Повышающий трансформатор это. Повышающий и понижающий трансформаторы: устройство, принцип работы и применение

Что такое повышающий и понижающий трансформаторы. Как устроены и работают эти типы трансформаторов. Где применяются повышающие и понижающие трансформаторы. Каковы их основные характеристики и отличия.

Что такое повышающий и понижающий трансформаторы

Повышающий и понижающий трансформаторы — это два основных типа трансформаторов, которые широко используются в системах передачи и распределения электроэнергии. Их главное отличие состоит в следующем:

• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение на выходе по сравнению с входным напряжением.
• Понижающий трансформатор уменьшает выходное напряжение относительно входного.

Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия этих типов трансформаторов.

Устройство повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор имеет следующую конструкцию:

• Первичная обмотка с меньшим числом витков (обмотка низкого напряжения)
• Вторичная обмотка с большим числом витков (обмотка высокого напряжения)
• Магнитопровод (сердечник) из электротехнической стали

Число витков вторичной обмотки больше, чем первичной. Это позволяет повысить напряжение на выходе трансформатора.

Как работает повышающий трансформатор

Принцип действия повышающего трансформатора основан на законе электромагнитной индукции:

1. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле в сердечнике.
2. Это поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке.
3. Так как витков во вторичной обмотке больше, индуцированная ЭДС и напряжение на выходе оказываются выше, чем на входе.

При этом ток во вторичной обмотке уменьшается пропорционально увеличению напряжения.

Устройство понижающего трансформатора

Конструкция понижающего трансформатора аналогична повышающему, но с обратным соотношением числа витков в обмотках:

• Первичная обмотка с большим числом витков (обмотка высокого напряжения)
• Вторичная обмотка с меньшим числом витков (обмотка низкого напряжения)
• Магнитопровод из электротехнической стали

Меньшее число витков во вторичной обмотке обеспечивает снижение напряжения на выходе.

Принцип работы понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор работает на том же принципе электромагнитной индукции:

1. Переменный ток первичной обмотки создает переменное магнитное поле в сердечнике.
2. Это поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке.
3. Из-за меньшего числа витков во вторичной обмотке индуцированная ЭДС и напряжение на выходе оказываются ниже входных.

При этом ток во вторичной обмотке увеличивается пропорционально уменьшению напряжения.

Основные характеристики трансформаторов

Ключевые параметры повышающих и понижающих трансформаторов включают:

• Коэффициент трансформации — отношение числа витков вторичной обмотки к первичной
• Номинальная мощность
• КПД
• Напряжение короткого замыкания
• Ток холостого хода

Эти характеристики определяют эффективность работы трансформатора и его возможности по преобразованию напряжения.

Применение повышающих трансформаторов

Основные области применения повышающих трансформаторов:

• Электростанции — для повышения напряжения генераторов до уровня высоковольтных линий электропередачи
• Линии электропередачи — для увеличения напряжения при передаче энергии на большие расстояния
• Сварочное оборудование — для получения высокого напряжения
• Бытовые электроприборы (например, микроволновые печи) — для повышения напряжения внутри устройства

Повышающие трансформаторы позволяют эффективно передавать электроэнергию с минимальными потерями.

Где используются понижающие трансформаторы

Понижающие трансформаторы применяются в следующих областях:

• Распределительные подстанции — для снижения напряжения линий электропередачи до уровня потребительских сетей
• Промышленные предприятия — для получения низкого напряжения из высоковольтных сетей
• Бытовые электроприборы — для преобразования сетевого напряжения в низкое рабочее напряжение устройств
• Зарядные устройства — для получения низкого напряжения для зарядки аккумуляторов

Понижающие трансформаторы обеспечивают безопасное использование электроэнергии потребителями.

Отличия повышающих и понижающих трансформаторов

Основные различия между этими типами трансформаторов:

• Соотношение числа витков в обмотках — обратное
• Направление изменения напряжения — противоположное
• Изменение силы тока — обратное соотношение
• Области применения — разные

При этом принцип действия и общая конструкция трансформаторов одинаковы, различается только соотношение параметров обмоток.

