансформатора.

Их обмотка должна выполняться из ферромагнитного материала. Она сводит резонансное движение к минимуму. К основным его отличиям относят:

  1. Кроме ферромагнетика используют медный провод.
  2. Он имеет низкие допустимые параметры.
  3. В нем работает система строчного ролика.

Эти трансформаторы также могут иметь недостатки, к которым относят:

  • Все цепи нужно изолировать, так как они имеют сильную связь.
  • Его нельзя использовать для защиты в мощных цепях.
  • Ремонт стоит достаточно дорого.

Работа гидротрансформатора

Наверное, каждый водитель бульдозера знает принцип работы гидротрансформатора. На самом деле прибор является муфтой, которая вращается два раза. Устанавливать его необходимо между двигателем. Это необходимо чтобы получить вращательное движение. Механизм напоминает бублик, но у него достаточно сложная конструкция:

  • По краям находятся специальные насосы. Передний прибор будет передавать жидкость на турбинное колесо.
  • Переднее колесо необходимо соединить с главным валом. Благодаря этому он будет передавать жидкость по механизму.

Вам будет интересно: типы трансформаторов тока.

Вопрос 1. Устройство и принцип действия трансформатора.

Ответ 1.Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Основными конструктивными элементами трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод служит для усиления основного магнитного потока и обеспечения магнитной связи между обмотками.

В работе рассматривается двухобмоточный силовой трансформатор (рис.23).

Рис. 23 Рис. 24

К первичной обмотке W1 подводится электрическая энергия от источника. От вторичной обмотки W2 энергия отводится к приемнику (потребителю).

Под действием переменного напряжения u1(t)в первичной обмотке возникает токi1(t) и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный потокw1·ф(t). Этот поток индуцирует эдс е1(t) и е2(t) в обеих обмотках трансформатора. ЭДСе1 уравновешиваетосновнуючасть напряженияu1 , ае2 создает напряжениеu2 на выходных клеммах трансформатора. При включении нагрузки во вторичной обмотке в цепи нагрузки возникает токi

2(t), который создаетсобственный магнитный поток, накладывающийся на магнитный поток от первичной обмотки. В результате создается общий магнитный поток сердечника Ψ, сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора и определяющий в них результирующие ЭДСе1ие2с действующими значениями:и, где- амплитуда магнитного потока:- частота переменного тока; , — число витков обмоток.

На щитке трансформатора указываются его номинальные напряжения — высшее (ВН) и низшее НН) . Так же указываются номинальная полная мощность S(ВА), токи (А) , число фаз, схема соединения, режим работы, и способ охлаждения.

Вопрос 2. Записать и объяснить формулы эдс и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора

Ответ 2-1 ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока сердечника и числом витковw1,w2обмоток трансформатора

В первичной обмотке под действием напряжения U

1возникает токI1. Он создает магнитный поток катушки с сердечником. Поток переменный, он наводит в первичной обмотке ЭДСсамоиндукции e1= -w1dФ/dt, а во вторичной обмотке ЭДСвзаимоиндукции е2= -w2dФ/dt. Магнитный поток для обоих обмоток один и тот же.

В режиме холостого хода катушка — чистая индуктивность, поэтому если напряжение изменяется по закону u1(t) =U1m·sinωt, то ток отстает от напряжения на 90°:

i(t) =I1mSin(ωt-90°), магнитный поток совпадает по фазе с током Ф(t) =Ф1m·sin(ωt-90°). Тогда ЭДС будут равны

е1 = -w1dФ/dt= -w1ωФ1m·sinωt= -E1m·sinωt

е2 = -w2dФ/dt= -w2ωФ1m·sinωt= -E2m·sinωt

Векторная диаграмма идеального(без потерь) трансформатора в режиме холостого хода представлена на рис. 25:

Ответ 2-2. Уравнения электрического состоянияреального трансформатора для первичной и вторичной цепей имеют вид:

;

,

где и – активные сопротивления обмоток;и– индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.

Ответ 2-3. Уравнения магнитного состояния трансформатора можно получить, исходя из анализа МДС в трансформаторе. ЭДС обеих обмоток возникают благодаря изменению одного и того же магнитного потока

Фс индукциейВ. ИндукцияВи напряженность магнитного поляHсвязаны зависимостьюB=μ·H. Пусть μ=const. Напряженность магнитного поляHпо закону полного тока связана с суммарной МДС обеих обмоток соотношением :

Н·l=I1·w1+(-I2) ·w2,

где l- длина средней линии магнитопровода;

I1·w1— МДС первичной обмотки;

-I2·w2— МДС вторичной обмотки. Знак минус МДС вторичной обмотки отрицательный в силу закона ЭМИ (правило Ленца –ток возникающий в обмотке 2 всегда будет иметь направление, при котором магнитный поток, создаваемый токомI2, будет препятствовать изменению основного потока)

ЭДС Е1=const·Ф= const·В·S= const·μ·H·S,

Е1 = const·μ ·( I1 ·w1-I2 ·w2) ·S/ l

В режиме холостого хода I2=0, соответственно, уравнение (5-3) будет иметь вид:

Е1=const·μ·I10·w1·S/ l

где I10ток первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Из уравнений и получим уравнение магнитного состояния трансформатора:

Определим ток I1:

I1=I10 -Iי2

где I10– ток холостого хода или намагничивающий ток (ток создающий магнитный поток )

Iי2= -w2/w1·I2 — компенсирующий ток. TокIי2компенсирует действие тока вторичной обмотки на основной магнитный поток.

Магнитный поток в сердечнике всегда постоянный.

Конструкция трансформатора, типы, принцип работы и использование

— Реклама —

Что такое трансформатор

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электроэнергию между двумя цепями переменного тока без изменения частоты. Напряжение цепи может быть уменьшено или увеличено в соответствии с текущим соотношением. Это называется повышением (повышением) напряжения и его понижением (уменьшением).

Трансформатор

Трансформатор представляет собой пассивное устройство, работающее на принципах электромагнитной индукции, используемой на входе для повышения напряжения и понижения выходного напряжения на внешней клемме.

Трансформатор Конструкция

Трансформатор состоит из трех компонентов:

  • Железный сердечник
  • Первичная обмотка
  • Вторичная обмотка

Core

— Реклама —

Сердечник трансформатора прямоугольной формы, многослойный. При сооружении трансформатора его необходимо проектировать таким образом, чтобы при работе трансформатора было меньше потерь в сердечнике. Потери в сердечнике и потери в стали представляют собой комбинацию всех потерь, происходящих внутри сердечника.

Сердечник пропускает через себя переменный поток. Это может привести к потерям энергии в сердечнике из-за гистерезисных потерь. Таким образом, вы должны выбрать высококачественную кремниевую сталь с низкими потерями на гистерезис для изготовления сердечника трансформатора. Эта сталь называется сердечником из мягкой стали трансформатора.

Переменный поток создает определенные токи, известные как вихревые токи. Эти токи потребляют электрическую энергию и вызывают определенные потери, известные под названием потерь на вихревые токи трансформатора. Сердцевина должна быть изготовлена ​​в виде группы пластин. Эти последовательные пластины электрически изолированы для уменьшения вихревых токов. Изоляционный слой состоит из лака, обладающего высокой устойчивостью к вихревым токам.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключена к входной клемме и отвечает за создание ЭДС самоиндукции. Вторичная обмотка подключена к выходной нагрузке. Эти обмотки размещены на сердечнике и электрически изолированы друг от друга и сердечника для правильного функционирования и уменьшения потерь.

Эти катушки имеют разное количество витков по сравнению друг с другом. Первичная обмотка трансформатора имеет Н 1 витков. Точно так же вторичная обмотка трансформатора имеет Н 2 витков. В зависимости от режима работы трансформатора N1< N2, N1> N2 и N1= N2.

Типы конструкции трансформатора

Трансформаторы бывают двух конструкций в зависимости от расположения сердечника и катушек при конструкции трансформатора.

Конструкция с сердечником

Первичная обмотка закреплена на одном конце железного сердечника, а вторичная обмотка размещена на другом конце. Каждая из катушек разделена на равные части и размещена на двух концах железного сердечника. Обе обмотки охватывают весь сердечник.

Хотя первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга, обе они соединены последовательно в конструкции сердечника.

Это увеличивает среднюю длину сердечника и обеспечивает хорошую магнитную связь между обеими обмотками. Магнитный поток движется по непрерывному пути и создает ЭДС.

Конструкция трансформатора с сердечником подходит для высоковольтных трансформаторов. Они распространены среди обоих типов конструкций и легко ремонтируются благодаря простоте устройства, в случае каких-либо повреждений.

Кожуховая конструкция 

Кожуховая конструкция позволяет сердечнику окружать первичную и вторичную обмотки. Железный сердечник имеет три грани: левую, центральную и правую. Первичная и вторичная катушки закреплены на центральной поверхности железного сердечника. Сердечник охватывает обе обмотки, а средняя длина сердечника меньше.

Несмотря на электрическую изоляцию друг от друга, первичная и вторичная катушки генерируют разные напряжения V1 и V2. Это распределяет магнитный поток на две части. Кожуховая конструкция Трансформатора пригодна для низковольтных трансформаторов, но ее трудно ремонтировать из-за сложности их устройства, в случае повреждения.

