От чего зависит напряжение на выходе трансформатора. Зависимость напряжения на выходе трансформатора: ключевые факторы и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие факторы влияют на выходное напряжение трансформатора. Как изменяется напряжение при различных режимах работы. Каковы способы регулирования выходного напряжения трансформатора.

Содержание

Основные факторы, влияющие на выходное напряжение трансформатора

Выходное напряжение трансформатора зависит от нескольких ключевых факторов:

Коэффициент трансформации
Входное напряжение
Нагрузка на вторичной обмотке
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении
Режим работы трансформатора

Рассмотрим подробнее, как каждый из этих факторов влияет на напряжение на выходе трансформатора.

Влияние коэффициента трансформации на выходное напряжение

Коэффициент трансформации — это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Он определяет, во сколько раз изменяется напряжение при прохождении через трансформатор.

Чем выше коэффициент трансформации, тем больше будет выходное напряжение по отношению к входному. Для повышающего трансформатора коэффициент больше единицы, для понижающего — меньше единицы.

Как рассчитать выходное напряжение с учетом коэффициента трансформации?

Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:

U2 = U1 / k

где U2 — выходное напряжение, U1 — входное напряжение, k — коэффициент трансформации.

Зависимость выходного напряжения от входного напряжения

Входное напряжение напрямую влияет на выходное. При увеличении напряжения на первичной обмотке пропорционально возрастает и напряжение на вторичной обмотке.

Однако эта зависимость линейна только в определенном диапазоне. При значительном увеличении входного напряжения может произойти насыщение магнитопровода, что приведет к нелинейному изменению выходного напряжения.

Как изменение входного напряжения влияет на работу трансформатора?

Небольшие колебания входного напряжения (до 10%) пропорционально отражаются на выходе
Значительное повышение входного напряжения может привести к перегреву и выходу трансформатора из строя
Снижение входного напряжения уменьшает выходное напряжение и мощность трансформатора

Влияние нагрузки на выходное напряжение трансформатора

Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, оказывает существенное влияние на выходное напряжение трансформатора. При увеличении нагрузки выходное напряжение снижается из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении обмоток.

Как изменяется выходное напряжение при различных режимах нагрузки?

Холостой ход — выходное напряжение максимально
Номинальная нагрузка — небольшое снижение выходного напряжения (2-5%)
Перегрузка — значительное падение выходного напряжения
Короткое замыкание — резкое снижение выходного напряжения практически до нуля

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора

Внутреннее сопротивление трансформатора складывается из активного сопротивления обмоток и индуктивного сопротивления рассеяния. При протекании тока нагрузки на этом сопротивлении возникает падение напряжения, которое уменьшает выходное напряжение.

От чего зависит величина падения напряжения в трансформаторе?

Падение напряжения в трансформаторе зависит от следующих факторов:

Величина тока нагрузки
Активное сопротивление обмоток
Индуктивное сопротивление рассеяния
Коэффициент мощности нагрузки

Влияние режима работы на выходное напряжение трансформатора

Режим работы трансформатора определяет, как будет изменяться его выходное напряжение. Рассмотрим основные режимы:

Холостой ход

При холостом ходе вторичная обмотка разомкнута, ток в ней не протекает. Выходное напряжение максимально и определяется только коэффициентом трансформации.

Номинальный режим

В номинальном режиме трансформатор работает при расчетной нагрузке. Выходное напряжение немного снижается по сравнению с холостым ходом из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении.

Режим перегрузки

При перегрузке ток во вторичной обмотке превышает номинальный. Это приводит к значительному падению выходного напряжения и перегреву обмоток.

Режим короткого замыкания

Короткое замыкание вторичной обмотки вызывает резкое снижение выходного напряжения практически до нуля. При этом во вторичной цепи протекает очень большой ток.

Способы регулирования выходного напряжения трансформатора

Для поддержания стабильного выходного напряжения при изменении нагрузки или входного напряжения применяются различные методы регулирования:

Переключение отпаек обмоток
Использование автотрансформаторов
Применение устройств РПН (регулирование под нагрузкой)
Электронные стабилизаторы напряжения

Какой способ регулирования выбрать?

Выбор способа регулирования зависит от:

Требуемого диапазона регулирования
Мощности трансформатора
Скорости изменения нагрузки
Экономической целесообразности

Особенности изменения напряжения в трехфазных трансформаторах

В трехфазных трансформаторах выходное напряжение зависит от схемы соединения обмоток. Наиболее распространены следующие схемы:

Звезда-звезда
Треугольник-звезда
Звезда-треугольник
Треугольник-треугольник

Каждая схема имеет свои особенности в отношении изменения выходного напряжения при несимметричной нагрузке или несинусоидальных токах.

Как выбрать оптимальную схему соединения обмоток?

При выборе схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора следует учитывать:

Характер нагрузки (симметричная/несимметричная)
Наличие нулевого провода
Требования к стабильности напряжения
Необходимость подавления высших гармоник

Влияние частоты на выходное напряжение трансформатора

Частота питающего напряжения также оказывает влияние на выходное напряжение трансформатора. При изменении частоты меняется индуктивное сопротивление обмоток и магнитный поток в сердечнике.

Как частота влияет на работу трансформатора?

Повышение частоты увеличивает индуктивное сопротивление, что приводит к снижению выходного напряжения
Снижение частоты уменьшает индуктивное сопротивление, но может вызвать насыщение магнитопровода
Значительное отклонение частоты от номинальной может привести к перегреву и выходу трансформатора из строя

Заключение

Выходное напряжение трансформатора зависит от множества факторов, включая конструкцию самого трансформатора, режим его работы и характеристики нагрузки. Понимание этих зависимостей позволяет эффективно управлять напряжением и обеспечивать стабильную работу электрооборудования.

Для поддержания требуемого выходного напряжения в различных условиях эксплуатации применяются различные методы регулирования. Выбор оптимального метода зависит от конкретных требований и условий работы трансформатора.

При проектировании и эксплуатации трансформаторов важно учитывать все факторы, влияющие на выходное напряжение, чтобы обеспечить надежную и эффективную работу электрических систем.

Вторичная обмотка трансформатора, что стоит знать, как рассчитать, сделать под нужное напряжение, ток. « ЭлектроХобби

Вторичная обмотка трансформатора, что стоит знать, как рассчитать, сделать под нужное напряжение, ток. « ЭлектроХобби

Блог Раздел НОВИЧКА

Напомню, что трансформатор – это электротехническое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию через промежуточную среду в виде электромагнитного поля. Устройство трансформатора достаточно простое. Он состоит из магнитного сердечника (может иметь различные формы) на который наматываются витки изолированного провода. Классический вариант трансформатора содержит две обмотки: первичная (она же входная) и вторичная (она же выходная). В зависимости от материала магнитного сердечника, общей мощности трансформатора, нужных параметров (входное и выходное напряжение и сила тока) данное устройство содержит определённое количество витков и сечение обмоточного провода.

Первичные обмотки трансформаторов в большинстве своем рассчитаны на стандартное сетевое напряжение величиной 220 вольт (реже на 380 вольт, это трансформаторы используют в промышленной сфере). Одной из главных характеристик трансформатора является его мощность. Зная мощность данного устройства и имея первичную обмотку, рассчитанную на 220 вольт можно легко переделать любой трансформатор под свои нужды (если этой мощности вам будет хватать) намотав вторичную обмотку под нужное выходное напряжение и силу тока.

А как можно определить эту самую мощность трансформатора? По его сердечнику! Электрическая мощность трансформатора (в ваттах) равна квадрату площади (в сантиметрах) поперечного сечения той части магнитопровода, на которую наматывается провод.

Напомню, что электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. То есть, если мы узнали мощность трансформатора, с которой он может работать мы можем вычислить номинальную силу тока, что может выдавать вторичная обмотка (зная величину напряжения).

К примеру, вы решили сделать себе блок питания относительно небольшой мощности. Берём от старой, ненужной электротехники (если таковая у вас имеется в доме, гараже) понижающий силовой трансформатор (с железным магнитопроводом) или его покупаем. Допустим, по сердечнику вы определили, что трансформатор имеет мощность около 120 ватт. Это значит, что при напряжении в 12 вольт (на вторичной обмотке) он может обеспечивать силу тока величиной до 10 ампер (мощность разделили на напряжение и получили силу тока). В действительности же нужно учитывать, что у малогабаритных трансформаторов КПД равен около 80%, значит и максимальный выходной ток будет чуть меньше, чем 10 ампер (исходя из данного примера).

Трансформатор, который вы нашли, приобрели, оказался рассчитанный (его вторичная, выходная обмотка) на другое напряжение, не то, которое нужно именно вам. Не беда! Мы его аккуратно разбираем, разматываем старую вторичную обмотку и наматываем новую. Если диаметр провода может обеспечить вам нужный ток, то просто перематываем старую вторичную обмотку под нужное напряжение. От количества витков зависит напряжение (чем больше витков, тем выше напряжение на выходе). От сечения провода обмотки зависит сила тока (чем больше сечение, тем больший ток провод может пропустить через себя, не перегреваясь).

У различной мощности трансформаторов количество витков на 1 вольт будет также различное. Чем больше мощность, тем меньше нужно наматывать провода для получения 1 вольта (а в целом нужной величины напряжения). Сечение провода в значительной степени зависит от той плотности тока, которую вы можете допустить. Если площадь намотки велика, то и охлаждаться она будет лучше, следовательно, и плотность тока можно выбрать больше. Когда же обмотка намотана кучно, то лучше плотность тока брать меньше. В среднем плотность тока равна 2 А/мм2. При этой плотности диаметр провода (без учета изоляции) можно рассчитать по формуле:

Количество витков вторичной обмотки проще будет определить практическим путём. Для этого, на скорую руку, на трансформатор мотаем, допустим, 20 витков. Подаем на первичную обмотку питание. Далее измеряем напряжение на вторичной обмотке (этих самых 20 витках), после чего эти 20 витков делим на измеренное напряжение, и получаем количество витков, которые будут выдавать нам 1 вольт. Ну, а потом, чтобы узнать общее количество витков вторичной обмотки, мы напряжение вторичной обмотки умножаем на количество витков на один вольт. К примеру, 1 вольт мы получим при намотке 10 витков, следовательно, мы 10 умножаем на 12 вольт (которые мы хотим получить на выходе трансформатора). В итоге наша вторичная обмотка должна содержать 120 витков.

P.S. Чтобы не морочить голову с перемотками трансформаторных обмоток, пожалуй, лучше просто на рынке или в магазине приобрести трансформатор с подходящей мощностью, с нужным выходным напряжением и силой тока. Но учитывайте, что дешевые трансформаторы могут в некоторой степени не соответствовать своим характеристикам (обычно на магнитопровод ставят провод меньшего диаметра, чем нужно). Так, что лучше заплатить больше и приобрести качественный трансформатор.