Преимущества и недостатки повышающих трансформаторов

Повышающие трансформаторы имеют следующие достоинства и ограничения:

Преимущества:

• Позволяют передавать энергию на большие расстояния с минимальными потерями
• Обеспечивают высокий КПД передачи электроэнергии
• Дают возможность получать высокие напряжения для специальных применений

Недостатки:

• Высокая стоимость из-за необходимости качественной изоляции
• Большие габариты и вес
• Сложность обслуживания высоковольтного оборудования

Плюсы и минусы понижающих трансформаторов

У понижающих трансформаторов можно выделить такие преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Обеспечивают безопасное использование электроэнергии потребителями
• Позволяют получать низкие напряжения для питания электронных устройств
• Имеют простую конструкцию и низкую стоимость для маломощных устройств

Недостатки:

• Необходимость применения проводов большего сечения во вторичной цепи
• Повышенные потери в обмотках из-за увеличения силы тока
• Сложность изготовления мощных низковольтных трансформаторов

Заключение

Повышающие и понижающие трансформаторы играют ключевую роль в современных системах передачи и распределения электроэнергии. Они позволяют эффективно передавать энергию на большие расстояния и безопасно использовать ее в промышленности и быту. Понимание принципов работы этих устройств важно для правильного проектирования и эксплуатации электрических сетей и оборудования.

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.

Содержание

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.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Понижающий трансформатор в электротехнике

Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя

Система запуска асинхронного двигателя: устройство и принцип работы, схема,

Трансформатор в электрических цепях

Токоизмерительные клещи: назначение, принцип работы, как пользоваться

Принцип действия трансформатора для повышения напряжения

Открытие в далёком 1831 году великим учёным Фарадеем принципа электромагнитной индукции позволило по-новому взглянуть на многие законы электротехники.

Именно основываясь на взаимодействие электромагнитных полей, через 45 лет после этого великий русский учёный П. Н. Яблочков получил патент на изобретение трансформатора. Классическое определение звучит так: трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее ток первичной обмотки одного напряжения, в ток вторичной обмотки с другим напряжением.

• Устройство и принцип работы
• Достоинства и недостатки сердечников
• Технические характеристики
• Типы устройств
• Обслуживание и ремонт

Индукционный эффект образуется при изменении электромагнитного поля, поэтому для работы трансформатора необходимо наличие напряжения с переменным током. Трансформация (передача) осуществляется преобразованием электрической энергии первичной обмотки в магнитное поле, а затем, во вторичной обмотке происходит обратное преобразование магнитного поля в электрическую энергию. В случае если количество витков вторичной обмотки будет превышать число витков первичной обмотки, то устройство будет называться повышающим трансформатором.

При подключении обмоток в обратном порядке, получается понижающее устройство.

Устройство и принцип работы

Конструктивно повышающее устройство трансформации напряжения состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник собран из пластин электротехнической листовой стали. На него намотаны первичная и вторичная обмотки, из медного провода, различного диаметра. Толщина провода намотки трансформатора напрямую зависит от его выходной мощности.

Сердечник устройства может быть стержневым или броневым. При использовании изделия в сетях низкочастотного напряжения чаще всего применяются стержневые магнит проводы, которые по форме могут быть:

• П-образные.
• Ш-образные.
• Тороидальные.

Изготавливаются сердечники из трансформаторного специального железа, от качественных характеристик которого и зависят многие общие параметры устройства. Набирается сердечник из тонких железных пластин, которые изолированы друг от друга лаком или слоем окиси, для уменьшения потерь за счёт вихревых токов. Могут применяться и готовые половинки, которые сделаны из сплошных железных лент.