Принцип работы трансформатора 

Трансформатор состоит из сердечника с общими входной и выходной сторонами. В этот сердечник встроены две индуктивные обмотки, которые электрически изолированы друг от друга. Входная катушка, на которую подается электрическое напряжение, называется первичной обмоткой. Выходная катушка, с которой снимается электрическое напряжение, называется вторичной обмоткой.

Вы можете посмотреть подробное видео о том, как работает трансформатор.

Конструкция трансформатора и обмотка

Когда входное переменное напряжение V1 подается на первичную обмотку трансформатора, он генерирует переменный ток I1. В сердечнике создается переменная электродвижущая сила ЭДС e1.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея,

Через первичную катушку проходит ЭДС e1 электродвижущей силы.

Где,

  • ЭДС является производной электромагнитного потока первого порядка по времени.
  • e1= Электродвижущая сила
  • N 1 = количество витков в первичной обмотке

ЭДС электромагнитного потока e1 косвенно равна и противоположна входному переменному напряжению V1.

Если предположить, что поток рассеяния пренебрежимо мал и потерь в трансформаторе нет.

В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея во вторичной катушке создается ЭДС e2 ЭДС.

Электродвижущая сила ЭДС e2 проходит через вторичную обмотку.

Где,

  • ЭДС является производной электромагнитного потока первого порядка по времени.
  • e2= Электродвижущая сила
  • N 2 = Количество витков во вторичной обмотке

По законам Фарадея ЭДС e 1 является электродвижущей силой самоиндукции, а ЭДС e2 является электродвижущей силой взаимного индуцирования.

Передача энергии происходит через первичную обмотку во вторичную с взаимной индукцией. Вторичная обмотка замыкается через нагрузку по току I2. протекает по цепи.

В зависимости от количества витков первичной и вторичной обмотки мы можем разработать повышающий или понижающий трансформатор.

Повышающий и понижающий трансформаторы
Повышающий трансформатор

Если 

N 1 < N 2

E 1 < E2

Съемный трансформатор определяется как устройство, которое получает электрическое чередующее напряжение и преобразует его в высший объем. Это трансформатор, у которого во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной. Используется на входном терминале линии передачи.

Понижающий трансформатор

Если 

n 1 > N 2

E 1 > E 2

. Снатовый преобразование дефект. переменное напряжение и преобразует его в более низкое напряжение. Это трансформатор, у которого в первичной обмотке больше витков, чем во вторичной. Используется на выходном терминале линии передачи.

Изолирующий трансформатор

N 1 = N 2

Это называется изолирующим трансформатором, в котором количество витков в первичной и вторичной обмотках одинаково. Это означает, что индуцированные значения напряжения и тока для первичной и вторичной катушек равны. Этот тип трансформатора используется для обеспечения гальванической развязки, снижения шума и защиты от поражения электрическим током между проводниками и землей.

Проектирование трансформатора

Уравнение ЭДС трансформатора

Уравнение ЭДС трансформатора важно для проектирования повышающей или понижающей конфигурации.

Переменное напряжение синусоидальной формы подается на вход через первичную обмотку. В соответствии с работой трансформатора переменное напряжение создает поток в железном сердечнике. Этот переменный поток изменяется синусоидально через трансформатор.

Уравнение переменного потока в железном сердечнике трансформатора

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС e 1 является самоиндукцией, а ЭДС e2 — взаимно индуцированной.

Самоиндуцированная EMF E 1 Первичной обмотки дается

, поставив значения уравнения 1 в уравнении 2

Дифференцирование по отношению к T

Путем сравнения уравнений i и iii , можно сделать вывод, что ЭДС самоиндукции e 1 отстает от электрического потока на 900. На

по уравнению IV,

ЭМС E 1 в первичной обмотке дается:

Аналогично, взаимоизмеримый EMF E 2

Аналогично, индуцированная EMF E 2

А.0008 во вторичной обмотке определяется как:

Где f — частота питания, а m — максимальный поток.

Эти уравнения (уравнения vi и vii) известны как уравнения ЭДС трансформатора .

Плотность потока ( B M )

Максимальная плотность потока B M в поперечном сечении выражена в Теслах .

Катушка с большим количеством витков будет иметь обмотку с более высоким напряжением, а катушка с меньшим количеством витков будет иметь обмотку с меньшим напряжением.

Коэффициент трансформации (K)

Коэффициент трансформации (K) является решающим фактором при конструировании трансформатора при проектировании повышающего и понижающего трансформатора.

Рассмотрение уравнений ЭДС трансформатора с помощью (уравнения vi и vii),

Разделение уравнения vii на уравнение vi,

Этот коэффициент известен как коэффициент трансформации (K).