Поиск по сайту

Меню разделов

Выходное напряжение — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Фаза этого квадратурного напряжения находится под углом 90 к выходному напряжению трансформатора, когда валы не находятся близко к положению согласования и, следовательно, выходное напряжение трансформатора достаточно велико. Причины появления квадратурного напряжения также объясняются главным образом условиями производства. [16]

Упрошенные схема замещения ( а и векторная диаграмма трансформатора ( б. [17]

Из (1.52) видно, что при заданных параметрах короткого замыкания изменение выходного напряжения трансформатора зависит как от значения, так и от характера тока нагрузки. [18]

Генератор импульсов на усилителе с обратной связью. [19]

Такое построение ГИ имеет ограниченное применение, так как отрицательная площадка выходного напряжения трансформатора должна быть не меньше определенного значения, чтобы в течение всего интервала между импульсами поддерживалось отрицательное напряжение. [20]

Вследствие применения в контуре моста насыщаемых реакторов в нем неизбежно возникает ( некоторое искажение формы кривой выходного напряжения трансформатора при определенных условиях. Указанное искажение меняется в зависимости от режимов работы. [21]

Возрастание сопротивления индуктивности рассеяния трансформатора с повышением частоты приводит к увеличению падения напряжения на ней, а результате чего выходное напряжение трансформатора в области верхних частот падает с ростом частоты. Отсюда угол сдвига фазы между выходным напряжением, находящимся в фазе с током, и входным напряжением должен стремиться к — 90 при безграничном повышении частоты. [22]

Возрастание сопротивления индуктивности рассеяния трансформатора с повышением частоты приводит к увеличению падения напряжения на ней, в результате чего выходное напряжение трансформатора в области верхних частот падает с ростом частоты. Отсюда угол сдвига фазы между выходным напряжением, находящимся в фазе с током, и входным напряжением стремится к — 90 при безграничном повышении частоты. [23]

Линейное напряжение трехфазного источника KRY подается на синхронизирующий трансформатор. Выходное напряжение трансформатора управляет детектором нулевого уровня. Выходное напряжение детектора нулевого уровня высокое в течение первого полупериода и низкое в течение второго полупериода. К выходу генератора пилообразного напряжения подключен компаратор напряжения с регулируемым порогом срабатывания. Управление порогом срабатывания компаратора осуществляется внешним напряжением Кс. Выходное напряжение компаратора низкое, пока пилообразное напряжение ниже напряжения Ус. При увеличении пилообразного напряжения выше напряжения К на выходе компаратора формируется высокий уровень напряжения Kgl и тиристор 7J переходит в открытое состояние. [25]

Применяются обычные трансформаторы с внешним обдувом для работы при температурах до 45 С и с дополнительным водяным охлаждением, если трансформатор должен работать при более высоких температурах. Применяемые выходные напряжения трансформаторов составляют 30, 60, 75 или 90 кВ, причем два средних значения ( 60 и 76 кВ) являются наиболее распространенными. [26]

Для плавного регулирования выходного напряжения трансформатора применяют контактные щетки, скользящие по неизолированной внешней поверхности вторичной обмотки, вследствие чего изменяется число включаемых в работу витков обмотки. Такой метод широко используется в маломощных лабораторных автотрансформаторах — ЛАТРах. С повышением мощности трансформаторов и автотрансформаторов применяют двойные комплекты щеток с включенными между ними резисторами для ограничения тока к. [27]

Электромагнитные системы однофазных трансформаторов, регулируемые подмагничиванием. шунтов. [28]

Для плавного регулирования выходного напряжения трансформатора применяют контактные щетки, скользящие по неизолированной внешней поверхности вторичной обмотки, вследствие чего изменяется число включаемых в работу витков обмотки. Такой метод широко используется в маломощных лабораторных автотрансформаторах — ЛАТРах. С повышением мощности трансформаторов и автотрансформаторов приходится применять двойные комплекты щеток с включенными между ними резисторами или реакторами для ограничения тока короткого замыкания при замыкании щетками соседних витков. [29]

К выводам переменного тока выпрямителя В3 подключена вторичная обмотка трансформатора напряжения ТН, первичная обмотка которого подключена к обмотке трансформатора ТП. При пробое в электрофильтре выходное напряжение трансформатора ТП и выпрямителя В3 резко снижается и становится значительно меньше величины падения напряжения на резисторе R7, в результате чего весь ток нагрузки протекает по цепи Д2 — Rt — Дь — Вследствие того что через управляющий электрод тиристора 7 течет ток, тиристор открывается и через обмотку ГМУ и резистор Re течет ток, запирая усилитель ПМУ, в результате чего ток управления усилителя ГМУ снижается до минимального значения. Напряжение в электрофильтре снижается, и дуга гаснет. После гашения дуги напряжение на трасформаторе ТН становится больше падения на Ri, тиристор TI запирается и нормальная работа фильтра восстанавливается. [30]

Страницы: 1 2 3 4

Опыт короткого замыкания трансформатора. Режим короткого замыкания трансформатора

Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе первичной обмотки. Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 11.3. Опыт проводится для определения номинального значения тока вторичной обмотки, мощности потерь в проводах и падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

При коротком замыкании цепи вторичной обмотки, ток в ней ограничивается только малым внутренним сопротивлением этой обмотки. Поэтому, даже при относительно небольших значениях ЭДС Е2, ток I2 может достигнуть опасных величин, вызвать перегрев обмоток, разрушение изоляции и выход трансформатора из строя. Учитывая это опыт начинают при нулевом напряжении на входе трансформатора, т.е. при . Затем постепенно увеличивают напряжение первичной обмотки до значения , при котором ток первичной обмотки достигает номинального значения. При этом ток вторичной обмотки, измеренный по амперметру А2 , принимают равным номинальному. Напряжение называют напряжением короткого замыкания.
Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания мала и составляет 5 ¸ 10% от номинального. Поэтому и действующее значение ЭДС вторичной обмотки Е2 составляет 2 ¸ 5%. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток, а значит и мощность потерь в магнитопроводе — Рс. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания, практически определяют только потери в проводах Рпр, причем
(11.3)
Выразим ток I2К через приведенный ток

Учтем, что , а также что
.
Тогда выражение (11.3) перепишем в виде
(11.4)
где RК — активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания, причем
(11. 5)
Значение активного сопротивления трансформатора позволяет рассчитать его индуктивное сопротивление

При точном расчете нужно учитывать, что RК зависит от температуры. Поэтому полное сопротивление трансформатора определяют приведенным к температуре 750С, т.е.

.
Теперь легко определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора — ZК:

На практике пользуются приведенным значением UК, в процентах, обозначая его звездочкой, т.е.
(11.6)
Это значение приводят на паспортном щитке трансформатора.
Знание внутреннего сопротивления трансформатора позволяет представить его схему замещения в виде рис.11.4. Векторная диаграмма, соответствующая этой схеме приведена на рис. 11.5.
Векторная диаграмма позволяет определить уменьшение напряжения на выходе трансформатора D U за счет падения напряжения на комплексном сопротивлении. Величина D U определяется как расстояние между прямым, выходящим из точек начала и конца вектора и параллельными оси абцисс. Из диаграммы видно, что эта величина складывается из катетов двух прямоугольных треугольников, гипотенузы которых и , а острые углы равны j2.
Поэтому

На практике пользуются относительной величиной DU, в процентах, обозначенной звездочкой, т.е.
(11.7)
Для мощных трансформаторов (SH> 1000 В×А) опыт короткого замыкания может служить для контроля коэффициента трансформации. Для таких трансформаторов в режиме короткого замыкания током холостого хода можно пренебречь, считая

Поэтому
(11.8)
Последнее выражение тем точнее, чем больше мощность трансформатора. Однако оно не приемлимо для маломощных трансформаторов.

Все трансформаторы работают в двух основных режимах: под нагрузкой и на холостом ходу. Однако, известен еще один режим работы, при котором резко увеличиваются механические усилия и поток рассеивания в обмотках. Этот режим носит название короткое замыкание трансформатора. Такая ситуация возникает при получении питания первичной обмоткой, когда вторичная замыкается на своих вводах. Во время замыкания возникает реактивное сопротивление, при этом ток на вторичную обмотку продолжает поступать из первичной.

Затем ток отдается потребителю, каким и является вторичная обмотка. Таким образом, происходит процесс короткого замыкания трансформатора.

Суть короткого замыкания

На замкнутом участке возникает сопротивление, значение которого гораздо меньше сопротивления нагрузки. Происходит резкий рост первичных и вторичных токов, которые могут мгновенно сжечь обмотки и полностью разрушить трансформатор. Однако, этого не происходит и защита успевает отключить его от сети. Это связано с тем, что увеличенные рассеивания и поля трансформатора существенно уменьшают воздействие токов короткого замыкания, а также обеспечивают защиту обмотки от электродинамических и тепловых нагрузок. Поэтому, даже если и наблюдаются потери в обмотках, они просто не успевают оказать свое негативное влияние.

Предупреждение короткого замыкания

При нормальном режиме работы трансформатора значение электродинамических усилий имеет минимальное значение. Во время наблюдается рост токов и усилий в десятки раз, создавая серьезную опасность. В результате, могут деформироваться обмотки, теряется их устойчивость, изгибаются катушки, сминаются прокладки под воздействием осевых сил.

Для того, чтобы снизить электродинамические усилия, во время сборки производится осевая запрессовка обмоток. Эта операция выполняется неоднократно: сначала, когда обмотки насажены и верхние балки установлены, а, затем, после просушивания активной части. Вторая операция имеет особое значение для снижения усилий, поскольку при некачественной запрессовке, при действии замыкания, может произойти сдвиг или разрушение катушки. Серьезную опасность представляет совпадение собственного резонанса катушки с частотой, имеющейся в электродинамической силе. Резонанс может вызвать усилия, совершенно не опасные при обычном режиме работы.

Чтобы улучшить качества трансформатора, во время сборки нужно сразу устранить возможную усадку изоляции, выровнять все высоты, обеспечить качественную запрессовку. При условии соблюдения необходимых технологических процессов, короткое замыкание трансформатора вполне может обойтись без серьезных последствий.

Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации

Короткие замыкания в электрических установках возникают обычно вследствие каких-либо неисправностей в сетях (при механическом повреждении изоляции, электрическом ее пробое в результате перенапряжений и т. д.) или при ошибочных действиях эксплуатационного персонала.

Для трансформатора короткое замыкание очень опасно, так как при этом возникают очень большие токи. При коротком замыкании зажимов вторичной обмотки сопротивление нагрузки Zн практически равно Нулю и, следовательно, напряжение на зажимах вторичной обмотки U2 также равно нулю. Таким образом, напряжение U1, приложенное к первичной обмотке, будет уравновешено падением напряжения в полных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток zK=Z1+Z2 Эквивалентная схема для одной фазы трансформатора при коротком замыкании изображена на рис. 11, а.

Уравнение равновесия э. д. с. первичной обмотки трансформатора при коротком замыкании вторичной обмотки запишется в следующем виде:

U1=Ikzk где Ik-ток короткого замыкания.

На рис. 11, б показана векторная диаграмма для одной фазы трансформатора при коротком замыкании. Вертикально вверх направлен вектор тока короткого замыкания Ik. Параллельно вектору тока направлен вектор падения напряжения в активном сопротивлении короткого замыкания IkRk. Повернут относительно вектора тока на — в сторону опережения (против часовой стрелки вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении короткого замыкания трансформатора

Геометрическая сумма векторов IkRk определит вектор приложенного к первичной обмотке напряжения U1, который подвернут относительно вектора тока короткого замыкания Ik в сторону опережения на угол короткого замыкания рk. Этот угол зависит

от соотношения сопротивлений xk и rk. Чем больше индуктивное.сопротивление xk и чем меньше активное сопротивление rk, тем большим будет угол ф. Таким образом, сила тока короткого замыкания трансформатора Ik=U1/zk

Так как падение напряжения в полном сопротивлении обмоток трансформатора при номинальном токе составляет 5-7% от номинального напряжения, т. е ток короткого «замыкания окажется большим поминального тока во столько раз во сколько номинальное напряжение больше падения напряжения в полном сопротивлении обмоток при номинальном токе.

Отношение Ik/Iн=100/uk называется кратностью тока короткого замыкания, где Uk — напряжение короткого замыкания.

Следовательно, ток короткого замыкания трансформатора во много раз больше номинального тока Здесь мы имели в виду установившееся значение тока короткого замыкания трансформатора. Такой ток, во много раз больший номинального, будет протекать в обмотках трансформатора в течение всего времени короткого замыкания, как бы велико оно ни было. Однако в момент короткого замыкания кратность тока короткого замыкания может оказаться еще большей. В зависимости от мгновенного значения приложенного напряжения мгновенный ток короткого замыкания отличается от установившегося 2 раза.

Если короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора произошло в момент, когда мгновенное значение напряжения щ равно максимальному значению Uim, то мгновенный ток короткого

При коротком замыкании в момент, когда напряжение равно нулю, мгновенный ток короткого замыкания окажется в 2 раза большим установившегося тока.

Ток короткого замыкания резко повышает температуру обмотки, что угрожает целости изоляции. Потери в проводах обмоток трансформатора пропорциональны току во второй степени. Поэтому в случае, когда ток короткого замыкания окажется, например, в 20 раз большим номинального тока, потери в проводах обмоток будут в 400 раз большими, чем при номинальном токе (если не учитывать увеличения сопротивления обмоток от нагрева). Выделение большой мощности в проводах обмоток вызывает резкое повышение их температуры, вследствие которого возможна нарушение целости изоляции и выход трансформатора из строя

Поэтому все трансформаторы снабжаются достаточно быстродействующей защитой, которая отключает трансформатор в случае его короткого замыкания. Если время, в течение которого трансформатор находится в режиме короткого замыкания, будет мало, обмотки его не успеют нагреться до температуры, опасной для их изоляции.

Короткое замыкание трансформатора очень опасно, так как может привести к его разрушению Как известно, между проводами, обтекаемыми током, возникает механическое взаимодействие. Если в двух параллельных проводах протекают токи, направленные в одну и ту же сторону, эти провода притягиваются друг к другу, а если токи направлены в противоположную сторону, провода взаимно отталкиваются.

В трансформаторе имеется очень много параллельных друг другу витков, каждый из которых можно рассматривать как отдельный провод. В витках какой-либо одной обмотки (первичной или вторичной) протекают токи одинакового направления, так что все витки одной обмотки взаимно притягиваются. Намагничивающие силы первичной и вторичной обмоток имеют встречное направление, поэтому обмотки стремятся оттолкнуться одна от другой.

Механические силы, действующие на обмотки, зависят от конструкции обмоток, размещения витков и токов, протекающих в обмотках. В концентрических симметричных обмотках силы F, действующие на обмотки, направлены перпендикулярно оси катушек в дисковых чередующихся обмотках силы направлены параллельно оси катушек

Так как силы, действующие на провода с током, зависят от произведения токов, то и силы F, действующие на обмотки трансформаторов при коротком замыкании, будут во много раз большими сил, которые возникают при номинальной нагрузке. Под действием очень больших механических сил обмотки трансформатора деформируются настолько, что может быть нарушена изоляция и резко уменьшена их электрическая прочность. Конструкция обмоток должна быть рассчитана на такую механическую прочность, которая противостояла бы силам, возникающим в первый момент от мгновенных токов короткого замыкания.

Как известно, в режиме нагрузки вторичная обмотка трансформатора включается на сопротивление приемников. Во вторичной цепи устанавливается ток, пропорциональный нагрузке трансформатора. При питании большого числа приемников нередки случаи, когда нарушается изоляция соединительных проводов. Если в местах повреждения изоляции произойдет соприкосновение проводов, питающих приемники, то возникнет режим, называемый коротким замыканием (к. з.) участка цепи. Если соединительные провода, идущие от обмотки, замкнутся где-то в точках а и б, расположенных до приемника энергии (рисунок 1), то возникнет короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора. В этом режиме вторичная обмотка окажется замкнутой накоротко. При этом она будет продолжать получать энергию из первичной обмотки и отдавать ее во вторичную цепь, которая состоит теперь только из обмотки и части соединительных проводов. 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопровод Рисунок 1 — Короткое замыкание на выводах вторичной обмотки трансформатора На первый взгляд кажется, что при коротком замыкании трансформатор должен неизбежно разрушиться, так как сопротивление r 2 обмотки и соединительных проводов в десятки раз меньше сопротивления r приемника. Если допустить, что сопротивление r нагрузки хотя бы в 100 раз больше r 2 , то и ток короткого замыкания I 2к должен быть в 100 раз больше тока I 2 при нормальной работе трансформатора. Так как первичный ток также возрастает в 100 раз (I 1 ω 1 = I 2 ω 2), потери в обмотках трансформатора резко увеличатся, а именно в 100 2 раз (I 2 r), т. е. в 10000 раз. При этих условиях температура обмоток за 1-2 с достигнет 500-600° С и они быстро сгорят. Кроме того, при работе трансформатора между обмотками всегда существуют механические усилия, стремящиеся раздвинуть обмотку в радиальном и осевом направлениях. Эти усилия пропорциональны произведению токов I 1 I 2 в обмотках, и если при коротком замыкании каждый из токов I 1 и I 2 увеличится, например, в 100 раз, то и усилия увеличатся в 10000 раз. Их величина при этом достигнет сотен тонн и обмотки трансформатора должны были бы мгновенно разрушиться. Однако на практике этого не происходит. Трансформаторы выдерживают, как правило, короткие замыкания в те весьма малые промежутки времени, пока защита не отключит их от сети. При коротком замыкании резко проявляется действие какого-то дополнительного сопротивления, ограничивающего ток короткого замыкания в обмотках. Это сопротивление связано с магнитными потоками рассеяния Ф Р1 и Ф Р2 , которые ответвляются от основного потока Ф 0 и замыкаются каждый вокруг части витков «своей» обмотки 1 или 2 (рисунок 2).

1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — общая ось обмоток и стержня трансформатора; 4 — магнитопровод; 5 — главный канал рассеяния Рисунок 2 — Потоки рассеяния и концентрическое расположение обмоток трансформатора Непосредственно измерять величину рассеяния очень трудно: слишком разнообразны пути, по которым могут замыкаться эти потоки. Поэтому на практике рассеяние оценивают по влиянию, которое оно оказывает на напряжение и токи в обмотках. Очевидно, что потоки рассеяния возрастают с увеличением тока, протекающего в обмотках. Очевидно также, что при нормальной работе трансформатора поток рассеяния составляет сравнительно небольшую долю основного потока Ф 0 . Действительно, поток рассеяния сцеплен только с частью витков, основной поток — со всеми витками. Кроме того, поток рассеяния большую часть пути вынужден проходить по воздуху, магнитная проницаемость которого принята за единицу, т. е. она в сотни раз меньше магнитной проницаемости стали, по которой замыкается поток Ф 0 . Все это справедливо как для нормальной работы, так и для режима короткого замыкания трансформатора. Однако поскольку потоки рассеяния определяются токами в обмотках, а в режиме короткого замыкания токи увеличиваются в сотни раз, то во столько же увеличиваются и потоки Ф р; при этом они значительно превосходят поток Ф 0 . Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс самоиндукции Е p1 и Е р2 , направленные против тока. Противодействие, например, эдс Е р2 можно считать некоторым дополнительным сопротивлением в цепи вторичной обмотки при ее коротком замыкании. Это сопротивление называют реактивным. Для вторичной обмотки справедливо уравнение Е 2 = U 2 + I 2 r 2 + (-E p 2). В режиме короткого замыкания U 2 =0 и уравнение преобразуется следующим образом: E 2 = I 2K r 2K + (-E p2K), или E 2 = I 2K r 2K + I 2K х 2K , где индекс «к» относится к сопротивлениям и токам в режиме короткого замыкания; I 2 K х 2 K — индуктивное падение напряжения в режиме короткого замыкания, равное но величине E p 2 K ; х 2 K — реактивное сопротивление вторичной обмотки. Опыт показывает, что в зависимости от мощности трансформатора сопротивление х 2 в 5-10 раз больше r 2 . Поэтому в действительности ток I 2 K не в 100, а лишь в 10-20 раз будет больше тока I 2 при нормальной работе трансформатора (активным сопротивлением из-за его малой величины пренебрегаем). Следовательно, в действительности потери в обмотках увеличатся не в 10000, а только в 100-400 раз; температура обмоток за время короткого замыкания (несколько секунд) едва достигнет 150-200° С и в трансформаторе за это малое время не возникнет никаких серьезных повреждений. Итак, благодаря рассеянию трансформатор способен сам защищаться от токов короткого замыкания. Все рассмотренные явления происходят при коротком замыкании на зажимах (вводах) вторичной обмотки (см. точки а и б на рисунке 1). Это — аварийный режим работы для большинства силовых трансформаторов и возникает он, конечно, не каждый день или даже не каждый год. За время работы (15-20 лет) трансформатор может иметь всего несколько столь тяжелых коротких замыканий. Тем не менее, он должен быть так спроектирован и изготовлен, чтобы они не разрушили его и не привели к аварии. Надо четко представлять себе явления, происходящие в трансформаторе при коротком замыкании, сознательно собирать наиболее ответственные узлы его конструкции. В этом отношении весьма существенную роль играет одна из важнейших характеристик трансформатора — напряжение короткого замыкания.

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.

Таким образом (%):

где U1ном — номинальное первичное напряжение.

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмоток трансформатора. Так, например, при высшем напряжении 6-10 кВ uK = 5,5%, при 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, при 110 кВ uK = 10,5% и т. д. Как видно, с повышением номинального высшего напряжения увеличивается напряжение короткого замыкания трансформатора.

При напряжении Uк составляющем 5-10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10-20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что

Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10-20 раз, и потоки рассеяния обмоток становятся соизмеримыми с основным потоком.

Так как при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на ее зажимах U2 = 0, уравнение э. д. с. для нее принимает вид

а уравнение напряжения для трансформатора записывается как

Этому уравнению соответствует схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 1.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φк между векторами этих напряжений и тока зависит от соотношения между активной и реактивной индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

У трансформаторов с номинальной мощностью 5-50 кВА XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более XK/RK = 10 и более. Поэтому считают, что у трансформаторов большой мощности UK = Uкр, а полное сопротивление ZК = Хк.

Опыт короткого замыкания.

Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.

Рис. 3. Схема опыта короткого замыкания трансформатора

По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.

Напряжение короткого замыкания

где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания .

Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

Ответ 6: Если пренебречь током холостого хода, то упрощенная схема замещения трансформатора в режиме нагрузки может быть представлена схемой (рис6-1)

Рис 6-1

Если напряжение U₁=U_1ном неизменно, то при изменении Z₂ будут изменяться напряжения и токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Чтобы определить изменение напряжения вторичной обмотки, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки: U^י₂=(w₁/w₂)U₂. Изменением напряжения называют разность действующих значений приведенного вторичного напряжения U^י₂ в режиме холостого хода и при заданном комплексном сопротивлении Z₂. В режиме холостого хода U^י₂ = U_1ном. Поэтому :

Δ U%=( U_1ном— U^י₂)/ U_1ном100%

Если cos φ₂= cosφ_k, то Δ U будет максимальным. U₁ -U^י₂= Z_KI₁

Внешней характеристикой тр-ра называют зависимость U₂=f(I₂) при постоянном коэффициенте cos φ₂ и постоянном U_1ном .

Обычно его выражают в относительных единицах U₂/U_2ном = f(I₂). Эта зависимость дается уравнением:

U₂/U_2ном = 1-к_ЗI₁ном/ U_1ном( R_K cos φ₂+ X_Kcosφ_k).

где к_З= I₂/I_2ном— коэффициент загрузки трансформатора.

При изменении коэффициент загрузки трансформатора в пределах 0<k_З<1 напряжение на выходе трансформатора U₂ изменяется всего на несколько процентов.

Уменьшение напряжения U₂ происходит из–за падения напряжения на внутренних сопротивлениях обеих обмоток трансформатора.

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения :

ΔU= R_K I₁_ном/ U₁_ном100%.

Ответ7:Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

КПД силовых трансформаторов η= Р₂/Р_1
,где Р₂=U₂I₂ cos φ₂

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ₂=1.

Однако т. к. Р₁иР₂близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р₁= Р₂+ Рм + Р_Э

где Рм и Р_Э магнитные и электрические потери соответственно .

При номинальных значениях первичных напряжения U_1ном и тока I_1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

η= Р₂/ (Р₂+ Р_М+Р_Э)

Рм = Р₀ — измеряется в опыте холостого хода,

Р_Э – Р_КЗ — измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности cosφ₂ и коэффициента загрузки Кз =I₂/I₂ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 — 99%.

опрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Ответ 8:

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис 8-1.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение :

При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает ток I₂. Магнитный поток сердечника Фmтак же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид:

w₁·I_1x =(w₁-w₂) ·I₁+w₂·I₁₂

I₁-ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w₁-w₂),

I₁₂– ток через обмоткуw₂(участок а-х)

Т.кI₁_xмало, то :

I₁₂ ≈ (-w₂)/ w₂·I₁= (w₁/ w_{2 –}1) ·I_1.

слиw₁/w₂≈1, то ток в проводах обмотки на участке (а-х)I₁₂≈0.

Напряжение на нагрузке U₂=w₂/w₁·U₁, поэтому при постоянномU₁изменяяw₂можно изменятьU₂.

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода(ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

Тема № 6: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2. Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3. Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис. 22.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

На стенде установлены приборы переменного тока РА1, РА2, РW для измерения фазного тока , пускового тока, мощности, а также приборы постоянного токаРV2, РА4, РА3 для измерения напряжения , токаи тока возбуждениягенератора, причем показания амперметраРА3 не используются.

Рис. 22

Частота вращения ротора двигателя измеряется дистанционным тахометром, не показанном на схеме. Тахометр имеет поправочный коэффициент 2/3, на который умножаются его показания. Цена наименьшего деления тахометра составляет 20 об/мин.

Контрольные вопросы

Инструкции | Схема и подробное описание самодельного блока питания

Часто требуется в быту подключение того и иного электроустройства посредством блока питания с понижающем трансформатором, но готовый блок не всегда удается найти в магазине, поэтому зачастую приходится думать о самодельной конструкции.
Чтобы облегчить эту задачу, расскажем о простейших расчетах, которые позволят подобрать нужные детали для блока питания в зависимости от предъявляемых к нему требований.

Схема предполагаемого блока питания, обеспечивающего нужное выходное напряжение постоянного тока, приведена на рисунке.
В нем использован трансформатор питания, включаемый первичной обмоткой (I) в электрическую розетку переменного тока 220 Вольт и понижающий напряжение (оно снимается с обмотки II) до заданного значения, двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1—VD4 и конденсатор С1, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.
Полученное в итоге почти постоянное напряжение (пульсации его при подключении нагрузки все же будут) снимают с контактов XS1 и XS2.

схема самодельного блока питания

Расчет выпрямителя

Необходимо правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора.
Исходными данными для расчета выпрямителя служат требуемое напряжение на нагрузке (Uн) и потребляемый ею максимальный ток (Iн)

Порядок расчета

Коэффициент	Ток нагрузки, А
Коэффициент	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
В	0,8	1,0	1,2	1,4	1,5	1,7
С	2,4	2,2	2,0	1,9	1,8	1,8

Сначала определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке трансформатора:

Uн — постоянное напряжение на нагрузке, В; В — коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблице

По току нагрузки определяют максимальный ток, протекающий через каждый диод выпрямительного моста:

Iд — ток через диод, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А; С — коэффициент, зависящий от тока нагрузки и определяемый по таблице

Далее подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Uобр — обратное напряжение, В; Uн — напряжение на нагрузке, В.

Выпрямительные диоды нужно выбрать, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

В заключении определяем емкость конденсатора фильтра:

Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ; Iн — максимальный ток нагрузки, A; Uн — напряжение на нагрузке, В; Кп — коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определенной «чистоты».

— малогабаритные транзисторные радиоприемники и магнитофоны

— усилители радио и промежуточной частоты

— предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей

В дальнейшем, когда будете строить подобные выпрямители с последующей стабилизацией выпрямленного напряжения транзисторным стабилизатором, расчетную емкость фильтрующего конденсатора можно уменьшить в 5. ..10 раз.

Расчет питающего трансформатора

Для него у вас уже есть необходимые данные, напряжение на вторичной обмотке (UII) и максимальный ток нагрузки (Iн)

Сначала определяют максимальное значение тока, протекающего через вторичную обмотку:

III — ток через обмотку II трансформатора, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А.

Далее определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

PII — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; UII — напряжение на вторичной обмотке, В; III — максимальный ток через вторичную обмотку, А.

Вычисляем мощность питающего трансформатора:

Ртр — мощность трансформатора, Вт; РII — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

Если изготавливают трансформатор с несколькими вторичными обмотками, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.

Расчитываем ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора:

II — ток через обмотку I, А; Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт; UI — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение), В.

Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

S — сечение сердечника магнитопровода, кв.см; Ртр — мощность трансформатора, Вт.

Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки:

WI — число витков обмотки; UI — напряжение на первичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, кв.см.

Определяем число витков вторичной обмотки:

WII — число витков вторичной обмотки; UII — напряжение на вторичной обмотке, В; S — сечение магнитопровода, кв.см.

Определяем диаметр провода обмоток:

D — диаметр провода, мм; I — ток через обмотку, мА.

Можно выбрать провод по готовой таблице

Iобм, mA	25	25. ..60	60…100	100…160	160…250	250…400	400…700	700…1000
D, мм	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,40	0,50	0,60

По полученным данным можно подбирать подходящее железо, провод и изготавливать трансформатор. Правда, нелишне сначала прикинуть, разместится ли провод на каркасе будущего трансформатора при данных Ш-образных пластинах — ведь однотипные (по ширине средней части) пластины имеют неодинаковую площадь окна. Достаточно подсчитанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 и сравнить полученный результат (это необходимая площадь окна в кв. мм) с измеренной площадью окна имеющихся пластин

При выборе сердечника магнитопровода следует придерживаться и еще одного правила — отношение ширины средней части сердечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1…2

Трансформатор, диоды и конденсатор фильтра, разместите в корпусе подходящих габаритов. На лицевой панели корпуса укрепите выходные контакты, выключатель питания, а на задней стенке разместите держатель предохранителя с предохранителем FU1 (его ток зависит от тока через первичную обмотку трансформатора). Через отверстие в задней стенке выведите шнур питания с сетевой электровилкой.

От чего зависит напряжение на выходе трансформатора

Содержание

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия
- Для чего нужен трансформатор напряжения?
Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?
Измерительные трансформаторы напряжения и тока
Дополнительная информация
- - Особенности конструкции
    - Обозначение на схеме
  - Принцип действия
  - Разновидности
  - Основные свойства
- Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:
  - Обмотки трансформатора
- Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:
- По способу намотки обмотки делят:
  - - Достоинства и недостатки
- Достоинства
- Недостатки
  - Как выбрать понижающие трансформаторы
  - Эксплуатация и ремонт
- Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:
Действие понижающего трансформатора
Принцип работы трансформатора напряжения

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 20 января 2016 · Обновлено 29 августа 2018

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Дополнительная информация

Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

Особенности конструкции

Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.

Обозначение на схеме

Принцип действия

Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

Разновидности

Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия.

Тороидальные . Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
Стержневые . На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
Броневые . В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
Многообмоточные . Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

Трехфазные . Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

Однофазные . Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, фаза и ноль поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

Основные свойства

Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

Мощность.
Напряжение выхода.
Частота.
Габаритные размеры.
Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии. К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:

Круглая.
Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

Концентрические, на стержне.
Дисковые, намотанные чередованием.

Достоинства и недостатки

Достоинства

Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
Компактные размеры.
Малая масса.
Удобство транспортировки и монтажа.
Отсутствие помех.
Плавная регулировка напряжения.
Незначительный нагрев.

Недостатки

Недолгий срок службы.
Незначительная мощность.
Высокая цена.

Как выбрать понижающие трансформаторы

Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Трансформатор относится к категории статических электромагнитных устройств, способных преобразовывать переменный ток с одним значением напряжения в переменный ток с другим напряжением, сохраняя при этом одну и ту же частоту. Эти приборы успешно используются в электрических сетях для передачи и распределения энергии, а также являются неотъемлемой частью многих электроустановок. В связи с этим, особенно актуальным становится вопрос, как работает трансформатор, в зависимости от количества обмоток, фаз, способов охлаждения и других конструктивных особенностей, от которых напрямую зависит применение данных устройств.

Действие понижающего трансформатора

Существуют различные типы понижающих трансформаторов. Они могут быть одно-, двух- или трехфазными, что позволяет использовать их в различных областях энергетики. Конструкция этих устройств включает в себя две обмотки и шихтованный сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь. Отличительной особенностью понижающего трансформатора является различное число витков в первичной и вторичной обмотке. Для того, чтобы правильно использовать устройство, нужно хорошо представлять себе, как работает понижающий трансформатор.

Напряжение, подаваемое на вход трансформатора, вызывает появление в обмотке электродвижущей силы, которая, в свою очередь приводит к возникновению магнитного поля. В результате пересечения этим полем витков второй катушки, в ней появляется собственная электродвижущая сила самоиндукции. Под ее воздействием во второй катушке появляется напряжение, отличающееся от первичного на разницу количества витков в обеих обмотках.

Для определения точных параметров, необходимо выполнить расчеты понижающего трансформатора. Следует учитывать, что возникновение электродвижущей силы самоиндукции возможно лишь под действием переменного напряжения. Поэтому все бытовые электрические сети работают только на переменном токе.

В современных условиях все чаще возникает необходимость в преобразовании высокого напряжения в низкое. Это связано с тем, что электростанции вырабатывают ток высокого напряжения, обеспечивающий потребности какого-то участка. Поэтому на каждом таком участке начальное напряжение преобразуется до значения, допустимого к применению в бытовых условиях. Кроме того, понижающие трансформатора довольно часто используются в бытовых условиях, чтобы адаптировать низковольтные устройства к сетевому току 220В. Они являются конструктивными элементами различных блоков питания, адаптеров, стабилизаторов и других аналогичных устройств.

Приобретая понижающий трансформатор, следует обратить внимание на такие параметры, как мощность и количество витков в обеих обмотках. Необходимо учитывать важный показатель – коэффициент трансформации напряжения. Этот параметр зависит от соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Таким образом, определяется соотношение напряжений на обеих обмотках.

В понижающем трансформаторе число витков первичной обмотки превышает количество витков во вторичной обмотке, выдающей пониженное выходное напряжение. В некоторых устройствах имеется несколько выводов, означающих наличие сразу нескольких групп соединений. Формирование нужной схемы в них осуществляется в зависимости от величины входного и выходного тока. Такие трансформаторы являются универсальными и многофункциональными, пользующиеся широкой популярностью у потребителей.

Принцип работы трансформатора напряжения

Основная функция трансформаторов напряжения заключается в преобразовании энергии источника в нужное значение напряжение. Данные устройства могут работать лишь при переменном напряжении с неизменной частотой.

В соответствии с коэффициентом трансформации существует три типа трансформаторов напряжения:

Понижающий. В этих устройствах напряжение на выходе меньше, чем входное. Используется в блоках питания, стабилизаторах и т.д.
Повышающий. Здесь ток на выходе больше, чем на входе. Применяется, в основном, в усилительных устройствах.
Согласующий. Работа этих приборов происходит без изменений параметров напряжения, все действия ограничиваются лишь гальванической развязкой. Используется в схемах звуковых усилителей.

Для того чтобы правильно использовать ту или иную конструкцию, необходимо точно знать, как работает трансформатор тока. Известно, что основой работы этих устройств является электромагнитная индукция. Для снижения потерь в процессе трансформации и максимальной передачи энергии в трансформаторах используются магнитопроводы. В конструкции имеется одна первичная катушка, в то время как вторичных катушек бывает несколько, в зависимости от назначения каждого прибора.

После возникновения в первичной обмотке переменного тока, в магнитопроводе появляется магнитный поток, возбуждающий напряжение во вторичной обмотке. Основным параметром считается коэффициент трансформации, равный отношению напряжения в первичной обмотке, к напряжению во вторичной обмотке. Таким же образом соотносится число витков, имеющихся в первой и второй катушках.

С помощью этого коэффициента выполняется расчет параметров для конкретного трансформатора. Например, если в первичной обмотке имеется 2000 витков, а во вторичной – 100, коэффициент трансформации будет равен 20. Следовательно, при входном сетевом напряжении 240 В, выходное напряжение составит 12 В. Таким же способом определяется необходимое количество витков при заданных значениях входного и выходного напряжения.

Одним из типов таких устройств, широко применяемых на практике, являются измерительные трансформаторы напряжения. Они используются в оборудовании, потребляющем большие токи и высокие рабочие напряжения с целью проведения контрольных измерений. С помощью этих устройств, измеряемые величины снижаются до уровня, позволяющего выполнить необходимые замеры.

Какова мощность моего трансформатора без нагрузки? -…

Опубликовано 05 мая 2020 г.

ТРАНСКРИПТ

Итак, в прошлом мы реализовали несколько разных проектов с использованием этого трансформатора. И мы получили общий вопрос о том, почему иногда выход трансформатора не совсем то, что я ожидаю. И поэтому мы собираемся пройтись по этому очень быстро сегодня. И тому есть пара причин.

Итак, прежде всего, это установлено параллельно, так что мы должны получить номинальное выходное напряжение 12 вольт. Однако, если вы посмотрите сюда, вы увидите, что среднеквадратичное значение с использованием моего мультиметра составляет 13,5. И тогда среднеквадратичное значение с помощью моего осциллографа составляет 13,9. с выше ожидаемым средним значением около 400 милливольт, что объясняет, почему там есть небольшая разница. Однако важно отметить, что ни с одним из них я не получаю ожидаемых 12 вольт.

Итак, это происходит по двум основным причинам. Первое, пожалуй, самое очевидное. В таблице данных, если мы посмотрим на него, мы увидим, что он указан для подачи 115 вольт на вход и 12 вольт на выход. Итак, давайте воспользуемся нашим мультиметром и просто проверим первичную сторону этого трансформатора и, надеюсь, не ударим себя током в процессе.

Вы заметили, что это не 115, а 118,5, 118,8. Он как бы подпрыгивает. Так что это где-то между 115 и 120 вольт на входе. И поэтому, если у вас есть какая-то теория трансформатора, все дело в коэффициенте трансформации. Если у вас более высокий вход и такое же соотношение оборотов, у вас будет более высокий выход. Итак, это первая и самая очевидная причина, почему, но вы думаете, хорошо, это всего лишь пара вольт. Пара вольт на входе не должна давать такой большой разницы на выходе, если мы видим отношение входа к выходу примерно 1 к 10, и это касается второго момента. Итак, позвольте мне очень быстро закрепить это обратно… вниз… Наденьте их задом наперед… Я полностью ожидаю, что вы вырежете эту часть.

Теперь, когда он снова подключен, и мы снова смотрим на это, у нас все еще есть 13,5 и 13,8 вольт. В чем разница между тем, как это работает сейчас, и тем, как это будет использоваться в реальной жизни? Там нет нагрузки. Оба они являются источниками измерения очень высокого импеданса. Так что у вас не так много нагрузки. Я имею в виду, что они оба рассчитаны на минимально возможную нагрузку. При том, что это рассчитано на определенную нагрузку.

Итак, пока мы смотрим на это, мы снова можем перейти к техническому описанию. И это для VPS24-5400, вы ожидаете 12 вольт на выходе в параллельной конфигурации с 115 вольтами на входе, если у вас есть нагрузка 10,8 ампер. Поскольку он рассчитан на 130 вольт, это означает, что при полной нагрузке вы должны получить выходное напряжение 12 вольт. И это подводит нас к другому пункту в техническом описании, где говорится о регулировании напряжения, в котором говорится, что оно составляет 25% от полной нагрузки до холостого хода. Итак, вот где вы смотрите на это и говорите: «Хорошо, хотя сейчас у нас нет нагрузки, мы не ожидаем увидеть разницу более чем в 25% между тем, как между выходом сейчас и если бы у нас была эта полная нагрузка 10,8 А». .

Теперь, я думаю, мы испортились, потому что большинство наших ноутбуков, если вы посмотрите на блоки питания, говорят, что вы можете подать где-то между 100 и 240 вольт на выходе или на входе, и это даст ровно 14 вольт на выходе в ДК красиво. И если хотите, я имею в виду, что я знаю, что магнетизм человека триады делает такие вещи. Но вы не получите такого же регулирования напряжения, вы не получите такого выпрямления, вы не получите всю систему только с одним трансформатором. Поэтому, когда вы используете трансформер, у вас гораздо более реалистичные ожидания относительно того, что вы собираетесь получить.

Я думаю, что самое важное и самый важный ответ на этот вопрос заключается в том, что вы получите разницу в выходной мощности трансформатора, и единственный способ приблизиться к этому — взглянуть на техническое описание, посмотреть, какие там номиналы. , чего вы должны ожидать, а затем, если вы имеете дело с вашим трансформатором, и он не соответствует этим спецификациям, не соответствует тому, что указано в техническом описании, то это повод для беспокойства. Это как, ладно, что-то может быть не так с трансформатором. Но кроме этого, просто убедитесь, что вы точно знаете, чего ожидаете, знаете, какова ваша нагрузка, знаете, каков допустимый диапазон этой нагрузки, и все должно быть хорошо.

Надеюсь, это будет полезно. Надеюсь, это прояснит пару вопросов, которые люди задавали о трансформаторах и о том, почему вы получаете такой вариант на выходе. Если вам понравился этот урок, поставьте лайк, подпишитесь на наш канал, и мы увидим вас в следующем.

Трансформатор (2)

Автор:

Джош Бишоп

Интересуясь встраиваемыми системами, туризмом, кулинарией и чтением, Джош получил степень бакалавра электротехники в Университете штата Бойсе. Проработав несколько лет офицером CEC (Seabee) в ВМС США, Джош уволился и в конце концов начал работать над CircuitBread с кучей замечательных людей. В настоящее время Джош живет на юге Айдахо с женой и четырьмя детьми.

Часто задаваемые вопросы по EE

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

Что такое трансформатор постоянного напряжения

Превосходная защита от скачков напряжения и электрического шума:

Наилучшая защита электропитания обеспечивается специальным типом трансформатора, известным как трансформатор постоянного напряжения ( вариатор). Обеспечивая непревзойденную надежность и производительность кондиционирования, пики и электрические помехи нейтрализуются затуханием до 75 дБ.

Кроме того, входная (или первичная) и выходная (или вторичная) обмотки трансформатора физически разделены. Это разделение, известное как гальваническая развязка, гарантирует отсутствие прямой связи между источником питания и нагрузкой.

А Таким образом, CVT обеспечивает непреодолимый барьер для всплесков и высокочастотных электрических помех. Этот барьер также работает в обратном режиме, чтобы не допустить, чтобы «шумная» нагрузка загрязняла сам источник питания.

Как это работает?

Несмотря на простоту концепции, CVT очень сложно объяснить, поэтому некоторые эксперты по электронике называют его магией. Фактически цель состоит в том, чтобы поддерживать насыщение железного сердечника вторичной обмотки, что поддерживает постоянное напряжение на выходной обмотке.

Первичная обмотка должна быть ненасыщенной, чтобы предотвратить недопустимо высокие потери.

Этот эффект достигается двумя способами.

Во-первых, две магнитные цепи разделены, но взаимосвязаны, что позволяет передавать энергию от первичной к вторичной.

Во-вторых, во вторичной цепи преднамеренно введена индуктивность, и она соединена с резонансным конденсатором. Эта LC-цепь настроена на резонанс на желаемой частоте трансформатора.

Следствием этого является насыщение вторичной части трансформатора и постоянное выходное напряжение.

Превосходная защита от провалов, перенапряжений и провалов:

Провалы и скачки сетевого напряжения автоматически корректируются вариатор.

В случае экстремального перенапряжения, такого как локальный удар молнии, стабилизатор напряжения обеспечивает низкий импеданс по отношению к сети, чтобы защитить как себя, так и любые подключенные нагрузки.

Автоматическая генерация синусоидального сигнала:

с использованием технологии феррорезонансного трансформатора означает, что каждый кондиционер всегда будет генерировать чистый стабильный синусоидальный сигнал, даже если он питается от загрязненной сети или источника прямоугольной формы.

A = ВХОД

B = ВЫХОД

БЕЗ движущихся частей БЕЗ электроники ТОЛЬКО магнитная магия Вариатор — самый добрый способ привода импульсного блока питания. Всплески на входе уменьшаются, что продлевает срок службы, а время проводимости увеличивается. В дополнение CVT обеспечивает буферизацию гармоник и улучшенное удержание накопительного конденсатора для неизбежных микропрерываний питания, которые происходят при переключении защиты сети.

Трансформаторы постоянного напряжения не заботятся об окружающей среде

В отличие от некоторых чувствительных электронных стабилизаторов a вариатор работает в очень большой диапазон состояний. Стандартные агрегаты могут работать при постоянной температуре 40°С, при этом 50°С не является проблемой в течение коротких периодов времени, в то время как специальная конструкция может выдерживать 70°С. Вариаторы работают при минус 40°C, хотя выделяемое при их работе тепло приводит к тому, что трансформатор быстро становится теплым на ощупь.

Защита от перегрузки

CVT разработан для обеспечения перегрузки 150%, при перегрузке около 200% форма выходного сигнала схлопывается почти до 0 В, БЕЗ ВРЕДА ДЛЯ CVT, прямое короткое замыкание в течение длительного времени не является проблемой для CVT, как только короткое замыкание будет устранено, продолжит подачу полезной мощности.

Заставка осциллографа

Что-то даром: при наличии не менее 30 % нормального напряжения питания правильно выбранный CVT может обеспечить достаточную мощность для вашей критической нагрузки.

Изображение

Подавление синфазного шума

Подавление шума последовательного режима

Регулирование

Выход в пределах 5 % от нуля до полной нагрузки

Превосходная стабилизация выхода при низких нагрузках или высоких входных напряжениях 5% от нуля до полной нагрузки, если требуется более жесткое регулирование, можно найти компромисс. При 50% нагрузке регулировка составляет около 3%. Между нулевой и легкой нагрузкой (3%) происходит наибольшее падение мощности, поэтому постоянная легкая нагрузка еще больше улучшает регулирование. Событие полной или нулевой нагрузки может привести к мгновенному изменению на 8%, но CVT оседает за пару циклов.

Стабилизация

Выход остается в пределах 3 % при входном размахе 15 % при половинной нагрузке. 3 % мощности может быть достигнуто при входном размахе примерно 30 %

Выход в пределах 3 % при номинальном входном сигнале +/-15 % Еще более широкие входные колебания при нагрузках ниже номинальных

Норма вне спецификации

Суммарная стабильность и регулировка составляет 8%, опять же можно добиться улучшений, уменьшив нагрузку. Выход в пределах 8 % от нулевой до полной нагрузки и номинальный вход +/-20 %

Коэффициент мощности

Все устройства имеют коэффициент мощности для источника питания, который зависит от выходной нагрузки.

CVT будет управлять широким диапазоном нагрузок с коэффициентом мощности (+/-0,75)

Небольшие изменения выходного напряжения будут обнаружены по сравнению с настройкой с резистивной нагрузкой.

Изменения выхода в зависимости от частоты входа

Изменение частоты на 1 % приводит к изменению выходного напряжения на 1,5 %

Фазовый сдвиг

Небольшой фазовый сдвиг Вариатор изменяется в зависимости от нагрузки

Синусоидальный сигнал на любом входе, включая прямоугольный сигнал

Вот фактические формы сигналов осциллографа, демонстрирующие чудо регенерации синусоидального сигнала, выполняемого вариатором. Это приложение показывает входную прямоугольную волну с большим содержанием гармоник (THD около 30%), несколько пиков и другие проблемы. Выходной сигнал представляет собой идеальную синусоиду. Поскольку резонансный контур CVT восстанавливает форму волны, все входные сигналы могут быть поглощены и выведены в виде идеальной синусоидальной волны.

Вход

Выход

Крупный план формы волны

Трансформатор постоянного напряжения (CVT) как он работает?

Введение

Стабилизация переменного тока может быть достигнута с помощью простого магнитного устройства, не имеющего движущихся частей.

Это процесс получения постоянного напряжения переменного тока из переменного источника переменного напряжения, в котором используются реакторы насыщения. Последнее может быть заложено в специальном трансформаторном магнитном насыщении, создаваемом в части магнитопровода.

Устройство обмотки и конструкция одного из таких трансформаторов постоянного напряжения показаны на схеме:

Сердечник представляет собой трехплечевую оболочку с магнитным путем рассеяния, разделяющим пространство обмотки. В верхней части обмотки находится первичная и компенсационная обмотка, а в нижней части обмотки находится вторичная обмотка, к которой подключен конденсатор. Увеличение напряжения, подаваемого на первичную обмотку, вызывает увеличение потока в основной магнитной цепи, и вторичное напряжение увеличивается пропорционально этому напряжению. Увеличение потока приводит к увеличению реактивного сопротивления рассеяния вторичной обмотки, и оно приближается к значению, которое резонирует с подключенным к ней конденсатором. При достижении состояния резонанса вторичный ток быстро возрастает, насыщая нижние участки магнитопровода. Поток от первичной обмотки отклоняется через магнитный шунт, и дальнейшее увеличение напряжения первичной обмотки приводит к незначительному изменению ЭДС вторичной обмотки. Она нарастает очень медленно и компенсируется ЭДС, наведенной в компенсационной обмотке на верхней части сердечника, включенной последовательно против вторичной обмотки.

Таким образом, когда вторичная обмотка входит в резонанс, выходное напряжение вторичной и компенсационной обмоток остается постоянным, и именно в этих условиях используется трансформатор.

Преимущество этой формы стабилизации заключается в том, что ее можно применять к источникам нагревателя в дополнение к любым источникам ВТ, получаемым от нее. Однако из-за несинусоидальной формы сигнала показания, снятые с помощью обычных счетчиков выпрямительного типа, могут быть ошибочными.

Компенсационная обмотка создает небольшое напряжение, которое используется для «понижения» выходного напряжения.

Для получения синусоидальной формы волны добавляется дополнительная обмотка, которая соединяется через магнитный зазор. Эта дополнительная «нейтрализующая» обмотка может быть организована так, чтобы обеспечить подходящее количество 3-й и 5-й гармоник, которые при суммировании с выходной «прямоугольной» волной, приведенной выше, дают синусоиду.

Также показана эквивалентная схема первого члена:

Трансформатор постоянного напряжения (CVT) обеспечивает защиту от молнии

Введение

При ударе молнии рассеивается огромное количество энергии. Если удар каким-то образом прямой или почти прямой, то большинство попавших веществ испарятся локально. Электрораспределительные системы имеют специальные изолирующие устройства, ограничивающие воздействие ударов молнии на воздушные провода. Однако в воздушных линиях могут возникать серьезные переходные процессы, которые могут вывести из строя чувствительную электронику, если «шип» полностью проникнет в оборудование.

Молния

Типичный удар молнии создает форму волны с передним фронтом около 1,2 мкс, а через 50 мкс напряжение падает до половины своего пикового значения. Доступно специальное испытательное оборудование, которое генерирует сигнал 8/20 мкСм, который представляет собой эффект молнии, если напряжение составляет 6 кВ, а импеданс источника менее 2 Ом. Еще один популярный тест основан на форме 10/350, которая используется в телекоммуникационных приложениях.

Обычно не принимается во внимание тот факт, что офисная и домашняя электропроводка обычно «перегорает» при напряжении около 6 кВ, что ограничивает ожидаемое напряжение от местных ударов молнии.

Типичный «удар» может вызвать силу тока около 200 000 ампер, что при воздействии на заземленный проводник вызовет значительное повышение локального потенциала земли. Этот эффект может привести к тому, что довольно большое количество энергии будет передаваться по местной заземляющей проводке. Этой проблеме необходимо уделить особое внимание. Видеть Проводка ИКТ и соображения.

Пуленепробиваемая защита

Advance Бесступенчатые вариаторы, специально разработанные для защиты компьютеров, обеспечивают один из самых эффективных барьеров против повреждения молнией. CVT имеет магнитную цепь, которая становится очень низкоимпедансной при подаче высокого напряжения.

Если блок правильно установлен с защитным предохранителем или автоматическим выключателем, то Бесступенчатая трансмиссия перегорает предохранитель/прерыватель до того, как разрушающая энергия попадет в защищаемое электронное оборудование.

Это означает, что компьютер или другое оборудование может быть непреднамеренно выключено, но оно будет защищено от результирующей распределенной энергии удара молнии. Такие всплески энергии относительно распространены.

Единственным действием, которое требуется от пользователя, является замена предохранителя или сброс автоматического выключателя и продолжение использования оборудования.

Если удар имеет достаточную энергию, чтобы повредить входящую распределительную проводку из-за прямого удара, то может произойти что угодно.

Часто задаваемые вопросы

Что такое трансформатор постоянного напряжения (CVT) — введение в идеальную синусоиду Шумоподавление Использование CVT вне спецификации Какой предохранитель? Предохранители и пусковые перенапряжения

Указания по применению

Идеальная защита от переходных процессов для бытового применения Комбинирование различных типов стабилизаторов напряжения Силовая защита в странах третьего мира Платформенные весы — меморандум о взвешивании для специального применения Лабораторные источники питания Стабилизаторы напряжения устраняют проблемы с цифровыми камерами Кондиционеры питания с холодильными типами Устранение проблем с цифровой фотографией Морские источники питания — фиксация гармоник

Трансформеры | Физика | | Герой курса

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объяснить, как работает трансформатор.
Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. 1), который преобразует переменное напряжение 120 или 240 В в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, например, как показано на рис. 2. Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества энергии требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более привычным по мере распространения электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Рис. 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте (см. рис. 3), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной и вторичными катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение В _с почти полностью зависит от входного напряжения В _р и соотношение количества витков в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение В _с равным

Vs=−NsΔΦΔt{V}_{\text{s}}=-{N}_{\text{s} }\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\Vs=-NsΔtΔΦ

, где N _s — число витков вторичной обмотки, а Δ Φ / Δ t — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ( В _с = ЭДС _с ), при условии, что сопротивление катушки мало (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому Δ Φ / Δ t одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение В _p также связано с изменением потока на

Vp=−NpΔΦΔt{V}_{p}=-{N}_{\text{p}}\frac{\Delta\Phi }{\Delta t}\\Vp=−NpΔtΔΦ

. Причина этого немного более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная обмотка сопротивляется изменению потока, вызванному входным напряжением V _p , отсюда и знак минус (это пример самоиндукции , эта тема будет подробно рассмотрена в последующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

VsVp=NsNp\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{ {N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\VpVs=NpNs

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению числа витков в его катушках. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор повышает напряжение, тогда как понижающий трансформатор понижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Equating the power input and output,

P _p = I _p V _p = I _s V _s = P _s .

Перестановка терминов дает

VsVp = IpIs \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} { {I}_{\text{s}}}\\VpVs=IsIp

. В сочетании с

VsVp = NsNp \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s} }}{{N}_{\text{p}}}\\VpVs=NpNs

, мы находим, что

IsIp=NpNs\frac{{I}_{\text{ s}}}{{I}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\Ip Is=NsNp

представляет собой отношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (а)

Решаем

VsVp=NsNp\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s}} }{{N}_{\text{p}}}\\VpVs=NpNs 9{4}\end{массив}\\Ns==NpVpVs(50)120 V100 000 V=4,17×104

Обсуждение для (а)

Для получения такого большого напряжения требуется большое количество витков во вторичной обмотке (по сравнению с первичной). Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b)

Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив

9{4}}=12,0\text{ мА}\end{массив}\\Is==IpNsNp(10,00 A)4,17×10450=12,0 мA

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь равна P _p = I _p В _р = (10,00 А)(120 В) = 1,20 кВт. Это равно выходной мощности P _p = I _с В _с = (12,0 мА)(100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, ясно показывает, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное изображенному на рис. 4. На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо повысить или понизить напряжение.

Рис. 4. Трансформаторы не работают при чистом входном напряжении постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

Пример 2.

Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (общая ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выходное напряжение 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (а)

Вы ожидаете, что у вторичного будет небольшое количество циклов. Решение

VsVp=NsNp\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{\text{s}}} {{N}_{\text{p}}}\\VpVs=NpNs

для

Ns{N}_{\text{s}}\\Ns

для N _s и ввод известных значений дает

Ns=NpVsVp=(200)15,0 V120 V=25\begin{array}{lll}{N}_{\text{s}}& =& {N} _{\text{p}}\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}\\ & =& \left(\text{200}\ справа)\frac{15. 0 \text{ V}}{120 \text{ V}}=25\end{массив}\\Ns==NpVpVs(200)120 V15.0 V =25

Стратегия и решение для (b)

Текущие входные данные можно получить, решив

IsIp=NpNs\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_{\text{p}}}=\frac{{N}_{ \text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\IpIs=NsNp

для I _p и ввод известных значений. Это дает

Ip=IsNsNp=(16,0 A)25200=2,00 A\begin{array}{lll}{I}_{\text{p}}& =& {I}_{\text{s}}\ frac{{N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\ & =& \left(16.0\text{A}\right)\frac{25}{ 200}=2.00\text{ A}\end{массив}\\Ip==IsNpNs(16.0 A)20025=2.00 A

Обсуждение

Количество витков во вторичной обмотке невелико, как и положено для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз отметим, что это решение основано на предположении о 100%-ной эффективности, т. е. выходная мощность равна входной мощности ( P _p = P _s ) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

Трансформаторы имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в книге «Электробезопасность: системы и устройства».

PhET Исследования: Генератор

Вырабатывайте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением
VsVp=NsNp\frac{{V}_{\text{s}}}{{V}_{\text{p}}}=\ frac{{N}_{\text{s}}}{{N}_{\text{p}}}\\VpVs=NpNs
,
где V _p и V _s напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих N _p и N _{s виток 90,255.}
Токи I _p и I _s в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением
IsIp=NpNs\frac{{I}_{\text{s}}}{{I}_{\text{p}}}=\frac{{ N}_{\text{p}}}{{N}_{\text{s}}}\\IpIs=NsNp
.
Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, что вызывает физические вибрации в трансформаторах, частота которых в два раза превышает частоту переменного тока.

Задачи и упражнения

1. Подключаемый трансформатор, как на рис. 4, подает напряжение 9,00 В на игровую систему. а) Сколько витков во вторичной обмотке, если входное напряжение 120 В, а в первичной обмотке 400 витков? (б) Каков его входной ток, когда его выходной ток равен 1,30 А?

2. Американка, путешествующая по Новой Зеландии, носит с собой трансформатор для преобразования стандартного новозеландского напряжения 240 В в 120 В, чтобы в поездке она могла пользоваться небольшими бытовыми приборами. а) Каково соотношение витков в первичной и вторичной обмотках ее трансформатора? б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландка, путешествующая по Соединенным Штатам, могла использовать этот же трансформатор для питания своих приборов на 240 В от 120 В?

3. В кассетном магнитофоне используется съемный трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. а) Каков текущий вход? б) Какова потребляемая мощность? (c) Разумно ли такое количество энергии для небольшого электроприбора?

4. (а) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарика, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная — 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток необходим для получения выходного тока 4,00 А? в) Какова потребляемая мощность?

5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим, что эффективность 100%. (b) Если фактический КПД меньше 100%, должен ли входной ток быть больше или меньше? Объяснять.

6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, из которых может сниматься напряжение, что дает выходное напряжение 5,60, 12,0 и 480 В. (а) Входное напряжение составляет 240 В для первичной обмотки из 280 витков. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ. Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение в 335 кВ. Вторичная часть этого трансформатора заменяется, чтобы его мощность могла составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности по модернизированным линиям электропередачи. а) Каково соотношение витков в новой вторичной обмотке по сравнению со старой вторичной обмоткой? (б) Каково отношение новой мощности по току к старой мощности (на 335 кВ) для той же мощности? (c) Если модернизированные линии электропередачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новой линии к потерям мощности в старой?

8. Если выходная мощность в предыдущей задаче равна 1000 МВт, а сопротивление линии равно 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?

9. Необоснованные результаты Электричество переменного тока напряжением 335 кВ от линии электропередачи подается на первичную обмотку трансформатора. Отношение числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно N _с / N _p = 1000. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?

10. Создайте свою собственную задачу Рассмотрим двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух ступеней. Первый — это трансформатор, который выдает гораздо большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение конечного каскада на основе входного напряжения первого каскада и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки). Также рассчитайте максимальный выходной ток конечной ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

Глоссарий

трансформатор:: устройство, которое преобразует напряжение из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора:

повышающий трансформатор:: трансформатор, повышающий напряжение

понижающий трансформатор:: трансформатор, понижающий напряжение

Отдельные решения задач и упражнений

1. (а) 30,0 (б) 9,75 × 10 ⁻² А 3. (a) 20,0 мА (b) 2,40 Вт (c) Да, такая мощность вполне приемлема для небольшого прибора.

5. (a) 0,063 А (b) Требуется больший входной ток.

7. (а) 2,2 (б) 0,45 (в) 0,20 или 20,0%

9. (a) 335 МВ (b) слишком высокое, намного превышающее напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях (c) входное напряжение слишком высокое

Лицензии и ссылки

Лицензионный контент CC, совместно используемый ранее

College Physics. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/college-physics/pages/1-introduction-to-science-and-the-realm-of-physics-physical-quantities-and-units. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Лицензия
Интерактивное моделирование PhET . Предоставлено : Университет Колорадо в Боулдере. Расположен по адресу : https://phet. colorado.edu/. Лицензия : CC BY: Attribution

Будет ли управляющий трансформатор регулировать выходное напряжение?

Трансформаторы управления не регулируют напряжение. Поскольку изменения напряжения являются функцией коэффициента трансформации трансформатора, изменения входного напряжения будут пропорционально отражаться на выходе.

Micron имеет команду экспертов по применению с более чем 30-летним опытом, помогая клиентам с вопросами по трансформаторам и другим электроэнергетическим продуктам. Просмотрите часто задаваемые вопросы или свяжитесь с Micron для получения технической помощи.

Что такое разделительный трансформатор?

Изолирующий трансформатор, также называемый изолирующим трансформатором, представляет собой трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки разделены, в отличие от автотрансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки имеют общую обмотку.

Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой пассивное электрическое устройство, предназначенное для преобразования одного напряжения в другое за счет магнитной индукции.

Что такое управляющий трансформатор?

Трансформатор управления представляет собой изолирующий трансформатор, предназначенный для обеспечения высокой степени стабильности вторичного напряжения (регулирование) в условиях кратковременной перегрузки, обычно называемой броском тока. Управляющие трансформаторы также называются промышленными управляющими трансформаторами, станочными трансформаторами или управляющими силовыми трансформаторами (CPT).

Зачем нужен управляющий трансформатор?

Трансформатор управления необходим для подачи напряжения на нагрузку, которая требует значительно большего тока при первоначальном включении, чем при нормальных установившихся рабочих условиях. Управляющий трансформатор предназначен для обеспечения стабильности вторичного напряжения при кратковременной специфической перегрузке, называемой броском тока.

Можно ли использовать однофазный трансформатор с трехфазным источником?

Однофазный трансформатор можно использовать с трехфазным источником, подключив первичные выводы к любым двум проводам трехфазной системы. Трансформатор будет однофазным.

Можно ли использовать трансформатор на более высоких частотах?

Трансформатор, предназначенный для работы на частоте 50/60 Гц, может использоваться на частотах до 400 Гц. Однако при частоте 400 Гц пусковая способность будет снижена.

Что такое регулирование?

Регулирование – это изменение выходного напряжения при снижении нагрузки от номинального значения (полная нагрузка) до нуля (без нагрузки) при неизменном входном напряжении.

Можно ли использовать трансформаторы при температуре окружающей среды, отличной от 40°C?

Трансформаторы могут использоваться при температуре окружающей среды ниже 40°C при полной паспортной мощности. Для температуры окружающей среды выше 40°C их номинальные характеристики должны быть снижены следующим образом:

Как высота влияет на трансформатор?

Трансформатор может использоваться с полной паспортной мощностью до 3300 футов (1000 метров). Выше этой высоты номинальная мощность трансформатора должна снижаться на 0,3% на каждые 300 футов подъема выше 3300 футов.

Как нагрузка влияет на трансформатор?

Трансформатор управления предназначен для обеспечения номинального выходного напряжения при полной мощности ВА. При уменьшении нагрузки выходное напряжение будет расти. И наоборот, увеличение нагрузки приведет к снижению выходного напряжения. Как правило, чем меньше размер ВА устройства, тем больше разница между напряжением холостого хода и полной нагрузкой.

Что такое температурный класс?

Температурный класс — это класс изоляции трансформатора. Он определяется путем сложения температуры окружающей среды, повышения температуры и температуры самой горячей точки. Классификация стандартных систем изоляции согласно UL506 следующая:

Что такое повышение температуры?

Превышение температуры – это разница между средней температурой обмоток трансформатора и температурой окружающей среды.

Что такое горячая точка?

Горячая точка — это допуск, выбранный для аппроксимации разницы между самой высокой температурой внутри катушки трансформатора и средней температурой катушки трансформатора.

Одна система утепления лучше другой?

Одна система изоляции не обязательно лучше другой. Каждый из них, как правило, обеспечивает сопоставимую продолжительность жизни. Выбор системы изоляции зависит от области применения, производительности и стоимости.

Можно ли обратно подключить управляющий трансформатор?

Управляющий трансформатор может быть подключен наоборот. Однако выходное напряжение будет меньше паспортного из-за коэффициента компенсации обмоток.

Ограничивают ли управляющие трансформаторы ток?

Управляющий трансформатор не ограничивает ток и пропускает столько тока, сколько требуется нагрузке. Таким образом, следует использовать вторичное устройство максимального тока.

Будет ли управляющий трансформатор регулировать выходное напряжение?

Что такое рабочий цикл?

Рабочий цикл — это период и продолжительность, когда трансформатор находится под нагрузкой. Трансформатор предназначен для непрерывной работы при полной нагрузке без превышения температурных пределов. Трансформаторы также могут эксплуатироваться в краткосрочном режиме. В зависимости от времени и цикла максимальной нагрузки размер ВА трансформатора может быть меньше, чем для непрерывного режима работы.

Каков эффект инкапсуляции в управляющих трансформаторах?

Герметизация катушек управляющего трансформатора поможет защитить устройство от влаги, пыли, грязи и промышленных загрязнений. Инкапсуляция помогает обеспечить максимальную защиту в агрессивных средах, позволяя устройству работать при более низкой температуре, чем устройство без герметизации.

Какое влияние оказывает управляющий трансформатор на электрические помехи в линии?

Поскольку управляющий трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, он обеспечивает некоторую степень «очистки» от электрических помех, пиков, скачков напряжения и переходных процессов. Однако он не обеспечит такой же степени кондиционирования мощности, как в продуктах, предназначенных для этой цели.

Исследование фактора, влияющего на выходное напряжение трансформатора. — Наука уровня A

Выдержки из этого документа…

GCSE Курсовая работа по физике

План

Введение

Я буду исследовать фактор, влияющий на выходное напряжение трансформатора.

Для этого я буду измерять диапазон напряжений, индуцируемых во вторичной обмотке трансформатора при изменении одного фактора. Чтобы сделать это как можно точнее и получить честный тест, я удостоверюсь, что все другие переменные факторы на практике остаются постоянными.

Базовая теория

Трансформаторы используются в промышленности для повышения низкого напряжения, производимого при производстве электроэнергии (25 кВ), до более высокого напряжения для передачи по кабелям электросети (250 кВ), а затем для снижения этого напряжения для использования в бытовых целях. электроприборы (230 В).

Трансформатор — устройство для изменения напряжения переменного тока сигналов и источников питания. Две катушки намотаны на железный сердечник, предпочтительно ламинированный, чтобы уменьшить потери энергии на вихревые токи. Железо является магнитомягким металлом, что позволяет ему легко намагничиваться и размагничиваться (то есть оно не сохраняет постоянное магнитное поле). Трансформаторы используют эффект электромагнитной индукции. Переменное напряжение в первичной обмотке создает переменный ток, что приводит к возникновению переменного магнитного поля в первичной обмотке. Силовые линии магнитного поля движутся вперед и назад и пересекаются вторичными катушками, индуцируя в них напряжение; таким образом, во вторичной обмотке течет ток.

В повышающем трансформаторе витков вторичной обмотки больше, чем первичной; во вторичной обмотке напряжение больше, чем в первичной (т. е. большее вторичное напряжение).

В понижающем трансформаторе первичная обмотка имеет больше витков, чем вторичная, поэтому напряжение во вторичной обмотке меньше, чем в первичной (т. е. меньшее вторичное напряжение).

Переменные

2.33

0.36

3.20

0.42

3.75

0.48

4.42

0.49

4.90

0.52

5.50

0.53

5.90

0.54

6.10

0.54

6,34

0,55

6,70

0,54 9 0;

Каждая катушка длиной 1,5 м и 50 витков

Диапазон расстояний между катушками

Показания для номинального напряжения 1–20 В

Условия для реального эксперимента;

Каждая катушка длиной 3 м и 100 витков

Катушки на расстоянии 0 см друг от друга

Показания для номинального напряжения 1-12 В

Предсказание

Я предсказываю, что по мере увеличения первичного напряжения будет увеличиваться и вторичное напряжение, и что первичное и вторичное напряжения должны быть прямо пропорциональны.

Это связано с тем, что при увеличении первичного напряжения увеличивается и переменный ток в первичной обмотке. Это приводит к тому, что линии магнитного поля чаще меняют направление и, таким образом, больше раз перерезаются за заданный период времени витками вторичной катушки, увеличивая напряжение, индуцированное посредством электромагнитной индукции, за заданное время. Таким образом, увеличение первичного напряжения увеличивает вторичное напряжение.

Но я могу быть еще более конкретным. Так как у меня будет одинаковое число витков на первичной и вторичной обмотках, и они будут выполнены одним и тем же проводом (т.е. будут иметь одинаковое сопротивление), то в этих условиях первичное напряжение всегда должно равняться вторичному напряжению (в условиях КПД трансформатора 100 %). Однако из-за моих предварительных результатов я знаю, что это не так; вторичное напряжение меньше первичного напряжения в эксперименте, который я предприму, из-за потерь мощности, причины которых я буду обсуждать в своей оценке и анализе.

Results

V1=Primary Voltage

V2=Secondary Voltage

Nominal Voltage (V)		V1 (V)			V2 (V)		Mean V1 (V)	Mean V2 (V)	Difference between V1 and V2 (V)
1	0.58	0.58	0.59	0.13	0.13	0. 13	0.58	0.13	0.45
2	1.43	1.43	1.41	0.32	0.33	0.32	1.42	0.32	1.10
3	1.96	1.95	1.97	0.42	0. 41	0.42	1.95	0.42	1.53
4	2.83	2.82	2.83	0.52	0.51	0.51	2.83	0.51	2.32
5	3.16	3.09	3,22	0,54	0,54	0,54	3,1699 9000 9	3,165 9000 9999595	9000 2,165 99999	. 5	0.54	2.62
6	3.96	3.97	3.99	0.60	0.60	0.60	3.97	0.60	3.37
7	4.29	4.32	4.38	0.62	0.61	0.61	4. 33	0.61	3.72
8	5.18	5.13	5.17	0.64	0.65	0.64	5.16	0.64	4.52
9	5.35	5.42	5.46	0.65	0.65	0. 65	5.41	0.65	4.76
10	5.90	5.86	5.94	0.67	0.66	0.66	5.90	0.66	5.24
11	6.09	6.23	6.21	0,67	0,67	0,67	6,18		6,18		6,18 92	6,18 2	6,18 9000 9000	,0005	5. 51
12	6.44	6.62	6.48	0.67	0.67	0.67	6.51	0,67	5,84

Условия в день эксперимента;

Каждая катушка длиной 2 м и 70 витков

Катушки на расстоянии 0 см друг от друга

Показания для номинального напряжения 1-12 В

Как я и предсказывал, источник питания отключился очень быстро, приблизившись к верхней границе моего диапазона номинального напряжения; особенно начиная с 9В и далее. Поэтому, хотя мои результаты вряд ли будут точными, я считаю их надежными, поскольку я считываю каждое напряжение после включения источника питания в течение трех секунд.

Пригодность

Я считаю, что некоторые аспекты моей процедуры подходили для получения хороших результатов, а другие нет.

Анализ

Как видно из моей таблицы результатов, увеличение первичного напряжения приводит к увеличению вторичного напряжения. Таким образом, мои результаты подтверждают мой прогноз.

Я нанес эти результаты на график, чтобы можно было более четко увидеть эту взаимосвязь. Затем я построил линии, чтобы увидеть, прямо пропорционально ли вторичное напряжение первичному, как я и предсказывал.

Первичное напряжение (В)	Вторичное напряжение (В)
0.50	0.11
1.00	0.22
2. 00	0.43
4.00	0.6

0.75	0.16
1.50	0.33
3.00	0.53
6.00	0.67

Я описал причины, по которым я не считаю свои результаты точными, в разделе «Анализ». Глядя на мой график результатов, можно увидеть, что V1, безусловно, не всегда прямо пропорционален V2, поскольку график кривой, а не прямой. Тем не менее, я считаю, что мои результаты надежны благодаря плавному тренду, полученному их средними значениями, и поскольку не было обнаружено никаких аномалий. Кроме того, диапазоны, в которых лежат реплики с одним и тем же номинальным напряжением, очень малы. Это показано в таблице ниже:

.0002 0.60

Nominal Voltage (V)		V1 (V)		Range between V1 s (V)		V2 (V)		Range between V2 s (V)
1	0.58	0.58	0.59	0. 01	0.13	0.13	0.13	0.00
2	1.43	1.43	1.41	0.02	0.32	0.33	0.32	0.01
3	1.96	1.95	1.97	0.02	0. 42	0.41	0.42	0.01
4	2.83	2.82	2.83	0.01	0.52	0.51	0.51	0.01
5	3.16	3.09	3.22	0.13	0.54	0. 54	0.54	0.00
6	3,96	3,97	3,99	0,03	0,60	0,60 9000 95	0,60 9000 9000	0,60 9000 9000	0,60 9000 9000	9000 999	0.00
7	4.29	4.32	4. 38	0.09	0.62	0.61	0.61	0.01
8	5.18	5.13	5.17	0.05	0.64	0.65	0.64	0.01
9	5.35	5.42	5.46	0. 11	0.65	0.65	0.65	0.00
10	5.90	5.86	5.94	0.08	0.67	0.66	0.66	0.01
11	6.09	6.23	6.21	0.14	0. 67	0.67	0.67	0.00
12	6.44	6.62	6.48	0.18	0.67	0.67	0.67	0,00

Хотя этот метод дал надежные результаты, я верю, что можно было бы повысить их точность. Ранее в Оценке я указывал, какие улучшения можно было бы сделать.

Я думаю, что у меня достаточно доказательств, чтобы сделать вывод, однако проведение большего количества повторений и выполнение экспериментальной процедуры для большего количества номинальных напряжений (например, каждые 0,5 В) повысит надежность моих результатов и их точность. линия наилучшего соответствия графика. Я хотел бы провести эксперимент для номинальных напряжений более 10 В, чтобы выяснить, действительно ли график выравнивается, как показывают мои результаты. Чем больше данных я соберу, тем больше я буду верить в любые сделанные выводы.

Для дальнейшего изучения факторов, влияющих на выходное напряжение трансформатора, я хотел бы провести эксперимент, изменяя количество витков на первичной обмотке, количество витков на вторичной обмотке, отношение N1 к N2, размер железного сердечника, металл, используемый для проволоки катушки, и зазор между первичной и вторичной обмотками. Обладая этой информацией, я смогу лучше понять, как работает трансформатор и как на него влияют различные переменные факторы. В целом, я думаю, что эксперимент удался.

Эта письменная работа студента — одна из многих, которые можно найти в разделе «Поля и силы» для AS и A Level.

Нашли то, что искали?

Как проверить трансформатор с помощью мультиметра

Содержание

Знаете ли вы как проверить трансформатор с помощью мультиметра ? Если нет, не волнуйтесь, этот пост в блоге проведет вас через процесс шаг за шагом! Тестирование трансформатора является важной частью поддержания работоспособности ваших устройств.

Без исправно работающих трансформаторов ваша электроника может выйти из строя. Вот почему важно знать, как их тестировать и выявлять любые проблемы на ранней стадии.

Здесь вы можете найти больше учебники по мультиметрам .

Что такое трансформатор и как он работает?

Трансформаторы представляют собой электрические устройства, которые изменяют напряжение сигнала переменного тока (AC). Они делают это путем преобразования мощности переменного тока в высоковольтные или низковольтные сигналы. Это важно, поскольку позволяет безопасно передавать электроэнергию на большие расстояния. Трансформатор также можно использовать для повышающий или понижающий напряжение сигнала переменного тока до того, как он попадет в здание.

Трансформаторы бывают разных размеров и форм, но принцип их работы всегда одинаков: создание магнитного поля вокруг двух катушек провода, называемых обмотками. Одна обмотка подключается непосредственно к источнику переменного тока (например, к линии электропередач), а другая обмотка подключается к электрической нагрузке (например, к лампочкам).

Когда ток протекает через одну катушку, он создает магнитное поле вокруг обеих катушек. Пока между этими двумя обмотками нет промежутков, они всегда будут иметь противоположную полярность, т. Е. Одна будет обращена севером вверх, а другая — югом вверх.

Это то, что создает переменный ток в трансформаторе. Изменяя величину тока, протекающего через каждую обмотку, вы можете изменить величину напряжения, выдаваемого трансформатором.

Первичная и вторичная обмотки

Первичная и вторичная обмотки трансформатора представляют собой две катушки провода , которые создают переменный ток.

Первичная обмотка — это катушка, подключенная к линии электропередачи, а вторичная — катушка, подключенная к электрической нагрузке. Изменяя величину тока, протекающего через каждую обмотку, вы можете изменить величину напряжения, выдаваемого трансформатором.

Как проверить трансформатор цифровым мультиметром?

Теперь, когда вы знаете, как работают трансформаторы, давайте посмотрим, как их можно проверить с помощью цифрового мультиметра.

Для этого сначала настройте измеритель на считывание напряжения переменного тока (не постоянного). Затем подключите черный провод от вашего измерителя к одной из выходных клемм трансформатора и используйте зажим типа «крокодил» или другое подобное устройство, чтобы надежно соединить его.

Затем соедините оба щупа и настройте мультиметр на измерение сопротивления (Ом). Вы должны получить показания 0 Ом.

Теперь прикоснитесь красным щупом к одной из входных клемм и снимите показания. Вы должны получить показания либо 120 вольт, либо 240 вольт, в зависимости от того, как подключен ваш трансформатор. Если вы не получаете показания, возможно, проблема связана с подключением вашего трансформатора.

Если все пойдет хорошо, вы увидите, что номинальный импеданс трансформатора составляет от 0 до 100 Ом (в зависимости от того, какой ток он рассчитан на передачу).

Если ваш счетчик вообще ничего не показывает, возможно, что-то еще не так, например, обрыв провода внутри трансформатора или обрыв цепи на одной из его выходных клемм.

Выявление проблем с трансформатором

Итак, как узнать, есть ли проблема с вашим трансформатором? Есть несколько способов определить это, и все зависит от того, сколько времени у вас есть для их тестирования.

Например, если не работает только одна сторона трансформатора, вы можете услышать жужжание, когда соприкоснетесь щупами. Это связано с тем, что через трансформатор не протекает ток, и он пытается работать против самого себя (вроде того, как бьется ваше сердце, когда вы задерживаете дыхание).

Вы также можете проверить непрерывность, проверив, существует ли путь, по которому электричество может течь от одной точки контакта к другой. Если нет никакого пути для тока, это означает, что что-то произошло внутри вашего трансформатора и требует ремонта!

Лучший способ определить проблемы в трансформаторах — использовать цифровой мультиметр.