Достоинства и недостатки сердечников

• Наборные чаще применяются для устройства магнитопроводов с произвольным сечением, ограничивающимся только шириной пластин. Лучшие параметры имеют устройства трансформации напряжения с квадратным сечением. Недостатком такого типа сердечника считается необходимость плотного стягивания пластин, малый коэффициент заполнения пространства катушки, а также повышенное рассеивание магнитного поля устройства.
• Витые сердечники намного проще наборных в сборке. Весь сердечник Ш-образного типа состоит из четырёх частей, а П-образный тип имеет только две части в своей конструкции. Технические характеристики такого трансформатора гораздо лучше, нежели чем наборного. К недостаткам можно отнести необходимость минимального зазора между частями. При физическом воздействии пластины частей могут отслаиваться, и, в дальнейшем очень трудно добиться плотного их прилегания.
• Тороидальные сердечники имеют форму кольца, которое свито из трансформаторной железной ленты. Такие сердечники имеют самые лучшие технические характеристики и практически полное исключение рассеивания магнитного поля. Недостатком считается сложность намотки, особенно проводов с большим сечением.

В трансформаторах Ш-образного типа все обмотки обычно делаются на центральном стержне. В П-образном устройстве вторичная обмотка может наматываться на один стержень, а первичная — на другой. Особенно часто, встречаются конструктивные решения, когда разделённые пополам обмотки наматываются на оба стержня, а после соединяются между собой последовательно. При этом существенно сокращается расход провода для трансформатора, и улучшаются технические характеристики прибора.

Технические характеристики

Основными характеристиками при эксплуатации трансформатора считаются:

• Напряжение входное.
• Величина напряжения на выходе.
• Мощность прибора.
• Ток и напряжение холостого хода.

Величина отношения напряжений на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от количества витков в обмотках и остаётся неизменным при любом режиме функционирования устройства.

От диаметра проводов и от типа сердечника напрямую зависит мощность трансформатора, которая со стороны первичной намотки равна сумме мощностей вторичных обмоток, за исключением потерь.

Напряжение, получаемое на выходной обмотке устройства, без подключения нагрузки, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь за счёт разного сопротивления проводов обмотки.

От качественных показателей сердечника трансформатора полностью зависит величина тока холостого хода. В идеальном случае, ток первичной обмотки создаёт в сердечнике устройства магнитное поле переменного значения, по величине электродвижущая сила которого равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но вот в реальности величина электродвижущей силы всегда меньше напряжения на входе, за счёт возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для уменьшения величины тока холостого хода, требуется материал высокого качества при изготовлении сердечника и минимальный зазор между его пластинами. Таким условиям в большей мере соответствуют тороидальные сердечники.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

• Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
• Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
• Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
• Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
• Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
• Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
• Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Обслуживание и ремонт

Желательно человеку, не знающему принцип действия электротехнических приборов, не заниматься ремонтными работами этого оборудования, из-за возможности поражения электрическим током. При ремонте и обслуживании трансформаторных устройств, единственное, что можно исправить, без недопустимых последствий, это перемотка трансформатора.

Перед началом любых ремонтных работ необходимо произвести проверку трансформатора:

• Первым делом необходимо оценить состояние прибора при помощи визуального осмотра, так как порой, потемневшие и вздувшиеся участки, прямо указывают на неисправность обмотки трансформатора.
• Определение правильности подключения устройства. Электрический контур, генерирующий магнитное поле обязательно должен быть подключён к первичной обмотке прибора. А вот вторая схема, потребляющая энергию трансформатора, должна быть включена в обмотку выходного напряжения.
• Фильтрация выходного сигнала фазы определяется как для диодов и конденсаторов на вторичной обмотке устройства.
• Следующим шагом нужно подготовить прибор к контрольному измерению параметров, т. е. снять защитные панели и крышки, чтобы получить свободный доступ к элементам схемы. С помощью тестера нужно в дальнейшем произвести измерение напряжения трансформатора.
• Для проведения измерений, нужно подать питание на схему устройства. Измерение параметров первичной обмотки проводится тестером в режиме переменного тока. Если полученное значение меньше чем на 80% от ожидаемого, то неисправность может быть как в самом трансформаторе, так и в схеме всего устройства.
• Проверку выходной обмотки осуществляют при помощи тестера. При этом проверяем обмотку как на возможность появления короткозамкнутых витков, так и на обрыв провода намотки катушки, по принципу измерения сопротивления (если сопротивление мало — то есть вероятность короткозамкнутых витков, а в случае когда сопротивление обмотки велико — обрыв).

После перемотки повышающего трансформатора напряжения, в случае неисправности обмотки, нужно собрать его в обратной последовательности, при этом особое внимание необходимо уделить наиболее плотному прилеганию пластин сердечника.

Самостоятельное изготовление или ремонт устройства предоставляется процессом очень сложным и трудоёмким. Для выполнения таких работ потребуется наличие необходимых материалов, а также умение производить некоторые специальные расчёты. В частности, нужно будет точно рассчитать количество витков в обмотке трансформатора, диаметр проводов для обмотки, а также сечение и тип сердечника устройства.

Поэтому лучше обратиться для проведения этих операций к квалифицированному человеку, знакомому с основными понятиями и свойствами электротехники и расчётами по необходимым формулам.

Разница между повышающим и понижающим трансформаторами

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает переменный ток от цепи к цепи с одной и той же частотой, но уровень напряжения обычно варьируется. По экономическим причинам электрическая энергия должна передаваться при высоком напряжении, а с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это увеличение напряжения передачи и снижение напряжения для использования могут быть достигнуты только с использованием повышающего трансформатора и понижающего трансформатора.

 

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

 

Содержание

1. Сравнительная таблица

2. Определение

3. Основные отличия

4. На заметку

1. Сравнительная таблица

Старший №	Повышающий трансформатор	Понижающий трансформатор
1	Выходное напряжение повышающего трансформатора больше напряжения 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 больше, чем его первичное напряжение.	Вторичное напряжение понижающего трансформатора меньше его первичного напряжения.
4	Количество витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной обмотке.	Число витков в первичной обмотке больше, чем во вторичной обмотке.
5	Первичный ток трансформатора больше, чем вторичный ток.	Вторичный ток больше первичного.
6	Повышающий трансформатор обычно используется для передачи электроэнергии. Генераторный трансформатор на электростанции является одним из примеров повышающего трансформатора.	В электрораспределении используется понижающий трансформатор. Трансформатор в жилом поселке — один из примеров понижающего трансформатора.

 

2. Определение

а. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор представляет собой тип трансформатора с функцией преобразования низкого напряжения (НН) и высокого тока с первичной обмотки трансформатора в высокое напряжение (ВН) и низкое значение тока на вторичной стороне трансформатора. .

б. Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это тип трансформатора, который преобразует высокое напряжение (ВН) и малый ток на первичной стороне трансформатора в низкое напряжение (НН) и высокое значение тока на вторичной стороне трансформатора. .

3. Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами

— Когда выходное (вторичное) напряжение больше входного (первичного), трансформатор называется повышающим. 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 она возрастает. Напротив, в понижающем трансформаторе напряжение вторичной обмотки ниже из-за сильного 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 будет увеличиваться, но в трансформаторе для передачи того же количества электроэнергии, если мы увеличим напряжение, то сила тока уменьшится и наоборот. Таким образом, мощность на выводах передачи и приема трансформатора постоянна.

 

— В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная — из тонкого медного провода с изоляцией. Напротив, в понижающем трансформаторе высокий выходной ток приводит к тому, что для изготовления вторичной катушки используется толстая изолирующая медь.

 

*Примечание 3: Толщина проводов зависит от способности электрического тока течь по ним.

 

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

4. Важно запомнить

Один и тот же трансформатор можно использовать как повышающий или понижающий трансформатор. Это зависит от того, как он подключен в цепи. Если входное питание подается на низковольтную обмотку, она становится повышающим трансформатором. С другой стороны, если входная мощность подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим.

Повышающие и понижающие трансформаторы | Tameson.com

Рис. 1: Трансформатор

Трансформаторы — это статические устройства, необходимые для эффективной передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Когда мощность проходит через трансформатор, напряжение, поступающее на вход или на первичный конец, изменяется для удовлетворения конкретных потребностей на выходе или на вторичном конце. В повышающем трансформаторе уровень напряжения на выходе повышается, а в понижающем трансформаторе уровень напряжения снижается. В этой статье обсуждается структура и использование повышающих и понижающих трансформаторов, а также некоторые принципы, регулирующие передачу электроэнергии.

Содержание

• Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?
• Принцип работы трансформатора
• Принцип действия повышающего трансформатора
• Принцип действия понижающего трансформатора
• Реверсивность работы трансформатора
• Применение повышающих трансформаторов
• Применение понижающих трансформаторов
• Часто задаваемые вопросы

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Повышающий трансформатор увеличивает входное напряжение и подает его на нагрузку, а понижающий трансформатор снижает входное напряжение на нагрузке. Для эффективной передачи энергии требуется высокое напряжение, но по соображениям безопасности мощность должна потребляться потребителями при более низком напряжении. Переход от низкого напряжения к высокому для передачи требует повышающего трансформатора. В некоторых странах повышающие трансформаторы имеют неоценимое значение. Например, уровень выработки электроэнергии в Индии составляет 11 кВ; следовательно, на генерирующих станциях требуются повышающие трансформаторы. Короче говоря, повышающий трансформатор повышает напряжение для передачи.

Понижающие трансформаторы преобразуют энергию высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Благодаря этому уровень мощности соответствует требованиям каждого устройства, подключенного к системам электропитания в домашних условиях или на предприятиях. Силовые цепи для дома рассчитаны на 230–110 В, но для некоторых функций требуется всего 16 В. Таким образом, понижающие трансформаторы необходимы для снижения напряжения до более низкого уровня мощности.

Кроме того, отдельные цепи в электрических системах в домах и на предприятиях обычно имеют одну и ту же частоту. Но часто напряжение должно отличаться. Поэтому в конструкцию многих бытовых приборов включаются повышающие или понижающие трансформаторы меньшего размера. Повышающие и понижающие трансформаторы могут быть как однофазными, так и трехфазными, в зависимости от типа используемого источника питания. Повышающие и понижающие трансформаторы служат для разных целей и имеют множество конфигураций, в зависимости от потребностей каждой конкретной ситуации.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор состоит из двух наборов проводов (см. рис. 2):

• Первичная обмотка (А): собирает питание
• Вторичная обмотка (В): обеспечивает питание

Первичная и вторичная обмотки намотаны вместе на сердечнике цепи из магнитного железа, но эти катушки не соприкасаются друг с другом, как видно на рис. 2. Сердечник изготовлен из магнитомягкого материала, состоящего из пластин (рис. 2 обозначен C) связаны вместе, чтобы помочь уменьшить потери в сердечнике. Потери в сердечнике — это потери энергии в сердечнике, вызванные переменным магнитным потоком. Нестабильное магнитное поле в конечном итоге разрушает функционирование материала сердечника.

Когда первичная обмотка (рис. 2, обозначенная буквой А) подключена к источнику питания, через катушку протекает ток и индуцируется магнитное поле. Часть этого магнитного поля соединяется со вторичными обмотками (рисунок 2, обозначенный B) за счет взаимной индукции, тем самым создавая ток и напряжение на вторичной (нагрузочной) стороне. Напряжение, создаваемое на стороне нагрузки, пропорционально числу витков вторичной обмотки по отношению к числу витков на первичной стороне. Преобразование напряжения определяется выражением

V1/V2 = N1/N2 = I2/I1

• V1: Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора
• V2: Напряжение вторичной (нагрузочной) обмотки трансформатора
• N1: Количество витков в первичной обмотке
• N2: Число витков вторичной обмотки
• I2: Ток, протекающий через вторичные обмотки
• И1: Ток, протекающий через первичные обмотки

Прочтите нашу статью об электрических трансформаторах, чтобы узнать больше о конструкции и различных способах подключения трансформатора.

Рисунок 2: Конструкция трансформатора с первичными обмотками (A), вторичными обмотками (B) и магнитным сердечником (C)

Принцип работы повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение на вторичных обмотках относительно основной стороны. Согласно уравнению преобразования напряжения, чтобы V2 было больше, чем V1, значение N2 должно быть больше, чем N1 (см. рис. 3). Следовательно, в повышающем трансформаторе

• N2 > N1
• В2 > В1
• I2 < I1

Повышающий трансформатор всегда понижает ток (при повышении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. Это связано с тем, что общая мощность на первичной и вторичной сторонах трансформатора одинакова. Толщина катушек трансформатора зависит от мощности тока, на которую он рассчитан. В повышающем трансформаторе по первичной обмотке протекает больший ток; следовательно, медный провод с толстой изоляцией используется для первичной обмотки и тонкий медный провод с изоляцией для вторичной обмотки. Трансформатор обычно оценивается по произведению напряжения и тока в кВА (киловольт-ампер). Прочтите нашу статью о калькуляторе трансформатора для получения более подробной информации о мощности, связанной с трансформатором.

Пример

Если трансформатор 1:10 подается 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 1
• Н2 = 10
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 100 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в десять раз превышает напряжение на первичной стороне.

Преимущества повышающего трансформатора

• Простота обслуживания
• Высокая эффективность
• Быстрый старт
• Передатчик мощности

Недостатки повышающего трансформатора

• Требуется система охлаждения
• Работает только с сигналами переменного тока (AC)
• Огромный размер

Принцип работы понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор снижает напряжение на вторичной обмотке относительно первичной. Из уравнения преобразования напряжения, чтобы V2 было меньше, чем V1, значение N2 должно быть меньше, чем N1. Следовательно, в понижающем трансформаторе

• N2 < N1
• В2 < В1
• I2 > I1

Понижающий трансформатор всегда увеличивает ток (при одновременном понижении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. В понижающем трансформаторе по вторичной стороне протекает больший ток; следовательно, толстый изолированный медный провод используется для вторичной обмотки, а тонкий изолированный медный провод — для первичной обмотки. Понижающие трансформаторы обычно используются в низковольтных трансформаторах для ландшафтного освещения.

Пример

Если трансформатор 100:1 подается 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 100
• Н2 = 1
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 0,1 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в 100 раз меньше по сравнению с напряжением на первичной стороне.

Преимущества понижающего трансформатора

• Высокая долговечность и надежность
• Меньше стоимости
• Высокая эффективность
• Обеспечивает различные источники напряжения для обычных бытовых приборов

Недостатки понижающего трансформатора

• Требует сложного обслуживания
• Работает только с AC

Реверсивность работы трансформатора

Функции повышающего и понижающего преобразования мощности могут выполняться с использованием одного и того же трансформатора. Разница в работе заключается в том, как трансформатор подключен к цепи. Если входное питание осуществляется по низковольтной обмотке, то трансформатор работает как повышающий вариант. Этот же трансформатор можно использовать как понижающий вариант входного питания, если он подключен к высоковольтной обмотке.

Применение повышающих трансформаторов

• Повышающие трансформаторы с первичными боковыми обмотками из толстого изолированного медного провода, которые повышают напряжение до 11000 вольт и более, необходимы для пользователей с особыми требованиями к питанию, такими как работа рентгеновских аппаратов, микроволновых и приложения для электростанций.
• Трансформаторы повышающие применяются для распределения электрической энергии в линиях электропередач большой мощности.
• Эти трансформаторы используются для усиления электронных устройств.

Применение понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы обычно используются в:

• Обычном бытовом оборудовании, таком как компакт-диски, телевизоры и дверные звонки.
• Стабилизаторы напряжения
• Инверторы
• Сети распределения электроэнергии
• Зарядка мобильного телефона
• Линии электропередачи

Рисунок 3: Повышающий высоковольтный трансформатор

Часто задаваемые вопросы

Каков основной научный принцип работы трансформатора?

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции, согласно которому катушка с током создает пропорциональное магнитное поле и наоборот.

Требуется ли трансформатор другого типа для повышения или понижения мощности?

Один и тот же тип трансформатора может использоваться для любой цели.