Если считать первичное и вторичное падение напряжения равным 0,

V1= E1 — уравнение viii

V2= E2 — уравнение ix

= V2/V1

Если считать, что потери трансформатора равны 0,

V1I1= V2I2 — уравнение x

Преобразование уравнения x,

K = I1/I2 = V2/V1 

Формула коэффициента трансформации принимает вид

K = N2/N1 = E2/E1 = V2/V1 = I1/I2

N1 < N2

K > 1

Step-down Transformers

N1 > N2

K < 1

Isolation Transformers

N1 = N2

K = 1

Идеальные и практичные трансформаторы

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор — это теоретический трансформатор, в котором отсутствуют потери. Описанный выше трансформатор является идеальным трансформатором, в котором отсутствуют потери в сердечнике по обе стороны линии передачи. Но в системах реального времени идеального преобразователя не существует. Вместо этого используется практичный трансформатор с потерями.

Практичный трансформатор 

В практическом трансформаторе первичная и вторичная обмотки не идеальны, так как их сопротивление мало. Это приводит к некоторым потерям мощности в обмотках, эти потери известны как потери в меди.

Переменный поток создает определенные токи внутри трансформатора, известные как вихревые токи. Потери на вихревые токи и потери на гистерезис вместе составляют потери в сердечнике. Кроме того, было замечено, что вблизи обмоток происходит утечка электрического потока.

Сравнение идеального трансформатора и практичного трансформатора

Потери в сердечнике и меди трансформатора с любыми другими утечками как таковые составляют практический трансформатор. Регулировка напряжения Практического Трансформатора никогда не составляет 0%, а эффективность колеблется между 93-97%.

В идеальном трансформаторе отсутствует сопротивление первичной и вторичной обмоток. Отсутствие сопротивления не вызывает падения напряжения или потери мощности. Утечки электрического потока вблизи обмоток в идеальном трансформаторе отсутствуют. Кроме того, в обмотках отсутствуют вихревые токи и потери на гистерезис.

Следовательно, идеальный трансформатор не имеет медных потерь и потерь в сердечнике, а также утечки электрического потока. Регулировка напряжения идеального трансформатора составляет 0%, а эффективность составляет 100%. Но это невозможно построить и существует в гипотетических экспериментах.

Использование трансформаторов

Вход и выход линии электропередачи

В традиционной энергосистеме входное напряжение обычно составляет 11 кВ/22 кВ. Он проходит через повышающий трансформатор для создания уровня напряжения 220 кВ/400 кВ. Трансформатор

Использование высокого напряжения

для запуска цепи или переключения между двумя системами повышает эффективность и снижает потери в линии. Когда схема выполняет свою работу, можно обнаружить, что на выходе традиционной системы питания используется понижающий трансформатор. В конце линии электропередачи рабочее напряжение снова снижается до 11 кВ/22 кВ.

Распределение мощности

Во время распределения мощности трансформаторы преобразуют линейное напряжение 400 В в фазное напряжение 230 В.

Снижение потерь мощности

уровень напряжения. Это уменьшает ток, протекающий по цепи. Уменьшение протекающего тока приводит к уменьшению потерь мощности Loss=I 2 R  в линии передачи.

Если у вас есть какие-либо сомнения или вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев ниже.


 

Принцип действия и типы трансформаторов

Трансформаторы передают электрическую энергию из одной цепи переменного тока в другую путем повышения или понижения напряжения. От игрушечных поездов до электросетей трансформатор может использоваться во многих сферах. Давайте рассмотрим типы трансформаторов и их работу более подробно.

Перейти к разделу

  • Принцип работы трансформатора
  • Компоненты трансформатора
    • Типы трансформаторов: на основе конструкции
      • Различные типы трансформаторов: на основе напряжения
        • Типы трансформаторов: на основе материала сердечника3 9094 9049 : На основе схемы обмотки
          • Применение трансформатора
          • Заключение
          • Часто задаваемые вопросы

              Принцип работы трансформатора

              Работа трансформатора проста. Он работает по тому принципу, что взаимная индукция позволяет передавать электрическую энергию по цепям с использованием двух или более катушек.

              Принцип работы трансформатора

              На изображении изображены первичная и вторичная обмотки электрического трансформатора. Сердцевина ламинирована полосами с тонкими промежутками между ними, которые проходят поперек поперечного сечения сердцевины. Трансформатор создает электродвижущую силу из переменного потока, образующегося в пластинчатом сердечнике, за счет катушки, которая подключается к источнику переменного напряжения (первичной обмотке). Первичная катушка соединена со вторичной катушкой, которая, в свою очередь, создает взаимную индуцированную электродвижущую силу. С помощью законов электромагнитной индукции Фарадея эта электродвижущая сила записывается как:

              e=M*dI/dt

              После замыкания цепи второй катушки по ней проходит ток и электрическая энергия магнитным образом передается от первой ко второй катушке. Поскольку первая катушка получает источник переменного тока, мы называем ее первичной обмоткой. С другой стороны, поскольку энергия извлекается из второй катушки, она называется вторичной обмоткой.

              Вкратце, трансформатор выполняет следующие операции:

              • Передает электроэнергию из одной цепи в другую.
              • Передача электроэнергии без изменения частоты.
              • Использует метод электромагнитной индукции для передачи электричества.
              • Связывает две электрические цепи с взаимной индукцией.

              Для лучшего понимания принципа работы трансформатора вы можете посмотреть видео по ссылке ниже.

              Работа трансформатора

              Компоненты трансформатора

              Основные компоненты трансформатора следующие: 

              Сердечник

              Сердечник трансформатора служит опорой для обмотки. Он также обеспечивает канал с низким сопротивлением для потока магнитного потока. Для уменьшения потерь энергии сердечник состоит из многослойного сердечника из мягкого железа. Кроме того, состав сердечника определяют такие параметры, как рабочее напряжение, ток и мощность. Следует отметить, что диаметр сердечника связан с количеством потерянной меди и обратно пропорционален количеству потерянного железа. (Для получения дополнительной информации прочитайте часто задаваемые вопросы)

              Обмотка

              Обмотки — это медные провода, наматывающиеся на сердечник трансформатора. Высокая проводимость меди минимизирует потери энергии по принципу: «когда проводимость увеличивается, сопротивление току уменьшается». Кроме того, желательной характеристикой также является высокая пластичность меди, которая позволяет формовать из металла тонкую проволоку.

              Обмотки подразделяются на две категории.

              • Первичная обмотка: это набор катушек, которые получают ток питания.
              • Вторичная обмотка: это набор катушек, которые высвобождают выходной ток.

              Изоляция

              Трансформаторам требуется изоляция для разделения обмоток, а также для предотвращения коротких замыканий. Следовательно, изоляционные материалы влияют на долговечность и стабильность трансформатора. В качестве изолирующей среды в трансформаторе используются следующие материалы:

              • Масло
              • Лента
              • Ламинирование на древесной основе

              Расположение основной и вторичной катушек вокруг ламинированного стального сердечника зависит от типа трансформатора. Это приводит к двум типам трансформаторов в зависимости от их конструкции:

              Трансформаторы с сердечником

              Трансформатор с сердечником

              В этом трансформаторе обмотки намотаны вокруг большой части сердечника. Эти катушки имеют формующую намотку и цилиндрическую форму. С другой стороны, ядро ​​прямоугольное. Кроме того, круглые или цилиндрические катушки таковы, что они подходят к крестообразному участку сердечника.

              Круглые цилиндрические катушки обеспечивают значительное преимущество с точки зрения механической прочности. Эти катушки состоят из нескольких слоев, каждый из которых может быть изолирован от других с помощью таких материалов, как бумага, ткань, микартовая плита и т. д. На изображении ниже показана типичная конфигурация сердечникового трансформатора относительно сердечника.

              Конфигурация трансформатора с сердечником

              Трансформаторы с кожухом

              Значительное количество обмоток покрывает сердечник и в трансформаторах с кожухом. Кроме того, катушки фасонно намотаны и представляют собой многослойные диски, свернутые в виде блинов. Бумага или другие изоляционные материалы покрывают каждый из этих дисков. Другими словами, вся обмотка состоит из уложенных друг на друга дисков с изолирующими промежутками между витками.

              Трансформатор этого типа может иметь форму основного прямоугольника или разбросанной формы. На приведенных ниже диаграммах показаны обе конструкции:

              Трансформаторы прямоугольного кожухаТрансформаторы кожухотрубного типа в распределенной форме

              Прочная жесткая распорка механически скрепляет сердечники и катушки трансформатора. Это помогает свести к минимуму перемещение устройства, а также защитить гаджет от повреждения изоляции. Хорошо скрепленный трансформатор не издает никаких гудящих звуков при работе. Следовательно, наблюдается заметное снижение вибрации.

              Выбор между трансформатором с сердечником и кожухом зависит от стоимости, поскольку оба типа могут дать одинаковые результаты. Однако для высоковольтных приложений или многообмоточных конструкций большинство производителей отдают предпочтение трансформаторам с кожухом, потому что они имеют катушку большей средней длины по сравнению с типами сердечника.

              Различные типы трансформаторов: в зависимости от напряжения

              Трансформатор подразделяется на три типа в зависимости от уровня напряжения: понижающий, повышающий и изолирующий трансформатор.

              Понижающий трансформатор

              Понижающие трансформаторы

              Понижающий трансформатор снижает напряжение на вторичном выходе. Этот процесс зависит от соотношения первичной и вторичной обмоток. Количество витков на первичной стороне понижающего трансформатора больше, чем количество витков на вторичной стороне. В результате общее отношение первичных обмоток к вторичным всегда больше единицы.

              Понижающие трансформаторы находят применение в системах распределения электроэнергии, работающих при очень высоком напряжении, чтобы обеспечить меньшие потери, а также являются экономичным решением для передачи электроэнергии на большие расстояния. Кроме того, эти трансформаторы используются в адаптерах питания и цепях зарядных устройств сотовых телефонов.

              Повышающий трансформатор

              Повышающий трансформатор

              Повышающий трансформатор является обратным по отношению к понижающему трансформатору. Следовательно, повышающий трансформатор увеличивает низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения. Подобно понижающим трансформаторам, этот процесс зависит от соотношения первичной обмотки и вторичной обмотки. Это отношение остается меньше единицы для повышающего трансформатора. То есть количество витков во вторичной обмотке больше, чем количество витков в первичной обмотке.

              Повышающие трансформаторы используются в стабилизаторах, инверторах и других устройствах, где низкое напряжение преобразуется в более высокое напряжение.

              Изолирующие трансформаторы

              Изолирующие трансформаторы

              Эти трансформаторы не преобразуют уровни напряжения. Это означает, что первичное и вторичное напряжения изолирующего трансформатора всегда одинаковы. Это связано с тем, что коэффициенты основной и вторичной обмотки всегда равны единице. Другими словами, количество витков в основной и вторичной обмотках изолирующего трансформатора одинаково.

              Изолирующие трансформаторы используются в качестве изолирующего барьера. Кроме того, люди используют его для обеспечения безопасности и предотвращения передачи шума от первичного напряжения к вторичному или наоборот.

              Типы трансформаторов: в зависимости от материала сердечника

              В областях энергетики и электроники используется несколько типов трансформаторов. Эти трансформаторы различаются материалами сердечника. Типы материалов сердечника следующие:

              Трансформатор с железным сердечником

              Трансформатор с железным сердечником

              В этой конструкции первичная и вторичная обмотки намотаны на сердечник. Затем формирователь катушки устанавливается в пластины сердечника из мягкого железа. На рынке доступны различные пластины сердечника, в зависимости от размера и формы сердечника. Некоторые из наиболее часто доступных форм включают E, I, U и L. Трансформаторы с железным сердечником обычно больше по весу и конструкции.

              Трансформатор с ферритовым сердечником

              Трансформатор с ферритовым сердечником

              Из-за высокой магнитной проницаемости в трансформаторах могут использоваться ферритовые сердечники. Поэтому в высокочастотных приложениях этот тип трансформатора имеет очень низкие потери энергии. В результате в импульсных источниках питания (SMPS), радиочастотных устройствах и т. д. используются трансформаторы с ферритовым сердечником. Трансформаторы с ферритовым сердечником также доступны в различных формах и размерах, в зависимости от области применения. Форма сердечника E наиболее часто используется в трансформаторах с ферритовым сердечником.

              Трансформатор с тороидальным сердечником

              Трансформатор с тороидальным сердечником

              Тороиды представляют собой материалы сердечника кольцевой или кольцевой формы, которые люди широко используют для улучшения электрических характеристик. В трансформаторах с тороидальным сердечником используются тороидальные сердечники из железа или феррита. Индуктивность рассеяния очень мала из-за кольцевой формы, а индуктивность и добротность довольно высоки. Кроме того, обмотки относительно короткие, а вес значительно меньше, чем у стандартных трансформаторов того же номинала.

              Трансформатор с воздушным сердечником

              Трансформатор с воздушным сердечником

              Материал сердечника трансформатора с воздушным сердечником не является физическим магнитным сердечником. Вместо этого воздух образует всю потокосцепление трансформатора. Первичная обмотка трансформатора с воздушным сердечником питается переменным током, который создает окружающее ее электромагнитное поле. Затем, когда вторичная катушка помещается внутрь электромагнитного поля, вторичная катушка индуцируется магнитным полем. Затем это поле используется для питания нагрузки в соответствии с законом электродвижущей индукции Фарадея. Однако по сравнению с физическими материалами сердечника, такими как железо или ферритовый сердечник, трансформаторы с воздушным сердечником имеют низкую взаимную индуктивность.

              Трансформаторы с воздушным сердечником находят применение в портативной электронике и радиочастотах, поскольку они невероятно легкие по весу из-за отсутствия твердого вещества сердечника. В беспроводных зарядных системах также используется правильно настроенный трансформатор с воздушным сердечником. Здесь первичные обмотки встроены внутрь зарядного устройства, а вторичные обмотки построены снаружи.

              Типы трансформаторов: в зависимости от расположения обмоток

              Трансформаторы также могут различаться в зависимости от расположения обмоток.

              Трансформатор с автоматической обмоткой

              Трансформатор с автоматической обмоткой

              Здесь auto не является аббревиатурой от Automatic. Вместо этого он говорит о себе или об одной катушке. Эта катушка состоит из двух частей: первичной и вторичной. Расположение узла центрального ответвления определяет первичные и вторичные коэффициенты, влияющие на выходное напряжение.

              До появления других трансформаторов первичная и вторичная обмотки в трансформаторе с автообмоткой не фиксируются. Вместо этого они соединены последовательно, и центральный узел можно перемещать.

              VARIAC, прибор, который генерирует переменный переменный ток от постоянного входного переменного тока, является наиболее типичным применением трансформатора с автоматической обмоткой. Передача электроэнергии, а также распределительные приложения — некоторые другие распространенные области применения трансформаторов этого типа.

              Типы трансформаторов: в зависимости от метода охлаждения

              Маслонаполненные с самоохлаждением Тип

              Масляные трансформаторы с самоохлаждением включают малые и средние распределительные трансформаторы. В таких трансформаторах сварной маслонепроницаемый стальной бак со стальной крышкой содержит полную обмотку и сердечник. После размещения сердечника бак заполняется чистым высококачественным изоляционным маслом. Масло способствует передаче тепла от сердечника, а также обмоток к корпусу, откуда оно излучается в окружающую среду.

              Баки трансформаторов меньшей мощности обычно имеют гладкую поверхность. Однако трансформаторы большего размера требуют большей площади теплового излучения, не влияя на кубатуру бака. Гофрированный чехол может помочь в этом.

              Тип с воздушным охлаждением

              Трансформаторы с напряжением менее 25 000 вольт используют этот метод охлаждения. Вот коробка из тонкого листового металла, открытая с обоих концов, закрывающая трансформатор. Это позволяет воздуху течь снизу вверх и охлаждать систему.

              Маслонаполненный трансформатор с водяным охлаждением

              Поскольку технология маслонаполненного трансформатора с самоохлаждением довольно дорогая, для значительного снижения стоимости строительства огромных трансформаторов используется маслонаполненный трансформатор с водяным охлаждением. Изоляционное масло покрывает как обмотки, так и сердечник, так же, как и в маслонаполненных самоохлаждающихся типах. Разница лишь в том, что холодная вода циркулирует через охлаждающий змеевик, установленный на поверхности масла. Эта вода отводит тепло, выделяемое трансформатором. Наиболее существенным преимуществом такой конструкции является то, что такие трансформаторы не требуют никакого корпуса, кроме собственного, что значительно снижает затраты. Еще одним преимуществом является то, что эти трансформаторы требуют технического обслуживания, а также технического обслуживания только один или два раза в год. Как правило, трансформаторы, используемые в линиях электропередачи высокого напряжения, используют этот тип охлаждения.

              Применение трансформатора

              Трансформатор имеет множество применений. Вот некоторые из них:

              • Трансформатор помогает получить желаемый уровень напряжения. Повышающие трансформаторы повышают напряжение, а понижающие понижают.
              • Трансформатор может изменять номинал конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепи переменного тока. В результате он функционирует как устройство передачи импеданса.
              • Трансформаторы могут электрически разъединять две цепи.
              • Трансформатор используется для согласования сопротивления.
              • В некоторых электрических измерительных устройствах, таких как амперметры, вольтметры, реле и т. д., используются трансформаторы.
              • Для выпрямления требуются трансформаторы. Выпрямление относится к процессу преобразования переменного тока в постоянный. Кроме того, он необходим для передачи высокого напряжения. Мобильное зарядное устройство — лучший пример выпрямителя.
              • Регуляторы напряжения, а также стабилизаторы напряжения используют трансформаторы.
              • Для передачи и распределения электроэнергии также требуются трансформаторы.

              Заключение

              Люди обычно используют трансформатор для получения необходимого уровня напряжения. Кроме того, его также можно использовать электрически для изоляции двух цепей. Для передачи и распределения электроэнергии также требуются трансформаторы. Таким образом, не будет ошибкой сказать, что трансформатор является важнейшим компонентом повседневной жизни и экономичной передачи электроэнергии. Мы надеемся, что эта статья помогла вам понять принцип работы и типы трансформаторов.

              Для получения дополнительных образовательных материалов посетите Podium School.

              Часто задаваемые вопросы

              Что вызывает гудение трансформаторов?

              Магнитный поток, проходящий через сердечник трансформатора, постоянно колеблется, заставляя сердечник расширяться и сжиматься. Постоянное расширение и сжатие стального сердечника внутри трансформатора вызывает гудение трансформаторов. Количество потока, определяемое приложенным напряжением, а также числом витков катушек трансформатора, контролирует расширение сердечника.

              Как определяются потери в сердечнике трансформаторов?

              Потери в сердечнике, также известные как потери в железе, представляют собой потери, происходящие в многослойном металлическом сердечнике трансформатора. Нагрузка не влияет на эти потери. Вместо этого они остаются постоянными для любого данного трансформатора. Изменения намагниченности сердечника во время цикла подачи переменного тока являются основной причиной этих потерь в сердечнике. Потери в сердечнике состоят из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис. После зарядки трансформатора эти две потери остаются постоянными.

              Что такое потери в меди в трансформаторах?

              Потери в меди относятся к теплу, создаваемому электрическими токами в проводниках обмоток трансформатора. Потери в меди, а также потери в сердечнике, вызванные наведенными токами в близлежащих компонентах, являются нежелательной передачей энергии.

              Как уменьшить потери в сердечнике?

              Сердечники изготовлены из высококачественной стали для предотвращения потерь в сердечниках. Кроме того, использование ламинированных сердечников, особенно тонких сердечников, также может способствовать повышению эффективности трансформатора за счет снижения потерь в сердечнике.

              Что такое вихревые токи?

              Пульсирующее магнитное поле создает циркулирующие токи в проводнике. Эти токи известны как вихревые токи. Вихревые токи распространяются в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю, в замкнутых контурах и внутри проводников. Кроме того, эти токи увеличивают температуру сердечника трансформатора.

              Подробное описание вихревых токов и потерь от вихревых токов см. в приведенных ниже документах.

              2984608_Вихревые токи_Теория_и_ПримененияЗагрузить

              slup197Загрузить

              Какие типы трансформаторов используются в наших домах?

              В распределительных сетях используются понижающие трансформаторы для преобразования высокой энергии сети в низкое напряжение, которое могут использовать бытовые приборы.

              В чем разница между трансформатором и автотрансформатором?

              Стандартный трансформатор содержит одну первичную и вторичную обмотки. Для выполнения обеих функций автотрансформатор имеет одну обмотку с ответвлениями.

              В чем разница между прибором и силовым трансформатором?

              Передача электроэнергии, а также распределение используют передатчик энергии для повышения или понижения уровня напряжения. С другой стороны, в цепи измерительный трансформатор используется для контроля напряжения или тока. К измерительным трансформаторам относятся трансформаторы напряжения и тока.

              Что такое потеря гистерезиса?

              Из-за гистерезиса значительное количество энергии теряется в сердечнике трансформатора. Это вызвано отставанием в уменьшении магнитного потока в сердечнике, когда магнитное поле уменьшается по мере того, как цикл переменного тока колеблется от положительного до отрицательного максимального напряжения.

              Какова цель реле Бухгольца?

              Реле Бухгольца — это защитное устройство, обнаруживающее дефекты внутри трансформатора. Это реле, которое активируется маслом. Питание устройства осуществляется за счет лавины газов, образующихся при пробое трансформаторного масла при неисправностях.

              Трансформаторы используют законы электромагнитной индукции Фарадея. Кто они такие?

              Законы электромагнитной индукции Фарадея состоят из двух правил. Первое правило определяет ЭДС индукции в проводнике, тогда как второе правило количественно определяет ЭДС, создаваемую в проводнике.

              Ниже приводится первый закон электромагнитной индукции Фарадея:

              • Когда проводник помещается в переменное магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Когда цепь проводника замкнута, индуцируется ток, известный как индуцированный ток.

              Видео, ссылка на которое приведена ниже, подробно объясняет первый закон Фарадея об электромагнитной индукции.

              Первый закон Фарадея об электромагнитной индукции

              Второй закон Фарадея об электромагнитной индукции упоминает, что:

              • ЭДС индукции (ЭДС) в катушке равна скорости изменения потокосцепления.

              Более подробное объяснение см. в видеоролике, указанном ниже.

              Второе правило электромагнитной индукции Фарадея

              Что такое перегрев?

              Одной из наиболее типичных проблем с трансформаторами является повышение температуры. Это может произойти по нескольким причинам:

              • Вентиляторы охлаждения работают неправильно. (Внимательно осмотрите вентиляторы и масляные насосы)
              • Радиатор грязный. (Осмотрите его и избавьтесь от грязи, пыли или пластиковых пакетов)
              • Перегрузка по току. (Проверьте ток трансформатора и, при необходимости, уменьшите нагрузку, чтобы она соответствовала его номинальному току)
              • Жаркий день. (Температура окружающей атмосферы влияет на температуру трансформатора. В этом случае увеличьте количество станций охлаждения)
              • Низкое количество масла.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *