Повышающие и понижающие трансформаторы: Какой трансформатор называется повышающим а какой понижающим?

Содержание

Какой трансформатор называется повышающим а какой понижающим?

Существует много разных электрических  устройств. Рассмотрим одно из основных и распространенных дошедших до наших дней и не потерявшей своей актуальности – трансформатор. Это устройство служит для повышения или уменьшения напряжения в электрических цепях, частоты и числа фаз переменного электрического тока. По изменению напряжения тока они делятся на понижающие  и повышающие значение напряжения сети.

  Какой трансформатор называется повышающим а какой понижающим?

Понижающий  трансформатор уменьшает напряжение тока в электрической цепи. Технически - это реализуется за счет разности напряжений между первичной обмотки устройства и вторичной.

 Какой трансформатор называется повышающим? Повышающий трансформатор повышает значение напряжения электрического тока. На первичной обмотке оно ниже, а на вторичной выше. Тем самым на выходе прибора напряжение выше и за счет определенного числа витков обмотки и сечения имеет нужное значение.

Автотрансформаторы

Наряду с обычными трансформаторами часто в быту и промышленности применяются автотрансформаторы. Отличие от обычных состоит в том, что первичную и вторичную обмотку связывает не только магнитное поле, но и электрическая связь. Мощность в этом устройстве передается не только за счет магнитного поля, но и за счет электрической связи. Какой трансформатор называют повышающим и какой понижающим в автотрансформаторах?  Принципы заложены те же. Какой трансформатор повышающий, а какой понижающий можно определить по соответствующей маркировке. Есть и универсальные устройства, которые выполняют обе функции на понижение и на повышение. Автотрансформаторы широко применяются в цепях  большой мощности и высокого напряжения и, а также регулируют напряжение  в устройствах небольшой мощности.

Как подобрать трансформатор

Чтобы грамотно выбрать  трансформатор необходимо вначале ознакомится с характеристиками приборов  сети, для которой вы будите покупать трансформатор. Узнать их потребляемую мощность и напряжение.

Далее узнать входное напряжение сети. Зная эти значения можно начать подбирать  устройство. Определим, вначале, нам необходим повышающий или понижающий трансформатор.  Какой трансформатор называют повышающим? Такой, у которого напряжение на входе меньше чем на выходе. Если приборы у нас потребляют напряжение больше, чем на входе сети, то выберем повышающий. Если нет – понижающий.

Смотрим на сумму значений мощности потребляемых приборов. Подбираем трансформатор с выходным параметром соответствующим этой мощности, добавив 20% и напряжению этих приборов. 

Входное напряжение устройства должно соответствовать напряжению сети.

Трансформатор ставим в безопасное место и обязательно заземляем.

Часто покупатели затрудняются в выборе трансформатора. В сложностях подсчета мощности потребляемых приборов. Какой трансформатор является повышающим , какой понижающим. Что выбрать и так далее. Проще обратиться к нашему специалисту и он все сделает. Рассчитает и подберет универсальный автотрансформатор на все случаи, когда будет необходимо добавить какой либо новый потребляющий прибор.

2. Повышающие и понижающие трансформаторы | 9. Трансформаторы | Часть2

2. Повышающие и понижающие трансформаторы

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

 

transformer   
v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12       
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 10000    
l2 3 5 100      
k l1 l2 0.999   
vi1 3 4 ac 0    
rload 4 5 1k    
. ac lin 1 60 60 
.print ac v(2,0) i(v1)  
.print ac v(3,5) i(vi1) 
.end    
freq          v(2)        i(v1)       
6.000E+01     1.000E+01   9.975E-05    Primary winding

freq          v(3,5)      i(vi1)      
6.000E+01     9.962E-01   9.962E-04    Secondary winding

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

 

Трансформатор - это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока.  На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется

повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

 

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку - к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по "противоположному" назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение "Н" для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение "X" для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «h2», «h3», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в "противоположных направлениях" (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

 

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

 

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

 

 

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

 

 

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

 

 

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

 

 

Обзор:

  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.

  • Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.

Повышающий и понижающий трансформатор

В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону. Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов. Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.

Функции и работа трансформаторов

В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.

С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.

Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница

Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.

На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.

Как определить принадлежность той или иной обмотки

Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».

Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.

Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.

Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.

С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений. Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.

Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.

Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями. Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы. Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.

Особенности повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях. Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП. В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.

Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:

  • Вначале на электростанции производится электрический ток напряжением 12 киловольт (кВ).
  • Далее по ЛЭП оно поступает на повышающую подстанцию и попадает в повышающий трансформатор, преобразующий это напряжение до 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже по ней приходит на понижающую подстанцию, где его напряжение вновь становится 12 кВ.
  • На последнем этапе ток оказывается в низковольтной линии, в конце которой установлен еще один трансформатор понижающего действия. Здесь напряжение окончательно принимает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.

Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.

Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.

В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому им требуется использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла относятся к пожароопасным веществам, поэтому такие системы оборудуются дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в эксплуатации, но стоят значительно дороже.

Повышающие и понижающие трансформаторы - трансформеры

Поэтапные и понижающие трансформаторы

Глава 9 - Трансформаторы

До сих пор мы наблюдали моделирование трансформаторов, где первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обеих цепях. Однако равенство напряжения и тока между первичной и вторичной сторонами трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток не равны, происходит что-то интересное:

 трансформатор v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 10000 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 1k .ac lin 1 60 60 .print ac v (2, 0) i (v1) .print ac v (3, 5) i (vi1) .end 
 Частота v (2) i (v1) 6.000E + 01 1.000E + 01 9.975E-05 Частота первичной обмотки v (3, 5) i (vi1) 6.000E + 01 9.962E-01 9.962E-04 Вторичная обмотка 

Обратите внимание, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше, чем первичное напряжение (0, 9962 вольт по сравнению с 10 вольтами), а вторичный ток примерно в десять раз больше (0, 9962 мА по сравнению с 0, 09975 мА). То, что мы имеем здесь, - это устройство, которое снижает напряжение в десять раз и текут в десять раз: (рис. Ниже)

Коэффициент поворота 10: 1 дает 10: 1 первичный: коэффициент вторичного напряжения и 1:10 первичный: коэффициент вторичного тока.

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко размножать или делить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния практической реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «усилено» и ток «уступил» для уменьшения потерь мощности сопротивления провода вдоль линий электропередачи, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как генератор, так и при нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования. Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичного до вторичного (больше вторичных обмоток, чем повороты первичной обмотки), называется повышающим трансформатором. И наоборот, трансформатор, предназначенный для работы как раз наоборот, называется понижающим трансформатором.

Пересмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе: (Рисунок ниже)

Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичные и вторичные обмотки, составляет несколько дюймов (приблизительно 10 см). Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует высокая скорость вращения первичной обмотки и счетчик низкого оборота вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует высоковольтную, маломощную мощность в высоковольтную высоковольтную мощность. Провод большего размера, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить столько тока, может быть выполнена из проволоки меньшего размера.

В случае, если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформаторов назад (включение вторичной обмотки с источником переменного тока и включение нагрузки первичной обмотки на нагрузку) для выполнения противоположной функции: повышение может функционировать как шаг и наоборот. Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индивидуальные индуктивности обмотки были спроектированы для конкретных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «назад», как это, он должен должны использоваться в исходных конструктивных параметрах напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы она оказалась неэффективной (или чтобы она не была повреждена чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто строятся таким образом, что не очевидно, какие провода приводят к первичной обмотке и которые приводят к вторичной. Одна конвенция, используемая в электроэнергетике для облегчения путаницы, - это использование обозначений «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем блоке, вторичная обмотка в повышении) и «Х», обозначений для обмотки низкого напряжения. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ». Обычно имеет место нумерация проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), Которые мы рассмотрим чуть позже в этой главе.

Тот факт, что напряжение и ток «ступают» в противоположных направлениях (один вверх, другой вниз), имеют прекрасный смысл, когда вы вспоминаете, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понимают, что трансформаторы не могут производить мощность, а только конвертировать ее. Любое устройство, которое могло бы выпустить больше энергии, чем потребовалось бы, нарушит Закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована. Как и в случае с первым примером трансформатора, на который мы смотрели, эффективность передачи энергии очень хороша от первичной до вторичной стороны устройства.

Практическая значимость этого становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока может быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок. Рисунок мотора / генераторной установки показывает основной принцип: (рис. Ниже)

Моторный генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. В то время как оба двигателя и генераторы являются достаточно эффективными устройствами, использование обоих в этом способе связывает их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, поскольку двигатели / генераторные установки, очевидно, требуют движущихся частей, механический износ и баланс являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы, с другой стороны, способны конвертировать уровни переменного напряжения и тока с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели / генераторные установки не обязательно устарели трансформаторами для всех применений. В то время как трансформаторы явно превосходят двигатели / генераторы для переменного напряжения и преобразования уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или сами по себе конвертировать DC в переменный или наоборот. Моторные / генераторные установки могут делать все это с относительной простотой, хотя и с ограничениями эффективности и механическими факторами, которые уже описаны. Моторные / генераторные установки также обладают уникальным свойством хранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания двигателя мгновенно прерывается, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время, тем самым изолируя любые нагрузки, питаемые генератором от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном рассмотрении чисел в анализе SPICE мы должны увидеть соответствие между коэффициентом трансформатора и двумя индуктивными элементами. Обратите внимание на то, что первичный индуктор (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичный индуктор (10000 H по сравнению с 100 H), и что измеренное напряжение понижающего отношения составляет от 10 до 1. Обмотка с большей индуктивностью будет иметь более высокое напряжение и меньше чем другой. Поскольку два индуктора намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность для двух катушек, равны, за исключением числа оборотов в каждой катушке. Если мы еще раз взглянем на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа оборотов катушки:

Таким образом, должно быть очевидно, что наши два индуктора в последней схеме трансформатора SPICE с коэффициентами индуктивности 100: 1 должны иметь коэффициенты поворота катушки 10: 1, так как 10 квадратов равны 100. Это работает в том же соотношении мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению поворотов обмотки между первичным и вторичным.

Понижающий трансформатор: (много поворотов: несколько оборотов).

Усиление / понижающее действие коэффициентов поворота катушки в трансформаторе (Figabove) аналогично отношениям зубчатых передач в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента одинаково: (рис. Ниже)

Момент затяжки редуктора уменьшает крутящий момент, а ускоряется.

Поэтапные и понижающие трансформаторы для распределения электроэнергии могут быть гигантскими пропорционально показанным ранее силовым трансформаторам, некоторые из которых стоят как дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов (рис. Ниже)

Трансформатор подстанции.
  • ОБЗОР:
  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями первичных и вторичных проволок.
  • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичного до вторичного, называется повышающим трансформатором. Трансформатор, предназначенный для снижения напряжения от первичного до вторичного, называется понижающим трансформатором.
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню от отношения первичной к вторичной индуктивности (L).

Понижающий трансформатор, схема, как работает, для чего нужен

Понижающий трансформатор — это обычный трансформатор который работает по тем же принципам и только нужен для преобразования определенное переменного напряжения с большого значения в меньшее. То есть если определенному устройству необходимо напряжение 12 Вольт, а с розетки подается стандартно 220 Вольт, нужно использовать понижающий трансформатор. Используется понижающий трансформатор так же в различных отраслях энергетики, электротехники.

схема понижающего трансформатора с 220 В на 12 В

ТН включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом.

Как определить этот коэффициент?

В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках.

Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Обратите внимание!

В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле: N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Например.

Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

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. 

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

автотрансформатор

В чем различие между повышающим и понижающим трансформатором

При наличии огромного количества электроприборов и электроники нередко возникает необходимость использования электрического трансформатора.

Это электромагнитное устройство позволяет изменить значение тока благодаря явлению самоиндукции. Корень «трансформ», собственно, и означает «изменение».

Использование трансформаторов в быту и в производстве связано с особенностями оборудования. Обычно это устройства иностранного производства, например, произведенные в Азии и Америке, где стандартная электросеть выдает отличные от российских стандартов значения тока. Трансформатор позволяет защитить электрооборудования от выхода из строя или просто обеспечить необходимое питание для его эффективной работы.

Понижающими называются трансформаторы, преобразующие ток с больших значений на меньшие – например, с 220 до 110 В.

Повышающими трансформаторами называют устройства с обратным эффектом: протекающий по ним ток за счет индукции в катушках изменяется с меньших на большие значения. Например, повысить напряжение с 35 кВольт на 110 кВ для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Таким образом, становится понятно, какой трансформатор нужно выбирать для тех или иных целей. Отдельно можно рассматривать регулируемые модели, в которых доступна функция быстрого переключения с повышения на повышение вольтажа. Универсальные трансформирующие приборы несколько дороже по цене, но и удобнее.

Понижающий трансформаторы часто применяют трехфазные трансформаторы для снабжения электроэнергией промышленные предприятия и жилые дома.

Маркировка понижающих 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 как правило, 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.

Применение понижающих трансформаторов заключается в их достоинствах:

  • 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.

Видео: Понижающий трансформатор 220-110В 1500Вт . Как выбрать понижающий трансформатор

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку чтобы выставить рейтинг страницы

конструктивные особенности приборов, способных повышать и понижать напряжение

Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор — это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.

Понятие трансформатора

Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.

Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).

Применение в сетях

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля — Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Магнитная система

Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:

  • плоская конструкция, в которой все сердечники располагаются на единой поверхности;
  • пространственный способ — продольные стержни или сердечники и ярма находятся в различных плоскостях;
  • симметричный порядок — стержни одной длины и формы располагаются так, что их пространственная установка одинаково относится ко всем элементам и сердечникам;
  • несимметричный строй предполагает разные по виду и размерам стержни, расположенные отлично от аналогичных деталей.

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:

  • основные — обвивки, предназначенные для приема или отвода преобразуемой или трансформированной энергии переменного тока;
  • регулирующие — те, что предусматривают выводы для изменения коэффициента преобразования напряжения при небольшом токе обмотки и маленьком диапазоне нормализации;
  • вспомогательные витки обеспечивают питание собственных нужд, при этом используется малая мощность, гораздо меньшая, чем аналогичный номинальный показатель повышающего трансформатора.

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2—4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

  1. Рядовая. Обороты на сердечнике кладут в направлении оси по всей протяженности обвивки. Последующие витки располагают плотно один к другому, не допуская промежутка между ними.
  2. Винтовая. Является одним из вариантов многослойного нанесения. Между каждым заходом оборота оставляется расстояние.
  3. Дисковая. Последовательно объединяется ряд накопителей. В них обороты кладут в радиальном направлении по спиральной форме. На первичной прослойке обвивка ведется внутрь, а на соседних кругах делается наружу.
  4. Фольговая. Вместо прямоугольного кабеля ставят медные или алюминиевые пластины. Они широкие, их толщина составляет от 0,1 до 2,5 мм.

Охладительный резервуар

Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.

Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.

Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.

Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.

Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.

Особенности эксплуатации

Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.

Использование в параллельном режиме

Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:

  • к параллельному использованию допускаются агрегаты с равной угловой погрешностью между вторичным и первичным показателем напряжения;
  • параллельно связываются одинаково полярные полюса из областей низкой и высокой мощности;
  • объединяемые устройства должны показывать аналогичный коэффициент передачи по напряжению;
  • сопротивление при коротком замыкании должно отличаться в сторону уменьшения или увеличения не более 10%;
  • соотношение мощности задействованных трансформаторов не должно превышать 1:3.

Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.

Частота и регулирование мощности

В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.

Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.

Изоляция и перенапряжение

Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.

Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:

  • кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2—4 часов;
  • переходное перенапряжение длится от 2—5 наносекунд до 3—5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.

Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.

При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.

Какой трансформатор выбрать? (понижающие 220-110 и повышающие 110-220)

 

У каждого из нас может возникнуть ситуация, когда мы приобрели или получили в подарок электроприбор, который привезён из-за границы и работает не от *европейского* напряжения в 220 Вольт, а от 110 или 100 Вольт. Эти приборы изготавливаются в основном в США или Японии.

 

Что же делать в этом случае?

Ответ простой: существуют понижающие трансформаторы, которые изменят 220 Вольт на 110 или на 100 Вольт. Достаточно присоединить такой трансформатор в нашу домашнюю розетку (сеть 220 Вольт), и на выходе он выдаст нужные для электроприбора 110 или 100 Вольт.

 

Существуют обычные (шихтованные) трансформаторы и тороидальные.

Обычные бытовые трансформаторы (стержневые, броневые) имеют большой вес (это особенно неудобно, если надо платить за вес при авиаперелете) и меньший КПД по сравнению с тороидальными трансформаторами напряжения. Но зато могут иметь большую мощность в Ваттах: до 10 000 Ватт. Внутри стоят металлические пластины Ш-образной формы (броневые)  или Г-образной, П-образной формы (стержневые)

Тороидальные трансформаторы имеют тороидальные сердечники (в виде бублика). Они изготавливаются из магнитной

трансформаторной стали с низким уровнем потерь и высокой индукцией насыщения.

Плюсы такого трансформатора:

1. низкий вес,

2. малый размер,

3. отсутствие шума (что удобно для подключения аудиотехники),     

4. меньший нагрев. 

5. держат заявленную мощность 

  

 

 

 Итак, какой трансформатор выбрать. Принципы выбора:

Если Вам нужен понижающий трансформатор 220 -110, то Вам подойдут такие модели как Штиль АТ ( с тороидальным сердечником), либо универсальные трансформаторы, которые через переключатель могут работать как понижающий трансформатор 220 – 110, так и повышающий трансформатор 110-220 ETS ELECA, NF NEWSTAR,  ST DAYTON  

 

Теперь нужно выбрать трансформатор напряжения соответственно мощности (Ватты) Вашего электроприбора. Хорошо, если указана мощность на электроприборе в Ваттах — и номинальная и максимальная. А если производитель указал только силу тока в Амперах, то нужно подсчитать мощность Вашего электроприбора самостоятельно, чтобы она соответствовала мощности трансформатора.

 

Формула проста:

 

Нужно напряжение (Вольты – V) умножить на силу тока (Амперы – А) и получим мощность тока (Ватты – W)

На каждом электроприборе напечатаны характеристики и параметры данного прибора. Если мощность в Ваттах уже напечатана на приборе, то вам не нужно делать расчёты. Просто возьмите пиковую мощность электроприбора и приплюсуйте к ней 15-20 процентов и получите мощность нужного Вам трансформатора.

 

Пример:

Допустим у вас импортная мясорубка на 110 Вольт, 4 Ампера. Чтобы узнать её мощность нужно умножить эти показатели: 110 * 4 = 440 Ватт. Мощность мясорубки = 440 Ватт. Но это номинальная мощность, то есть на которой она работает постоянно. А есть ещё максимальная (пиковая) мощность. Это кратковременная мощность, на которой работает мясорубка, если внутрь попадает кость. В этом случае мощность на несколько секунд увеличивается до максимальной. И может достичь 1500 Ватт! Хоть и недолго. Обычно производитель указывает номинальную и максимальную мощность в паспорте прибора.

 

Поэтому при выборе трансформатора нужно исходить из пиковой мощности электроприбора  + 15-20 процентов. То есть, пиковая мощность пылесоса 1500 Ватт + 20 процентов = 1800 Ватт. Либо суммировать мощности приборов, которые вы хотите подсоединить к трансформатору. Например: телевизор - 200 Ватт плюс фен - 1300 Ватт, итого 1500 Ватт. Следовательно, вам нужен трансформатор 2000 Ватт максимальной мощности. Чем больше запас по мощности у трансформатора, тем лучше для работы трансформатора и бытового прибора.

Обычно понижающие трансформаторы 220 - 110 Вольт или повышающие трансформаторы 110 - 220 Вольт, используют при мощности бытовых приборов от 300 Ватт. К ним, можно отнести: стационарные электроприборы больших размеров, некоторые телевизоры, стиральные машины, небольшие, но мощные электроприборы: мясорубки, электрочайники, пылесосы, утюги, фены, плойки, тостеры, кофеварки, кухонные комбайны.

 

К большинству электроприборов потребляемой мощности менее 300 Ватт, необязательно применять понижающий или повышающий трансформатор. Они, вне зависимости от страны производства, работают в диапазоне напряжений 110 – 220 / 220 – 110 Вольт, либо в автоматическом режиме, либо через переключатель и могут без проблем использоваться по всему миру.

К таким электроприборам относятся: Многие зарядки для телефонов, ноутбуков, ультрабуков, смартфонов, планшетов, эпиляторов, электробритв и т.п.

Если Вам нужно наоборот: повысить напряжение в сети для своего электроприбора, если Вы едете в США или Японию с электроприбором на 220 Вольт, приобретённым в России, то можно купить один из следующих универсальных трансформаторов 110- 220 / 220 -110 . Они как повышают, так и понижают напряжение в сети. То есть эти трансформаторы можно использовать и в России, и в США или Японии. И менять напряжение в сторону увеличения или уменьшения по своему желанию. Вот такие трансформаторы напряжения подходят для этого случая : ETS ELECA  , NF NEWSTAR , ST DAYTON .

Даже, если Вам необходим трансформатор только для понижения или только для повышения, по цене эти трансформаторы не на много дороже тех, которые имеют только одну функцию. 

И ещё: некоторые спрашивают, почему на некоторых приборах пишут 100 Вольт, на других — 110 Вольт, 200 — 240... и так далее. Вы можете не обращать на это внимание: разница в Вольтах 5 - 10 процентов часто бывает при скачках напряжения в сети, что существенно не влияет на работу самого прибора.

Надеюсь, эта статья пролила свет на некоторые вопросы, касающиеся выбора трансформатора (автотрансформатора). И в чём-то облегчило задачу подбора нужного оборудования. 


Что такое понижающий трансформатор?

Загрузите эту статью в формате PDF.

Трансформаторы - это статические электрические устройства без движущихся частей, преобразующие электрическую мощность из одного значения напряжения и тока в другое. Частота электрического тока остается постоянной.

Трансформаторы классифицируются по функциям: повышающие или понижающие. Повышающие трансформаторы увеличивают напряжение входящего тока, а понижающие трансформаторы уменьшают напряжение входящего тока.Входящее напряжение называется первичным напряжением, а исходящий поток - вторичным.

Как правило, повышающие трансформаторы располагаются на электростанциях, повышая напряжение, поступающее от электростанции в распределительные сети дальнего следования. С другой стороны, понижающие трансформаторы уменьшают напряжение потоков мощности, получаемых на уровне местного распределения. Поток на большие расстояния сначала понижается до уровня, приемлемого для местного распределения, а затем снова понижается в каждом потребительском узле (жилых домах и офисах).

Необходимость трансформаторов

При передаче мощности как на большие, так и на короткие расстояния в системе возникают собственные потери. Эти потери больше, когда ток выше (при более низком напряжении), чем при низком токе. По этой причине для передачи на большие расстояния необходимо, чтобы у электричества было высокое напряжение и низкий ток. Однако высокое напряжение небезопасно для потребителей и не подходит для большинства электроприборов. Бытовые электроприборы обычно рассчитаны на 220 В.

Трансформаторы преобразуют электроэнергию между высоковольтным, слаботочным, необходимым для распределения на большие расстояния, и низким, сильным током, необходимым для использования потребителями.

Кроме того, линии электропередачи обычно изготавливаются из меди, чтобы минимизировать потери, связанные с передачей. Медь имеет самое низкое электрическое сопротивление из всех проводящих материалов.

Применение понижающего трансформатора

Электростанции вырабатывают электроэнергию с напряжением 20 кВ, которое затем повышается до 440 кВ для распределения на большие расстояния.При приеме на местной распределительной станции напряжение понижается до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Отсюда для распределения отдельным потребителям другой понижающий трансформатор снижает напряжение до стандартных 220 В, пригодных для использования потребителями.

Бытовое напряжение в большинстве районов составляет 220 В. Однако бытовые розетки работают от 110 или 120 В в США и соседних странах. Подключение устройства 220 В к розетке 110 В может привести к повреждению устройства. Благо недорогие переходники (рис.1) легко доступны для полного решения проблемы. В большинстве магазинов электроники они продаются менее чем за 20 долларов. Многие из этих устройств европейского производства прямо заявляют, что их можно использовать в Соединенных Штатах.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5f46b1c84649410c738b45e1" data-embed-element = "span» data-embed-size = "640w" data-embed-alt = "1. Это фотография типичного переходного преобразователя повышающего трансформатора, который работает от 110 до 220 В. " data-embed-src = "https: //img.electronicdesign.com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2020/08 / Fig_1_Step_up_transformer.5f46b1c856b0d.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" 1. Это фотография типичного переходного преобразователя повышающего трансформатора, который работает от 110 до 220 В. "]}%

Работа трансформатора

Трансформаторы работают по принципу взаимной индукции. Изменяющееся магнитное поле в одной петле провода индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в соседнем витке провода, индуктивно связанном с первым.Проще говоря, трансформатор состоит из двух катушек с проволокой с высокой взаимной индуктивностью. Эти катушки электрически разделены, в то время как они имеют общую магнитную цепь (фиг. 2).

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5f46b18b46494130748b45c0" data-embed-element = "span» data-embed-size = "640w" data-embed-alt = "2 . Понижающий трансформатор имеет больше первичных обмоток, чем вторичная ». data-embed-src = "https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/08/Fig_2_Step_Down_Transformer.5f46b18a417c8.png? Auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" 2. Понижающий трансформатор имеет больше первичных обмоток, чем вторичная. "]}%

Для понижающего трансформатора вторая катушка имеет меньше обмоток, чем первая, что позволяет снизить напряжение в выходных электрических цепях. поток.

Первичная обмотка, которая является первым набором катушек, подключается к источнику переменного напряжения или притоку первичного напряжения. Вторичная обмотка подключается к нагрузке или оттоку вторичного напряжения, распределяя электрическую мощность от источника трансформатор.

Переменный ток, протекающий при первичном напряжении, создает переменный магнитный поток. Это индуцирует аналогичный ток во вторичной катушке, создавая вторичное напряжение. Здесь уменьшенное количество обмоток вторичной катушки эффективно снижает результирующее напряжение, следовательно, «понижая» напряжение до более низкого значения при сохранении постоянной частоты.

Обратите внимание, что при уменьшении напряжения ток увеличивается, чтобы частота оставалась постоянной.По этой причине вторичная обмотка понижающих трансформаторов обычно имеет провод большего сечения для вторичной обмотки, чем для первичной обмотки. Поскольку ток первичного напряжения низкий, для подключения первичной катушки не требуется слишком толстый провод. И наоборот, повышенный ток, протекающий через вторичную катушку, требует увеличения толщины провода. Если провод во вторичной катушке слишком тонкий, он плавится из-за резистивного накопления тепла, вызывая катастрофический отказ.

Изменение направления потока

В обратном направлении можно использовать как повышающие, так и понижающие трансформаторы.Путем переключения притока и оттока направление электрического потока меняется на противоположное. Таким образом, повышающий трансформатор может выполнять функцию понижающего трансформатора и наоборот.

Производственные соображения

Трансформаторы - дорогой, но важный элемент цепочки поставок электроэнергии. Для приобретения трансформаторов требуются большие капитальные затраты, и ожидается, что они будут работать в течение всего прогнозируемого срока службы. В действительности, однако, эти трансформаторы обычно выходят из строя примерно на половине ожидаемого срока службы.Неправильно отремонтированные обмотки, переключатели ответвлений и вводы часто являются первопричиной.

Однако виноваты не только неадекватные планы обслуживания. Трансформаторы часто не соответствуют предполагаемым условиям использования, что создает ненужную нагрузку на устройство после использования. Несмотря на то, что трансформаторы полностью статичны и не имеют движущихся частей, сила тока, протекающего через катушки с проволокой, вызывает износ самих катушек. То же самое и с переключателями ответвлений и втулками. Со временем целостность этих материалов нарушается, что приводит к легкому или катастрофическому отказу.

Чтобы предотвратить этот преждевременный выход из строя, трансформаторы следует выбирать с осторожностью. После установки следует также осторожно выполнять ввод в эксплуатацию. Условия эксплуатации должны тщательно контролироваться, а планы технического обслуживания должны выполняться регулярно и тщательно. При наличии этих положений трансформаторы, вероятно, будут обеспечивать оптимальную производительность в течение всего прогнозируемого срока службы.

Сердечник

Кроме того, будьте осторожны при выборе марки материала, используемого для сердечника трансформатора.Хотя материал более высокого качества, как правило, дороже, он обычно приводит к более длительному ожидаемому сроку службы. Подберите сорт материала в соответствии с нормальными условиями использования и желаемым сроком службы трансформатора.

Обмотки

Тщательно выбирайте тип металла, который используется в обмотках трансформатора. Здесь цель состоит в том, чтобы минимизировать сопротивление в проводах, одновременно увеличивая электрическую проводимость. В этом случае лучше всего подходит медь, хотя она обычно дороже алюминия, который является альтернативой.

В долгосрочной перспективе медь, как правило, является наиболее экономичным вариантом, поскольку она обеспечивает меньшее сопротивление электрическому току, чем альтернативные материалы. Это уменьшенное сопротивление приводит к меньшим потерям электроэнергии, повышая долговременную эффективность оборудования. Дополнительным преимуществом является снижение тепловыделения в системе, поскольку при использовании альтернативных материалов из-за электрического сопротивления выделяется тепло.

Важно понимать физическое расположение катушек.Такое расположение должно соответствовать ожидаемым условиям эксплуатации.

Изоляция

Изоляция имеет решающее значение для правильного функционирования трансформатора, а также для безопасности персонала на месте. Совместите это с ожидаемыми условиями эксплуатации, обеспечив оптимальный выбор изоляционного материала и конфигурации.

Заключение

Трансформаторы необходимы для эффективного функционирования национальной энергосистемы. Эти устройства позволяют преобразовывать электрическую мощность в правильное соотношение напряжения к току как для передачи на большие расстояния, так и для местного распределения.Из-за их стоимости трансформатор следует выбирать с осторожностью. Правильная эксплуатация и соответствующее обслуживание продлевают ожидаемый срок службы трансформаторного блока.

Киран Давэр (Kiran Daware) - младший инженер-электрик в Nicore India Pvt. Ltd.

Разница между повышающим и понижающим трансформатором

Трансформатор - это статическое устройство, которое передает переменное электричество от цепи к цепи с одинаковой частотой, но уровень напряжения обычно меняется.По экономическим причинам электрическая энергия должна передаваться при высоком напряжении, в то время как с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это повышение напряжения передачи и пониженное напряжение для использования могут быть достигнуты только с помощью повышающего трансформатора и понижающего трансформатора.

Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами состоит в том, что повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.

Содержание

1. Сравнительная таблица

2. Определение

3. Ключевые отличия

4. Запомните

1. Сравнительная таблица


Старший №
Повышающий трансформатор Понижающий трансформатор
1 Выходное напряжение повышающего трансформатора больше, чем напряжение источника. Выходное напряжение понижающего трансформатора меньше напряжения источника.
2 Обмотка НН трансформатора является первичной, а обмотка ВН - вторичной. Обмотка ВН трансформатора является первичной, а обмотка НН - вторичной.
3 Вторичное напряжение повышающего трансформатора более важно, чем его первичное напряжение. Вторичное напряжение понижающего трансформатора меньше его первичного напряжения.
4 Количество витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной обмотке. Количество витков в первичной обмотке больше, чем во вторичной обмотке.
5 Первичный ток трансформатора больше вторичного. Вторичный ток больше, чем первичный.
6 Повышающий трансформатор обычно используется для передачи энергии. Генераторный трансформатор на электростанции является одним из примеров повышающего трансформатора. Понижающий трансформатор используется в распределении энергии. Трансформатор в жилом поселке - один из примеров понижающего трансформатора.

2. Определение

а. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор - это тип трансформатора с функцией преобразования низкого напряжения (LV) и высокого тока с первичной стороны трансформатора в высокое напряжение (HV) и низкое значение тока на вторичной стороне трансформатора.

г. Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор - это тип трансформатора, который преобразует высокое напряжение (HV) и низкий ток с первичной стороны трансформатора в низкое напряжение (LV) и большие значения тока на вторичной стороне трансформатора.

3. Основное различие между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором

- Когда выходное (вторичное) напряжение больше входного (первичного) напряжения, это называется повышающим трансформатором.Для сравнения, выходное (вторичное) напряжение понижающего трансформатора меньше.

- В повышающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является первичной обмоткой, а обмотка высокого напряжения - вторичной обмоткой. Напротив, в понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.

- В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле меньше развиваются на вторичной обмотке, а на первичной - повышаются. Напротив, в понижающем трансформаторе напряжение на вторичном конце ниже из-за высокого тока и магнитного поля.

* Примечание 1: электрический ток пропорционален магнитному полю.

* Примечание 2: Согласно закону Ома напряжение пропорционально силе тока. Если мы увеличим напряжение больше, чем сила тока также увеличится, но в трансформаторе будет передаваться такое же количество электричества, если мы увеличим напряжение, то ток будет уменьшаться и наоборот. Следовательно, мощность на приемных и передающих клеммах трансформатора остается постоянной.

- В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная - из тонкого изолированного медного провода.Напротив, в понижающем трансформаторе высокий выходной ток приводит к тому, что для изготовления вторичной обмотки используется изоляционная медь большой толщины.

* Примечание 3: Толщина проводов зависит от способности электрического тока течь через них.

- Повышающий трансформатор увеличивает напряжение с 220 В до 11 кВ или более, а понижающий трансформатор снижает напряжение с 440–220 В, 220–110 В или 110–24 В, 20 В, 10 В.

4. Запомните

Тот же трансформатор может использоваться как повышающий трансформатор или понижающий трансформатор.Это зависит от того, как он включен в схему. Если питание на входе подается на обмотку низкого напряжения, она становится повышающим трансформатором. С другой стороны, если входная мощность подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим трансформатором.

Разница между повышающим и понижающим трансформаторами: краткое руководство - блог промышленного производства

Трансформатор - это электрическое устройство, необходимое в промышленности для регулирования изменений напряжения источника питания.Он преобразует электрическую мощность из одной цепи в другую с изменениями напряжения и тока без изменения частоты. Повышение напряжения для передачи и снижение напряжения для использования может быть достигнуто только с помощью повышающего и понижающего трансформатора.

Повышающие и понижающие трансформаторы - это две категории трансформаторов, разделенных на категории в зависимости от их функции. Необходимо знать разницу между повышающим и понижающим трансформатором, поскольку неправильное использование повышающего или понижающего трансформатора может повлиять и разрушить ваши устройства, а также может вызвать серьезные проблемы.Прочтите этот новый блог на Linquip, чтобы узнать о них больше.

Повышающий трансформатор

Во-первых, давайте разберемся с основным определением каждого трансформатора.

Когда напряжение на выходе повышается, трансформатор называется повышающим трансформатором. Повышающий трансформатор снижает выходной ток для поддержания одинаковой входной и выходной мощности системы. Возможность снижения напряжения повышающих трансформаторов зависит от отношения количества витков в первичной катушке к числу витков во вторичной катушке.

Этот трансформатор имеет две обмотки, первичную и вторичную. Этот вид трансформатора в основном находит применение в приложениях для передающих и электростанций. Обычно это пускатель электродвигателя. Для запуска двигателя требуется большое напряжение. Он находит применение в электрических и электронных устройствах. Кроме того, если вы приобрели какой-либо электроприбор в стране, в которой напряжение питания выше, чем ограниченное напряжение устройства, вам потребуется повышающий трансформатор, чтобы преобразовать ваше напряжение до уровня, подходящего для данного устройства.

Понижающий трансформатор

Энергетические компании передают электроэнергию под высоким напряжением, чтобы уменьшить потери энергии, но высокое напряжение не является полезным или безопасным для большинства потребителей. Линии высокого напряжения подключены к подстанциям с понижающими трансформаторами, которые снижают напряжение почти для всех бытовых, электрических приборов и коммерческих пользователей. Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение, или, другими словами, он преобразует мощность высокого напряжения с низким током в мощность с низким напряжением и высоким током.

Способность понижающих трансформаторов понижать напряжение зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Как только линии электропередач достигают уровня жилых кварталов, напряжение дополнительно снижается для домашнего использования. В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. Он находит применение в телевизорах, инверторах, стабилизаторах напряжения, а также в основных адаптерах и зарядных устройствах для сотовых телефонов, проигрывателей компакт-дисков и стереосистем.

Step-Up vs.Понижающий трансформатор

Автономный или изолированный трансформатор нельзя назвать повышающим или понижающим трансформатором. Таким образом, нет разницы между повышающим и понижающим трансформатором с точки зрения конструкции сердечника, конструкции обмотки и принципа работы. Фактически, трансформатор можно назвать повышающим или понижающим только тогда, когда он введен в эксплуатацию. Но с точки зрения эксплуатации, да, между ними есть некоторая разница. Некоторые различия описаны ниже с учетом факторов: применение, выходное напряжение, обмотка, количество витков и т. Д.

Заявка
  • Повышающий трансформатор обычно используется для передачи энергии. Примеры: электростанции, рентгеновские аппараты, микроволновые печи и т. Д.
  • Понижающий трансформатор находит применение в распределительной сети. Примеры: трансформатор в жилых помещениях, дверной звонок, преобразователь напряжения и т. Д.

Выходное напряжение
  • Выходное напряжение повышающего трансформатора больше, чем напряжение источника.
  • Выходное напряжение понижающего трансформатора меньше напряжения источника.

Вторичная и первичная обмотки
  • В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная - из тонкого изолированного медного провода.
  • В понижающем трансформаторе выходной ток большой, поэтому для создания вторичной обмотки используется толстый изолированный медный провод.

Обмотка напряжения
  • В повышающем трансформаторе обмотка высокого напряжения является вторичной обмоткой, а обмотка низкого напряжения - первичной обмоткой.
  • В понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.

Магнитное поле
  • В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле менее развиты во вторичной обмотке и сильно развиты в первичной обмотке.
  • В понижающем трансформаторе напряжение на концах вторичной обмотки низкое, следовательно, ток и магнитное поле высокие.

Обмотка витков
  • В повышающем трансформаторе больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки.
  • В понижающем трансформаторе количество витков в первичной обмотке больше, чем во вторичной обмотке.

Номинальное выходное напряжение
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от 220 до 11 кВ или выше.
  • Понижающий трансформатор снижает напряжение с 440 до 220 В, 220 до 110 В или с 110 до 24 В, 20 В, 10 В и т. Д.

Что следует помнить :

Тот же трансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор.Это зависит от того, каким образом он включен в схему. Если входное питание подается на обмотку низкого напряжения, то она становится повышающим трансформатором. В качестве альтернативы, если питание подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим.

Вот и все! Теперь, когда вы знаете разницу между понижающим и повышающим трансформатором, вы можете определить, какой тип трансформатора вам потребуется.

Итак, у вас есть подробное описание разницы между повышающим и понижающим трансформатором.Если вам понравилась эта статья в Linquip, дайте нам знать, оставив ответ в разделе комментариев. Есть ли вопросы, с которыми мы можем вам помочь? Не стесняйтесь зарегистрироваться на нашем веб-сайте, чтобы получить самую профессиональную консультацию от наших экспертов.

ТРАНСФОРМАТОРЫ - прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальной реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для уменьшения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Рисунок 8.1 Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, что подтверждается большим числом витков первичной обмотки и малым числом витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность. Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

В случае, если вам интересно, - это , что можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-верса.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор будет использоваться «в обратном направлении», как это должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредить из-за чрезмерного напряжения или тока!).

Этикетки для трансформаторов

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие - к вторичной. В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, в электроэнергетике используются обозначения «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ».Обычно это важно для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), Которую мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить энергии, а только преобразовывают ее .Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем потребляло, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована. Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок.Чертеж моторно-генераторной установки показывает основной принцип работы: (Рисунок ниже)

Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, причем генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше.Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок, очевидно, требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность. С другой стороны, трансформаторы способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что электродвигатели / генераторные установки не обязательно были заменены трансформаторами для всех приложений .Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот. Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.

Электродвигатели / генераторные установки также обладают уникальным свойством аккумулирования кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. длительность, таким образом изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме. 2µA} {I} [/ латекс]

Где,

[латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]

[латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]

[латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]

[латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]

[латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равняется 100.Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичными и вторичными напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.

Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

Эффект повышения / понижения передаточных чисел катушки в трансформаторе аналогичен передаточным числам зубчатых колес в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.

Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы под названием изолирующие трансформаторы с коэффициентами трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.

Рисунок 8.6 Разделительный трансформатор изолирует питание от линии питания.

Поскольку трансформаторы в основном являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем изобразить формы волны для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

При переходе от первичной обмотки, В (2) к вторичной, В (3,5), напряжение снижалось в десять раз, а ток увеличивался в десять раз. Формы сигналов как тока, так и напряжения являются синфазно при переходе от первичного к вторичному.

Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны. Вторичный ток увеличивается в десять раз.

Условные обозначения трансформатора

Похоже, что напряжение и ток двух обмоток трансформатора синфазны, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать , каким образом мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить правильное соотношение фаз. В конце концов, трансформатор - это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы возможности узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:

Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.

Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Он называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждым соответствующим плечом обмотки трансформатора:

Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.

Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмоток. Провода «1» (H 1 и X 1 ) показывают, где обычно размещаются точки маркировки полярности.

Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, фазовый сдвиг от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают , а не , фазовый сдвиг будет 180 ° между первичной и вторичной обмотками, например:

Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный - точка, дополнительный черный - точка.

Конечно, условное обозначение точек указывает только на то, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ей). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

Рисунок 8.12 В фазе: основной красный - точка, дополнительный красный - точка.

Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {primary}} [/ latex]

[латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]

Где,

[латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]

  • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором .Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной на вторичную обмотку, называется понижающим трансформатором .
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {secondary}} {L_ {primary}}} [/ latex]

  • Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки .
  • Трансформаторы, предназначенные для обеспечения гальванической развязки без скачков напряжения и тока вверх или вниз, называются изолирующими трансформаторами .
  • Фазовое соотношение напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
  • Условное обозначение точек - это тип маркировки полярности для обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки находится относительно других обмоток.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы - очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:

Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая - повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в цепях питания вакуумных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Рис. 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель - это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмоток с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

Рис. 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.

Переменный трансформатор

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

Одним из потребительских применений переменного трансформатора является регулирование скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузок в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения представляют собой удобные средства.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Учитывая, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от гальванической развязки и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

. Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одинарной ответвленной обмотки, экономя медь и жертвуя изоляцией.

Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями для экономии меди. Автотрансформаторы

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору было бы либо иметь правильное соотношение первичной / вторичной обмоток, предназначенное для работы, либо использовать понижающую конфигурацию с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздрагивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Автотрансформатор с вариатором

Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения коэффициента передачи.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Рис. 8.22. Вариак - это автотрансформатор со скользящим ответвлением.

Маленькие вариаторы для настольного использования являются популярным оборудованием для экспериментаторов в области электроники, поскольку они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в домашних условиях с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

  • Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
  • Обмотки трансформатора также можно «отводить»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
  • Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
  • Автотрансформатор - это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением гальванической развязки.
  • A Variac - это регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.23 ​​Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Первичная - Вторичная

  • Y - Y
  • Y - Δ
  • Δ - Y
  • Δ - Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора такие же, как и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного блока трансформаторов является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).

Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.

Фазовая разводка трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

Рисунок 8.25 Разводка фаз для трансформатора «Y-Y».

Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

Фазовая проводка для трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».

Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (линия-линия или линия-нейтраль) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.

Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые проектировщики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

Рисунок 8.29 «В» или «разомкнутый Δ» обеспечивает мощность 2 φ только с двумя трансформаторами.

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть большего размера, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показана группа повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по Y-образной схеме, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена - нижняя поверхность плотины:

Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд-Кули, 30

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования. Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным вторичным напряжением 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

ВА или кВА.

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются провода такой большой длины, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода - один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора связана с магнитными эффектами в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи - как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности - стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются обмотки проводов. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, когда они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли провода, покрытые высокотемпературной изоляцией, опоясывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на предварительно определенном «заданном значении».

Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изоляционным лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, - это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» - это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, чтобы изменяться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая больше мощности, теряемой из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за того, что более высокие частоты, вихревые токи и эффекты гистерезиса становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Подобно их более простым аналогам - индукторам - трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в приложениях питания, но приложения с малыми сигналами (особенно с высокими частотами) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в приложениях с сигналами, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота источника питания). трансформатор находится далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) - еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Индуктивность рассеяния тесно связана с проблемой удержания потока. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но есть и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов выполнить этот критерий проектирования - спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы уже обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигнуть более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Рисунок 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения - это производная формы волны потока, «производная» - это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: из-за смены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц - а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, - поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора - наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» магнитного потока подтолкнет форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке сдвигает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Рисунок 8.37. Непрерывный установившийся режим: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Для того чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени) это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В - это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны - Φ и i должны начинаться с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с нуля .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как мы обычно имели бы в трансформаторе, который какое-то время находится под напряжением. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза превышать нормальную пиковую величину, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального условия Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает активную зону.

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышая , вдвое превышая его нормальный пик:

Рисунок 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно бывают «медленного действия», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум - это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев - потенциально серьезная проблема, потому что изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).

Слышимый шум - это эффект, в основном происходящий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины ферромагнитного объекта при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, - это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) - один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах - это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

  • Силовые трансформаторы ограничены по количеству мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора способствует неэффективности, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов - вихревых токов (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев в больших трансформаторах.
  • И трансформаторы, и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергии от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как и работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток является наиболее значительным, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум - обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Как сделать повышающий трансформатор

Что такое трансформатор?

Трансформатор - это статическое устройство, которое используется в электрических или электронных цепях для изменения напряжения в источнике переменного тока (AC). Он преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками.Обычно частота входного сигнала не изменяется, но напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от необходимости.

Типы трансформаторов

Как упоминалось выше, существует два основных типа трансформаторов:

  • Шаг Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. В трансформаторе этого типа количество витков на вторичной обмотке больше, чем количество витков на первичной обмотке.
  • Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. Этот тип трансформатора противоположен вышеуказанному, количество витков на вторичной обмотке меньше количества витков на первичной обмотке.

Части трансформатора

Прежде чем приступить к созданию повышающего трансформатора, давайте разберемся с основными частями трансформатора:

  • Первичная обмотка - изготовлена ​​из магнитной проволоки
  • Магнитный сердечник - выбирается в зависимости от мощности и частоты входного сигнала
  • Вторичная обмотка - изготовлена ​​из магнитной проволоки

Вещи, необходимые для создания очень простого повышающего трансформатора

Перед началом строительства вам потребуются следующие компоненты:

  • Изоляционная лента
  • Медный провод с покрытием (т.е.е. магнитный провод)
  • Материал сердечника (например, стальной болт может использоваться для представления сердечника)
  • Резистивный элемент (например, лампочка)
  • Источник питания переменного тока

Создание электрического повышающего трансформатора

Следующие шаги подробно объясняют процесс создания повышающего трансформатора:

  • Используйте большой стальной болт в качестве магнитопровода трансформатора. Сначала проверьте болт на намагничивание, прижав его к кухонному магниту.Если магнит заедает, стальной болт можно использовать в качестве сердечника.

  • Оберните болт изолентой, чтобы изолировать обмотки от «сердечника». Разрежьте медную проволоку с покрытием на два отрезка одинаковой длины и зачистите их с концов. Использование того же провода поможет вам убедиться, что количество обмоток катушки сопоставимо.

  • Оберните два медных провода несколько раз (не менее 12 витков) вокруг концов «сердечника» (стального болта). Эти проволочные катушки будут действовать как первичная и вторичная обмотки трансформатора.Убедитесь, что оголенные концы проводов оставлены свободными. Также сохраняйте зазор между первичной и вторичной обмотками. Закрепите изолентой.

  • Теперь подключите оголенные концы вторичной катушки к контактным выводам резистивного элемента (лампы). Следите за тем, чтобы они не касались друг друга контактами лампы, потому что короткое замыкание не позволит лампочке загореться. При необходимости можно использовать изоляционную ленту, чтобы удерживать провода на месте.

  • Наконец, подключите оголенные концы первичной катушки к источнику переменного тока.Выбор источника питания переменного тока с выключателем питания, регулируемым напряжением и предохранителем на входе поможет обеспечить безопасность и изоляцию от «настенного» питания. Начните с самого низкого уровня мощности переменного тока и постепенно увеличивайте, чтобы увидеть изменение яркости лампы. Лампочка должна загореться при включении питания. Если нет, проверьте соединения и попробуйте еще раз.

  • Если вы почувствуете запах гари, немедленно отключите концы первичной обмотки от источника питания. Однако это маловероятная ситуация, поскольку трансформатор должен обеспечивать сопротивление, достаточное для предотвращения прохождения слишком большого тока.

  • Если вы чувствуете запах гари, проверьте, не вызвана ли причина короткого замыкания контактом между оголенными проводами. Закройте оголенные провода изолентой и попробуйте еще раз.

  • Обратите внимание на то, что яркость лампы будет увеличиваться при увеличении конфигурации. Более того, сердечник трансформатора начнет работать как электромагнит. Это можно проверить, приложив к нему металлические предметы.

Наконечник: Для изготовления для промышленного повышающего трансформатора необходимо, чтобы вторичная обмотка имела больше витков, чем первичная.Более того, если вы хотите, чтобы у трансформатора было вдвое больше напряжения и вдвое меньше тока на вторичной обмотке, вставьте в два раза больше витков во вторичную обмотку.

Сопутствующие товары

После успешного завершения повышающей конфигурации попробуйте изменить передаточное число катушки на обратное. Это позволит вам сравнить работу трансформатора в понижающем и повышающем режимах. Вы также можете протестировать обе конфигурации на разных резисторных нагрузках.

Как использовать повышающий / понижающий трансформатор - Battery Backup Power, Inc.

Повышающие / понижающие трансформаторы позволяют повышать переменный ток с 110/115/120 вольт до 220/230/240 вольт переменного тока или понижать с 220/230/240 вольт переменного тока до 110/115/120 вольт переменного тока.

Это очень полезно, когда вам нужно использовать устройство 220/230/240 в США, и у вас нет настенной розетки 220/230/240 или нет возможности поручить лицензированному электрику установить ее для ты.

Поскольку шаговые трансформаторы предназначены для международного использования, большинство из них поставляются с вилкой Schuko, несовместимой с розетками, доступными в США.

Чтобы использовать шаговый трансформатор в США для повышения напряжения с 110/115/120 вольт переменного тока до 220/230/240 вольт переменного тока, необходимо использовать адаптер, который преобразует вилку Schuko в стандартную вилку NEMA 5-15P ( затыкать). Во-вторых, в зависимости от модели используемого шагового трансформатора обычно необходимо установить переключатель напряжения на 110 вольт.Значение по умолчанию обычно составляет 220 В, и его необходимо изменить перед подключением трансформатора. НЕ МЕНЯЙТЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕННОМ ТРАНСФОРМАТОРЕ.


Адаптер, используемый в этом видео, доступен по ссылкам ниже.

Универсальный переходник

- NEMA 5-15P - 110/115/120 В - 10 А макс
https://www.amazon.com/dp/B072MJ7BZJ
ИЛИ
https://www.backupbatterypower.com/collections/adapters / продукты / универсальный-переходник-нема-5-15п-120-вольт-15-амп


Шаговый трансформатор, используемый в этом видео, доступен по ссылке ниже.

SEVENSTAR 2000 Вт Максимальная мощность, сверхмощный трансформатор длительного использования (THG 2000 DOWN)
https://www.amazon.com/Heavy-Duty-Transformer-THG-2000-DOWN/dp/B000AUOCOA/

Назад к статьям - Системы ИБП с резервным питанием от батарей

Используйте стрелки влево / вправо для навигации по слайд-шоу или проведите пальцем влево / вправо при использовании мобильного устройства

▷ Повышающие и понижающие трансформаторы

Один из наших коллег по ЕЭС прислал нам эту статью несколько дней назад.Помните, что вы можете делать то же самое и говорить о чем угодно, даже о себе!

Что такое трансформатор?

Трансформаторы - это устройства, которые изменяют (трансформируют) напряжение подаваемой мощности для удовлетворения индивидуальных потребностей потребителей энергии. Он использует принцип электромагнитной индукции для изменения напряжения (переменной разницы) от одного значения к другому, меньшему или большему.

Трансформатор состоит из катушки из мягкого железа с двумя другими катушками, намотанными вокруг нее, но не соединенными друг с другом.Стальные катушки могут быть расположены друг над другом или намотаны на отдельных участках железного сердечника.

Катушка, на которую подается переменное напряжение, называется первичной обмоткой или первичной катушкой. Переменный ток в первичной обмотке создает изменяющееся магнитное поле вокруг нее всякий раз, когда подается переменный потенциал. Переменный ток, в свою очередь, вырабатывается изменяющимся полем во вторичной катушке, и величина создаваемого тока зависит от количества обмоток во вторичной катушке.

Существует два типа трансформаторов, а именно: понижающие и повышающие трансформаторы. Как правило, разница между ними заключается в количестве создаваемого напряжения в зависимости от количества вторичных катушек.

Понижающий трансформатор

Существует два типа трансформаторов, а именно: понижающие и повышающие трансформаторы. Как правило, разница между ними заключается в количестве создаваемого напряжения в зависимости от количества вторичных катушек.

В понижающем трансформаторе считается тот, у которого вторичных обмоток меньше, чем первичных.Другими словами, вторичное напряжение трансформатора меньше первичного. Таким образом, трансформатор предназначен для преобразования энергии высокого напряжения с низким током в мощность с низким напряжением и высоким током, и он в основном используется в быту.

Обычным случаем понижающего применения являются дверные звонки. Обычно в дверных звонках используется напряжение 16 вольт, но в большинстве бытовых цепей электропитания напряжение составляет 110–120 вольт. Следовательно, понижающий трансформатор дверного звонка получает 110 вольт и снижает его до более низкого напряжения, прежде чем подать его на дверной звонок.

Понижающие трансформаторы в основном используются для преобразования электроэнергии с напряжением 220 вольт в напряжение 110 вольт, необходимое для большинства бытового оборудования.

Повышающие трансформаторы

Повышающий трансформатор - прямая противоположность понижающему трансформатору. На вторичной обмотке больше витков, чем на первичной обмотке повышающих трансформаторов. Таким образом, напряжение, подаваемое на вторичный трансформатор, больше, чем напряжение на первичной обмотке.Из-за принципа сохранения энергии трансформатор преобразует низкое напряжение, сильный ток, в высокое напряжение-низкий ток. Другими словами, напряжение было увеличено.

Вы можете найти повышающие трансформаторы, расположенные рядом с электростанциями, которые рассчитаны на работу в мегаваттах. Помимо электростанций, повышающие трансформаторы также могут использоваться для местных и небольших приложений, таких как рентгеновский аппарат, для работы которого требуется около 50 000 вольт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *