Применение трансформатора кратко. Применение трансформаторов в электроэнергетике и промышленности

Как работают трансформаторы. Для чего используются трансформаторы в энергосистемах. Какие виды трансформаторов применяются на производстве. Где еще находят применение трансформаторы в современной технике.

Принцип работы и устройство трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования параметров переменного электрического тока. Основными элементами конструкции трансформатора являются:

• Магнитопровод — замкнутый сердечник из ферромагнитного материала
• Первичная обмотка — подключается к источнику переменного тока
• Вторичная обмотка — к ней подключается нагрузка

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток. Он наводит ЭДС во вторичной обмотке. Величина ЭДС зависит от соотношения числа витков в обмотках.

Применение трансформаторов в энергосистемах

В электроэнергетике трансформаторы выполняют следующие важнейшие функции:

• Повышение напряжения на электростанциях для передачи энергии на большие расстояния
• Понижение напряжения на подстанциях для распределения энергии потребителям
• Преобразование числа фаз и частоты тока
• Регулирование напряжения в сетях

Силовые трансформаторы большой мощности устанавливаются на электростанциях, районных и местных подстанциях. Они обеспечивают передачу электроэнергии от источников к потребителям с минимальными потерями.

Виды трансформаторов на производстве

В промышленности применяются различные типы трансформаторов:

• Силовые — для питания электроприводов, электропечей и другого оборудования
• Сварочные — для электродуговой и контактной сварки
• Печные — для питания электродуговых и индукционных печей
• Преобразовательные — для питания выпрямительных и инверторных установок
• Измерительные — для подключения измерительных приборов и релейной защиты

Выбор типа трансформатора зависит от конкретных условий применения и требуемых параметров преобразования электроэнергии.

Применение трансформаторов в бытовой технике

В современных бытовых электроприборах широко используются маломощные трансформаторы для следующих целей:

• Понижение сетевого напряжения до безопасного уровня
• Гальваническая развязка цепей
• Согласование сопротивлений источника и нагрузки
• Фильтрация помех

Трансформаторы применяются в блоках питания компьютеров, телевизоров, аудиотехники, зарядных устройствах и многих других бытовых приборах.

Использование трансформаторов в радиоэлектронике

В радиотехнике и электронике трансформаторы выполняют следующие функции:

• Согласование каскадов усиления по импедансу
• Гальваническая развязка цепей
• Фазоинверсия сигналов
• Симметрирование линий связи
• Широкополосное согласование антенн

Импульсные трансформаторы применяются в схемах управления силовыми ключами и для передачи импульсных сигналов. Высокочастотные трансформаторы используются в радиопередатчиках.

Применение трансформаторов в измерительной технике

В измерительных приборах и системах используются специальные типы трансформаторов:

• Трансформаторы тока — для измерения больших переменных токов
• Трансформаторы напряжения — для измерения высоких напряжений
• Дифференциальные трансформаторы — для измерения малых перемещений
• Вращающиеся трансформаторы — для измерения углов поворота

Измерительные трансформаторы обеспечивают высокую точность преобразования сигналов и гальваническую развязку измерительных цепей от силовых.

Современные тенденции в трансформаторостроении

Основные направления совершенствования трансформаторов в настоящее время:

• Применение новых магнитных материалов с низкими потерями
• Использование сверхпроводящих обмоток
• Разработка сухих трансформаторов с литой изоляцией
• Создание интеллектуальных трансформаторов с системами мониторинга
• Совершенствование систем охлаждения мощных трансформаторов

Это позволяет повысить энергоэффективность, надежность и экологическую безопасность трансформаторного оборудования.

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открыта

М. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперноеским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы проф. А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствование трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В. В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н. Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого

 и др.

Трансформаторы широко используют для следующих целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи в СССР применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со строительством дальних линий электропередачи Экибастуз — Центр, Экибастуз — Урал и других напряжением 1150 кВ переменного тока наша электро­промышленность создала трансформаторные группы, состоящие из трех однофазных трансформаторов мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В постоянного тока — двенадцатифазные преобразовательные блоки с четырехобмоточными трансформаторами общей мощностью 1500 MB-А.

КПД таких трансформаторов составляет 98 — 99% и выше.

Для перспективных линий электропередачи переменного тока напряжением 1800—2000 кВ и постоянного тока напряжением 3000 кВ разрабатывают трансформаторы мощностью 1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая энергия распределяется между промышленными предприятиями и населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Кроме того, понижающие трансформаторы следует устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В. Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые для этих целей трансформаторы могут быть одно-и трехфазными, двух- и трехобмоточными.

1. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобра зователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей.  Поэтому  если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют 
   преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 — 1,5 разасократить, массогабаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

1. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.
2. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.
3. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Трансформаторы, перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п. 4, предназначенные для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электрической энергии, называют силовыми.  Для режима их работы характерны неизменная частота переменного тока и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Силовые трансформаторы, выпускаемые отечественными заводами, разделены на несколько групп (габаритов) от I до VIII. Например, трансформаторы мощностью до 100 кВ•А включительно относят к габариту I, от 160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до 6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

Применение трансформаторов в технике

Мы предполагаем, что вам понравилась эта презентация. Чтобы скачать ее, порекомендуйте, пожалуйста, эту презентацию своим друзьям в любой соц. Кнопочки находятся чуть ниже. Презентация была опубликована 5 лет назад пользователем Владлена Полуешкина. Наиболее Трансформатор от лат. Наиболее распространены трансформаторы электрические и гидротрансформаторы представляющие собой устройства для изменения физических величин, характеризующих соответственно электрическую и механическую энергию напр.

Поиск данных по Вашему запросу:

Применение трансформаторов в технике

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Трансформатор
• Трансформаторы в быту и на производстве
• Трансформаторы. Передача электрической энергии
• Применение трансформаторов в быту
• Применение трансформаторов сегодня
• Трансформаторы: их назначение и классификация
• Виды трансформаторов
• Применение трансформаторов
• Реферат: Виды и применение трансформаторов
• ​ Применение трансформаторов

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Принцип работы трансформатора

Трансформатор

Электричество, впервые этот термин ввел Уильям Гилберт. В одном из своих трудов он описал опыты с наэлектризованным телом.

С тех пор прошло много лет, в течении которых не прекращались исследования в этой отрасли. В них принимали участие лучшие ученые умы различных эпох. В итоге появились электрические станции, все населенные пункты опутывает сеть линий электропередач.

И сложно представить себе, что еще относительно недавно человек обходился без электроэнергии. Ведь сегодня она является необходимым условием для жизни и деятельности людей. Но чтобы все современное оборудование обеспечить электроэнергией необходимо осуществлять ее передачу на дальние расстояния.

Сделать это можно, используя трансформатор напряжения. Этот прибор позволил уменьшить потери в проводах, а также адаптировать параметры сети под конкретного потребителя. Чтобы понять, как небольшое устройство сумело справиться со столь сложными задачами, рассмотрим его конструктивные особенности.

Функция электрических сетей заключается как в выработке энергии, так и ее передаче на большие расстояния, а затем и распределении между потребителями. Вот для чего нужен специальный электромагнитный аппарат или трансформатор напряжения. Такие приборы находят широкое применение на электрических станциях. Они способны повышать или понижать напряжение. Смотрим видео, немного о трансформаторах и их действии:. Применяется такое оборудование как в закрытых помещениях, так и уличных условиях.

Благодаря использованию повышающих трансформаторов на таких объектах стало возможным передавать энергию на дальние расстояния с минимальными потерями в проводах. Это обеспечивается за счет уменьшения пощади сечения кабелей линий электропередачи. Но так как поступающее со станции высокое напряжение не может использоваться потребителями, то на входе обычно устанавливаются понижающие трансформаторы. Они позволяют получить сравнительно небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Одна из них называется первичной, так как на нее подается ток. Обмотка, к которой подключаются потребители называется вторичной. Принцип работы трансформатора напряжения заключается в следующем. Подключение его к сети приводит к поступлению тока на первичную обмотку. Переменный поток, образованный им, проходит по магнитопроводу.

При этом в витках обмоток индуцируются переменные ЭДС. Величина этой силы зависит от скорости изменения магнитного потока и того, как быстро он изменяется. А так как эти параметры являются постоянными для каждого прибора, то можно сделать вывод, что одинаковыми будут и индуцируемые в каждой обмотке ЭДС. Все они относятся к одной большой группе трансформаторов — силовым.

Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов.

Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке. Имеют отличия и в конструктивном исполнении.

В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением. Смотрим видео классификация трансформаторов:. Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки.

В зависимости от него изделия бывают следующих типов:. Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:. Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками.

Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации. Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения кВ важны и его технические характеристики:. Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Соответствуют ли они ожидаемым цифрам? Но даже выбрав модель в соответствии со всеми перечисленными требованиями стоит учитывать возможность ее подключения к цепи измерительных приборов для трансформаторов соответствующего типа.

Если предполагается использовать устройство в качестве защитного, то можно ограничиться изделием со средними показателями точности. В случае проведения измерений с минимальными погрешностями выбирают лабораторные трансформаторы напряжения 10 кВ. Приобретая приборы для бытового обслуживания стоит воспользоваться услугами профессиональных консультантов.

Они, имея необходимые знания и опыт помогут выбрать оптимальную модель. Смотрим видео, диагностика и обслуживание:. Но чтобы оборудование работало эффективно необходимо еще и правильно его эксплуатировать. Установка и использование трансформаторов выполняются в соответствии с нормативными документами. В них же оговаривается и порядок обслуживания приборов. Согласно этим документам после монтажа устройства необходимо проверить схемы включения и все элементы во вторичных цепях.

Исходя из полученных результатов оценивают возможность включения трансформатора в работу. Уровень масла в трансформаторах должен поддерживаться в пределах шкалы в зависимости от температуры окружающей среды.

Также периодически устройство проверяют на предмет отсутствия протекания масла и чистоту изоляции. Для этого используют специальный индикатор — силикагель. При насыщении влагой он приобретает розовый окрас, в то время как в нормальном состоянии он голубого цвета. В процессе обслуживания прибора необходимо соблюдать меры безопасности. Они регламентируются нормативными документами. Осмотр трансформатора под напряжением допускается выполнять, находясь на безопасном расстоянии от токоведущих частей.

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов.

Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор. Подробно о трансформаторе напряжения. Устройство прибора. Различные виды трансформаторов.

Классификация приборов напряжения. Оценка статьи:. Нет голосов, будьте первым.

Трансформаторы в быту и на производстве

Реферат на тему. Ученица 11А класса. Берёзовский г. Трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Назначение и сфера применения трансформаторов. Функция небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Трансформаторы. Передача электрической энергии

Каждое из преобразований обычно осуществляется вместе с передачей энергии электромагнитным путем из одной электрической цепи в другую. В основу классификации трансформаторов положены различные признаки, определяемые их схемным назначением, электрическими параметрами, конструкцией и т. Согласующие трансформаторы предназначены для согласования сопротивлений между звеньями каскадами в радиоприемной, радиопередающей, усилительной и иной аппаратуре. Эти трансформаторы можно подразделить на входные, промежуточные и выходные. Они работают на фиксированной частоте или в полосе частот. Они широко используются в импульсной технике и в устройствах управления тиратронами и тиристорами. Однообмоточныйтрансформатор — автотрансформатор, в котором между первичной входной и вторичной выходной стороной существует не только магнитная, но и прямая электрическая связь.

Применение трансформаторов в быту

Электричество, впервые этот термин ввел Уильям Гилберт. В одном из своих трудов он описал опыты с наэлектризованным телом. С тех пор прошло много лет, в течении которых не прекращались исследования в этой отрасли. В них принимали участие лучшие ученые умы различных эпох. В итоге появились электрические станции, все населенные пункты опутывает сеть линий электропередач.

Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии.

Применение трансформаторов сегодня

Широкое применение в различных схемах радиоэлектроники находят трансформаторы малой мощности от нескольких ВА до тысячных долей ВА. К таким трансформаторам предъявляются особые требования, которые могут быть удовлетворены только при применении специальных ферромагнитных материалов и специального устройства их обмоток и сердечника. В современной электронной аппаратуре, применяемой в разнообразных отраслях техники, используются трансформаторы, преобразующие ток или напряжение электрических сигналов в широком спектре звуковых и сверхзвуковых частот. Они, как и усилители, рассчитанные на этот диапазон частот, условно называются трансформаторами и усилителями низких частот. Указанные трансформаторы должны быть устроены таким образом, чтобы искажения, вносимые ими, были как можно меньше, т. При этом приходится брать малые насыщения сердечника трансформатора и учитывать не только активные и индуктивные сопротивления обмоток, но и их емкостные связи, так как при высокой частоте преобразуемого тока токи, протекающие через емкости между обмотками, соизмеримы с токами, непосредственно протекающими по обмоткам.

Трансформаторы: их назначение и классификация

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная рис. В режиме холостого хода , то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность. Другой важный вывод состоит в том, что ток J 1 в первичной обмотке в режиме нагрузки значительно больше тока холостого хода. Это напряжение равно ЭДС источника e 1 переменного тока.

Перевозка негабаритной строительной техники» во избежание сгорания электрооборудования применяются преобразователи.

Виды трансформаторов

Применение трансформаторов в технике

Конструктивно трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком , намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнитомягкого материала. Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории [3]. В году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции , лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. При подключении к зажимам одной обмотки батареи гальванических элементов начинал отклоняться гальванометр на зажимах другой обмотки.

Применение трансформаторов

Электрический трансформатор — это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод обычно замкнутого типа. Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом.

Сегодня мы не представляем нашу жизнь без электричества. Оно вошло в наш быт, и мы даже не замечаем его, не задумываемся, что для обеспечения нашего комфорта необходима слаженная работа огромного количества электрооборудования.

Реферат: Виды и применение трансформаторов

Приборы для измерения электрического тока нашли широкое применение в технике. Особое внимание было выделено для трансформаторов. Их принцип действия основан на электромагнитной индукции, что служит для повышения или понижения напряжения переменного тока. Строение простейшего трансформатора включает в себя сердечник из магнитномягкого материала, на которые наматываются две обмотки: первичная и вторичная, изображенные на рисунке 2. Рисунок 2.

​ Применение трансформаторов

Трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнито-мягкого материала. Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич профессор МУ сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика е. Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

Трансформатор

Что такое трансформатор

Определение 1

Трансформатор — это устройство для преобразования напряжения и силы тока в электрической цепи. С помощью трансформатора можно преобразовывать переменный ток и напряжение без изменения частоты.

Трансформатор состоит из обычно, замкнутого сердечника, который изготавливают из мягкого ферромагнетика и двух обмоток (первичной и вторичной). Обычно в электрической цепи первичную обмотку (вход трансформатора) подключают к сети питания (источнику) переменного тока, а вторичная обмотка (выход) подключается к потребителям электричества. ЭДС электромагнитной индукции (${{\mathcal E}}_i$), которая появляется во вторичной обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. При изменении количества витков во вторичной обмотке можно существенно изменять напряжение на выходе прибора.

Принцип действия трансформатора

Рассмотрим, как связаны напряжение на входе ($U_1$) и напряжение ($U_2$) на выходе. При этом считаем, что $Ф$ — магнитный поток в сердечнике (магнитопроводе), допустим, что он описывается гармоническим законом:

$Ф=Ф_m{sin \left(\omega t\right)\ }\left(1\right) $, где:

• $\omega \ $ — угловая частота переменного тока (число периодов за 2$\pi \ секунд$),
• $Ф_m$ — амплитуда магнитного потока.

В реальных трансформаторах некоторая часть линий индукции, которая создана первичной обмоткой, покидает сердечник и замыкается вне вторичной обмотки. Так образуется магнитный поток рассеяния, влекущий за собой потери электроэнергии и, соответственно, общая мощность за счёт этих потерь уменьшается.

В качественных трансформаторах потоком рассеяния можно пренебречь в сравнении с потоком внутри сердечника, следовательно, можно считать, что потоки через обмотки равны ($Ф$). Если ${{\mathcal E}}_1$ — ЭДС самоиндукции, то она равна:

${{\mathcal E}}_1={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(2\right) $

ЭДС во второй обмотке (${{\mathcal E}}_2$) равна:

${{\mathcal E}}_2=-N_2\frac{dФ}{dt}\left(3\right)$, где:

• $N_1 — $количество витков в первичной обмотке,
• $N_2$ — число витков во вторичной обмотке.

Используем закон Ома, тогда напряжение на входе трансформатора ($U_1$) равно:

$U_1=R_1I_1-{{\mathcal E}}_1=R_1I_1+N_1\frac{dФ}{dt}\left(4\right)$

Напряжение на выходе ($U_2$) равно:

$U_2=R_2I_2-{{\mathcal E}}_2=R_2I_2+N_2\frac{dФ}{dt}\left(5\right)$, где:

• $R_1\ и\ R_2$ — сопротивления обмоток,
• $I_1\ и\ I_2$ — силы тока в соответствующих обмотках.

Допустим, что вторичная обмотка является разомкнутой ($I_2=0$). Кроме того для практически всех технических трансформаторов $R_1I_1\ll {{\mathcal E}}_1$. Разделим почленно уравнение (5) на (4), получим:

$\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\left(6\right)$,

где отношение $\frac{N_2}{N_1}=K$ называется коэффициентом трансформации.

Этот коэффициент показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного в режиме холостого хода. В том случае, если трансформатор имеет нагрузку, то падением напряжения пренебречь нельзя, вместо формулы (6) получается более сложное выражение. Формула (6) описывает закон преобразования амплитуд напряжений в трансформаторе.

Габаритную мощность трансформатора, определяемую габаритами сердечника и его материалом, можно вычислить по следующей формуле:

$P_{gab}=\frac{U_1 \cdot I_1 + U_12\cdot I_2}{2}\left(7\right)$

В том случае, если вторичной обмоткой трансформатора является часть первичной обмотки (или наоборот, часть вторичной обмотки является первичной обмоткой), трансформатор является автотрансформатором. Часто один из контактов автотрансформатора делают подвижным. Это дает возможность плавно менять выходное напряжение.

Трансформатор — пример применения вихревого электрического поля. Вихревое поле вызывает перемещение электронов во вторичной обмотке, таким образом, оно является причиной появления ЭДС.

Замечание 1

Первые трансформаторы были созданы П.Н. Яблочковым в 1877 г. и Ф.Н. Усагиным в 1882 г., а производить силовые трансформаторы в СССР стали с 1928 года.

Применение трансформаторов

Трансформаторы выполняют важные функции в электротехнике. Так в линиях электропередач применяются высокие напряжения (порядка десятков тысяч вольт). Благодаря их использованию можно уменьшить силу тока в линиях, что ведет к существенному уменьшению стоимости строительства линий электропередачи. При этом создавать генераторы и приборы — потребители электрической энергии, которые рассчитаны на высокие напряжения сложно, так как это требует высококачественной изоляции обмоток. В результате, генераторы производят низкое напряжение, а потом это напряжение увеличивают, используя повышающие трансформаторы. Там, где электрическая энергия потребляется, ток высокого напряжения изменяют, используя понижающие трансформаторы.

Замечание 2

Трансформаторы имеют высокий КПД, доходящий до $99\%$. Они не содержат движущихся частей.

Трансформаторы можно использовать для согласования источника мощности с нагрузкой для получения максимальной отдачи мощности, это применимо для многих устройств. Так, с помощью трансформатора согласовывается большое внутреннее сопротивление усилителя с малым сопротивлением громкоговорителя.

Задание № 1: Изобразите векторную диаграмму холостого хода в трансформаторе.

Решение:

Холостым ходом трансформатора называют его работу при разомкнутой вторичной обмотке ($I_2=0$). Пренебрежем запаздыванием фазы потока магнитной индукции в сравнении с фазой силы тока в первичной обмотке из-за некоторой инерции, которая возникает при перемагничивании материала сердечника. Если потерями и рассеянием потока пренебречь, то можно записать:

$U_{1i}={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(1.1\right)$

$U_{2i}={-N}_2\frac{dФ}{dt}\left(1.2\right)$

Так как сила тока холостого хода очень мала, как и сопротивление первичной обмотки в сравнении с ее индуктивным сопротивлением, следовательно:

$U_1\approx -U_{1i}$

$U_{1i}$ отстает на $\frac{\pi }{2}$ от магнитного потока.

Напомним, что $U_1-\ $ — внешнее напряжение, которое приложено к первичной обмотке, $U_{1i}$ — напряжение в первичной обмотке в результате самоиндукции, $U_{2i}$ — напряжение на вторичной обмотке в результате взаимной индукции, $I_m$ — сила тока холостого хода, $Ф_m$ — поток холостого хода, который охватывается каждым витком обмоток.

Рисунок 1. Векторная диаграмма холостого хода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Задание № 2: Объясните, в чем эксплуатационные особенности автотрансформатора?

Решение:

Эксплуатационное отличие автотрансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки автотрансформатора находятся между собой в электрическом контакте, а обмотки трансформатора изолированы. Поэтому статические заряды из первичной обмотки автотрансформатора могут перейти во вторичную обмотку, что в трансформаторе исключено. Это явление следует учитывать. Автотрансформатор является экономичной конструкцией трансформатора, так как помогает экономить на обмоточных проводах. При этом автотрансформатор сохраняет все физические принципы работы трансформатора.

Как это работает, детали, типы, области применения, преимущества

Трансформатор — это машина, которая помогает преобразовывать мощность из одной цепи в другую без изменения частоты. В этом посте мы обсудим, что такое трансформатор, как он работает, его части, различные типы с кратким введением, приложениями, преимуществами и недостатками.

Что такое трансформатор

Это электрооборудование, работающее по принципу индукции. Он в основном используется в электроснабжении для передачи электрической энергии с одного уровня напряжения на другой.

Рис. 1 – Знакомство с трансформатором

Они датируются 1880-ми годами. После открытия свойства индукции произошла эволюция трансформатора, которая сделала его более эффективным и меньшим по размеру. В 1830 году Отто Блати, Микша Дери, Карой Циперновски из Австро-Венгерской империи были первыми джентльменами, спроектировавшими Трансформеры. Они экспериментировали и использовали его в коммерческих целях.

Основные части трансформатора

Состоит из трех основных частей. Их:

• Сердечник
• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка

Сердечник

Создает путь для магнитного потока.

Первичная обмотка

Получает вход от источника переменного тока.

Вторичная обмотка

Получает энергию от первичной обмотки и передает ее на нагрузку.

Рис. 2 – Основные части трансформатора

Как работает трансформатор

Чтобы понять, как он работает, давайте рассмотрим однофазные трансформаторы, как показано на Рис. 3 ниже. Один или несколько электрических проводников из изолированной меди или алюминия намотаны на вертикальную часть магнитного сердечника, называемую «ветвями». Когда напряжение В ₁ подается на первичную обмотку, переменное напряжение В ₂ возникает во вторичной обмотке за счет взаимной индукции.

Электрические проводники в Ядре магнитно связаны, и Энергия передается через эту электрическую/магнитную связь. Соотношение между числом витков катушек равно напряжениям при нулевой нагрузке. Количество витков первичной обмотки обозначается как N ₁ , и аналогичное количество витков вторичной обмотки обозначается как N 9.0053 2 .

Таким образом, уравнение трансформатора:

Рис. 3 – (a) Принципиальная схема однофазного трансформатора (b) Принципиальная схема однофазного трансформатора Назначение и назначение трансформаторов, они могут быть различных типов, как указано ниже:

• Повышающие и понижающие трансформаторы
• Трехфазные и однофазные трансформаторы
• Силовые, распределительные и измерительные трансформаторы
• Двухобмоточные трансформаторы и трансформаторы с автоматической обмоткой
• Трансформаторы для наружной и внутренней установки
• Трансформаторы с масляным охлаждением и сухие трансформаторы
• Трансформаторы с сердечником, кожухом и ягодой

Ступенька вверх и вниз 90 Трансформатор

Такие трансформаторы обычно помогают при перепадах напряжения. Они стабилизируют питание и нормально их распределяют.

Рис. 4 – Повышающий и понижающий трансформаторы

  Подробнее о повышающем трансформаторе, принципах его работы, конструкции, применении и преимуществах Уравнение, типы, преимущества и недостатки  

Трехфазный и однофазный трансформатор

Трехфазная система питания используется из-за ее экономической эффективности по сравнению с однофазными трансформаторами. Однако, учитывая размер и простоту транспортировки, подходят однофазные трансформаторы. Далее они делятся на:

• Тип сердечника
• Тип корпуса

Тип сердечника

В этом типе обе обмотки (первичная и вторичная) размещены на боковых плечах и имеют две магнитные цепи.

Тип кожуха

Этот тип имеет один магнитный контур и обмотку, расположенную на центральных плечах трансформатора.

Рис. 5 – Однофазный и трехфазный трансформатор

Силовой, распределительный и измерительный трансформатор

Силовые трансформаторы предназначены для стабилизации колебаний напряжения питания. Это используется во время продолжительности нагрузки высокой мощности.

Распределительные трансформаторы предназначены для коммерческих или жилых целей. Он имеет хороший уровень эффективности с 50% полной нагрузкой и может работать в течение 24 часов с хорошей регулировкой напряжения.

Измерительные трансформаторы включает трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, которые используются для снижения напряжения. Они обеспечивают электрическую изоляцию между силовой цепью высокого напряжения и измерительными приборами.

Рис. 6 – Распределительные трансформаторы

Двухобмоточный и автообмоточный трансформатор

Это трансформаторы, используемые в зависимости от отношения напряжения. Двухобмоточные трансформаторы используются с коэффициентом больше 2, а последний используется при коэффициенте напряжения меньше 2.

0031

Как следует из названия, наружные трансформаторы устанавливаются для наружного оборудования. Внутренние трансформаторы обычно предназначены для офисных или жилых помещений.

Рис. 8 – (a) Трансформаторы наружной установки (b) Трансформаторы внутренней установки

Масляные и сухие трансформаторы

Различие между двумя трансформаторами заключается в системе охлаждения. В то время как для масляного охлаждения требуется масло, а для трансформатора сухого типа в качестве охлаждающей среды используется воздух.

Рис. 9 – Трансформаторы сухого и масляного охлаждения

  Применение трансформаторов

электроэнергии, трансформаторы используются на электростанциях, промышленных предприятиях и традиционных электроэнергетических компаниях.

Используются для управления мощным источником питания.

Используются в качестве повышающих/понижающих устройств при передаче электроэнергии.

Преимущества трансформаторов

Преимущества указаны ниже:

• Его главным преимуществом является контроль и стабилизация передачи напряжения.
• Время запуска не требуется.
• Высокоэффективен при меньших капиталовложениях и низких эксплуатационных расходах.
• Обеспечивают изоляцию от земли.
• В трансформерах нет движущихся частей.

Недостатки Трансформеров

В работе Трансформеров есть некоторые недостатки. Некоторые из них упомянуты ниже.

• Из-за материала, из которого изготовлен железный сердечник, ток теряется.
• Выделяет много тепла, требующего охлаждения. Это создает перерыв в потоке тока.

  Читайте также: 
 Двигатель постоянного тока  — классификация, рабочий механизм, области применения и преимущества 
  Коэффициент мощности — треугольник мощности, типы, коррекция коэффициента мощности, применение, преимущества 
  Как сделать простой инвертор в домашних условиях – шаг за шагом  

Трансформаторы: применение, конструкция и эффективность

Хотя большинство из нас сталкивались с трансформаторами в своей профессиональной жизни, удивительно, как мало о них знает средний дизайнер или технический специалист. Основная функция трансформатора состоит в том, чтобы «преобразовать» переменный ток из нежелательного напряжения в напряжение, подходящее для данной цепи. Хорошим примером такого применения является использование управляющих трансформаторов для снижения высокого линейного напряжения до более низкого и более безопасного управляющего напряжения. Более низкое управляющее напряжение можно безопасно использовать в шкафу управления и в различных компонентах оборудования.

Трансформаторы выполняют эту задачу за счет индуктивной связи первичной и вторичной катушек. Когда напряжение в первичной обмотке возрастает и падает, оно создает соответствующее магнитное поле, которое индуцирует симпатическое напряжение во вторичной обмотке. Чтобы управлять входным и выходным напряжениями, количество витков в каждой катушке регулируется для получения «соотношения» между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Таким образом, если трансформатор имеет 100 витков на первичной обмотке и 50 витков на вторичной обмотке, то он имеет отношение 2 к 1. Следовательно, когда на первичную обмотку подается 120 В переменного тока, вторичная производит 60 В переменного тока. Если роли катушек поменять местами и 120 В переменного тока подаются на вторичную обмотку, то первичная будет производить 240 В переменного тока. Во время этого процесса задействованные токи претерпевают обратное преобразование, то есть, если для вторичного выхода требуется 60 В переменного тока при 5 А, то на первичный выход должно подаваться 120 В переменного тока при минимальном токе 2,5 А. На рис. 1 показаны коэффициенты трансформации и преобразование напряжения в ток трансформатора.

В основном на рынке широко доступны трансформаторы двух типов: изолирующие и автоматические. Большинство трансформаторов представляют собой изолирующие устройства, в которых первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. Изолирующий трансформатор обладает двумя отличительными особенностями, которые очень нужны для большинства приложений. Во-первых, вторичная цепь электрически изолирована от более высокого и более опасного входного напряжения. Это обеспечивает уровень безопасности, необходимый для большинства цепей. Вторая особенность заключается в том, что изолирующий трансформатор естественным образом отфильтровывает переходные процессы высокого напряжения и высокочастотный шум. В грязной электрической среде эта функция может сыграть важную роль в защите чувствительной электроники. В некоторых случаях изолирующий трансформатор может означать разницу между надежным оборудованием и полностью нефункциональным хламом.

На рис. 2 показан вид в разобранном виде типичного изолирующего трансформатора с C-образным сердечником. Обратите внимание, что две катушки полностью отделены друг от друга как физически, так и электрически. Единственная связь между двумя катушками — магнитная через сердечник.

На рис. 3 показан типичный трансформатор с сердечником типа «E». В этом случае первичная и вторичная обмотки располагаются вокруг общей стойки в центре сердечника. Такая компоновка позволяет получить более компактную установку с более высоким КПД. По этим причинам конструкции сердечника «E» являются предпочтительными для управляющих трансформаторов и трансформаторов общего назначения.

Для приложений, где изоляция нежелательна или не нужна, может быть указан автотрансформатор. Эти трансформаторы обычно используются для согласования напряжения. В тех случаях, когда часть оборудования может быть сконфигурирована для стандарта напряжения, отличного от имеющегося на месте установки, автотрансформатор, согласующий напряжение, обеспечивает экономичное решение проблемы. Типичным примером является оборудование, подключенное к сети 240 В переменного тока, которое размещается в здании с сетью 208 В переменного тока. В этом случае достаточно скромный автотрансформатор может повысить сервис и проблема быстро решается.

На рис. 4 схематично показан автотрансформатор, согласующий напряжение. В этом случае линейное напряжение подключается к соответствующим входным клеммам, а отрегулированные напряжения доступны на различных выходных клеммах.

Несмотря на то, что существуют буквально тысячи применений трансформаторов, основная часть этих применений подпадает под четыре основные категории. Наиболее наглядным применением является распределение электроэнергии через национальную сеть. Стоит только взглянуть на телефонные столбы, которые заполонили наш ландшафт, и вы, скорее всего, увидите столбовой трансформатор.

Вторая категория трансформаторов предназначена для распределения электроэнергии в зданиях. В этих случаях высокое стандартное напряжение из сети подключается к зданию и направляется на центральный распределительный трансформатор. Выходы этих трансформаторов предназначены для обеспечения почти всех стандартных напряжений, существующих в стране. На рис. 5 показано схематическое изображение трехфазного распределительного трансформатора. Обратите внимание, что трансформатор представляет собой изолирующую конструкцию, которая помогает защитить здание от переходных процессов высокого напряжения и помех, которые могут передаваться по сети.

Вторая часть, продолжение которой будет опубликовано в Выпуске 16, будет включать в себя встраивание трансформаторов в элементы машины, приложения для управления трансформаторами и многое другое. Прочтите его здесь: http://library.automationdirect.com/transformers-application-construction-and-efficiencies-issue-16-2010/

Брайан С. Эллиотт

Первоначально опубликовано: 1 сентября 2009 г.

Что такое модель-трансформер?

Если вы хотите оседлать новую волну ИИ, возьмите трансформатор.

Это не игрушечные роботы-трансформеры из телевизора и не бадьи размером с мусорное ведро на телефонных столбах.

Итак, что такое модель-трансформер?

Модель преобразователя — это нейронная сеть, которая изучает контекст и, таким образом, значение, отслеживая отношения в последовательных данных, таких как слова в этом предложении.

В моделях-трансформерах применяется постоянно развивающийся набор математических методов, называемых вниманием или само-вниманием, для обнаружения незаметных способов, которыми даже отдаленные элементы данных в ряду влияют друг на друга и зависят друг от друга.

Трансформеры, впервые описанные в статье Google за 2017 год, являются одними из новейших и самых мощных классов моделей, изобретенных на сегодняшний день. Они продвигают волну достижений в области машинного обучения, которую некоторые называют искусственным интеллектом-трансформером.

Исследователи из Стэнфорда назвали трансформеры «основными моделями» в статье от августа 2021 года, потому что они видят, что они вызывают сдвиг парадигмы в ИИ. «Масштаб и размах моделей фундамента за последние несколько лет расширили наше представление о том, что возможно», — написали они.

Что могут модели-трансформеры?

Трансформеры переводят текст и речь практически в режиме реального времени, открывая встречи и классы для разных участников и людей с нарушениями слуха.

Они помогают исследователям понять цепочки генов в ДНК и аминокислоты в белках таким образом, чтобы ускорить разработку лекарств. Преобразователи

, иногда называемые базовыми моделями, уже используются со многими источниками данных для множества приложений. Трансформаторы

могут обнаруживать тенденции и аномалии для предотвращения мошенничества, оптимизации производства, предоставления онлайн-рекомендаций или улучшения здравоохранения.

Люди используют трансформеры каждый раз, когда ищут в Google или Microsoft Bing.

Эффективный цикл Transformer AI

Любое приложение, использующее последовательные текстовые, графические или видеоданные, является кандидатом для моделей Transformer.

Это позволяет этим моделям двигаться по благотворному циклу ИИ-трансформера. Преобразователи, созданные с использованием больших наборов данных, делают точные прогнозы, которые способствуют их более широкому использованию, генерируя больше данных, которые можно использовать для создания еще более совершенных моделей.

Исследователи из Стэнфорда говорят, что трансформеры знаменуют собой следующий этап развития ИИ, который некоторые называют эрой ИИ-трансформеров.

«Трансформеры сделали возможным обучение с самоконтролем, а искусственный интеллект достиг невероятной скорости», — сказал основатель и генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг в своем программном выступлении на этой неделе в GTC.

Преобразователи заменяют CNN, RNN

Преобразователи во многих случаях заменяют сверточные и рекуррентные нейронные сети (CNN и RNN), самые популярные типы моделей глубокого обучения всего пять лет назад.

Действительно, 70 процентов статей arXiv по ИИ, опубликованных за последние два года, упоминают трансформаторы. Это радикальный сдвиг по сравнению с исследованием IEEE 2017 года, в котором сообщалось, что RNN и CNN были наиболее популярными моделями распознавания образов.

Без меток, выше производительность

До появления преобразователей пользователям приходилось обучать нейронные сети с помощью больших помеченных наборов данных, создание которых требовало больших затрат и времени. Находя закономерности между элементами математически, преобразователи устраняют эту необходимость, делая доступными триллионы изображений и петабайты текстовых данных в Интернете и в корпоративных базах данных.

Кроме того, математика, которую используют трансформеры, поддается параллельной обработке, поэтому эти модели могут работать быстро.

Трансформеры теперь доминируют в популярных списках лидеров по производительности, таких как SuperGLUE, эталонный тест, разработанный в 2019 году для систем обработки языков.

Как трансформеры обращают внимание

Как и большинство нейронных сетей, модели трансформеров представляют собой большие блоки кодировщика/декодера, которые обрабатывают данные.

Небольшие, но важные дополнения к этим блокам (показаны на диаграмме ниже) делают трансформаторы уникально мощными.

Заглянуть под капот из презентации Эйдана Гомеса, одного из восьми соавторов статьи 2017 года, в которой даны определения трансформаторов. Трансформаторы

используют позиционные энкодеры для маркировки элементов данных, входящих и исходящих из сети. Единицы внимания следуют этим тегам, вычисляя своего рода алгебраическую карту того, как каждый элемент соотносится с другими.

Запросы на внимание обычно выполняются параллельно путем вычисления матрицы уравнений в так называемом многоголовом внимании.

С помощью этих инструментов компьютеры могут видеть те же закономерности, что и люди.

Самовнимание находит смысл

Например, в предложении:

Она наливала воду из кувшина в чашку, пока она не наполнилась.

Мы знаем, что «это» относится к чашке, а в предложении:

Она лила воду из кувшина в чашку, пока та не опустела.

Мы знаем, что «это» относится к кувшину.

«Смысл — это результат взаимосвязей между вещами, а внимание к себе — это общий способ изучения взаимосвязей», — сказал Ашиш Васвани, бывший старший научный сотрудник Google Brain, руководивший работой над основополагающей статьей 2017 года.

«Машинный перевод был хорошим средством проверки собственного внимания, потому что вам нужны были короткие и длинные отношения между словами», — сказал Васвани.

«Теперь мы видим, что внимание к себе — мощный и гибкий инструмент для обучения», — добавил он.

Как трансформеры получили свое название

Внимание настолько важно для трансформеров, что исследователи Google почти использовали этот термин в качестве названия своей модели 2017 года. Почти.

«Attention Net звучит не очень захватывающе», — сказал Васвани, который начал работать с нейронными сетями в 2011 году9.0003

.Jakob Uszkoreit, старший инженер-программист в команде, придумал название Transformer.

«Я утверждал, что мы трансформировали представления, но это была просто игра в семантику», — сказал Васвани.

Рождение трансформеров

В статье для конференции NeurIPS 2017 команда Google описала свой трансформер и рекорды точности, которые он установил для машинного перевода.

Благодаря набору методов они обучили свою модель всего за 3,5 дня на восьми графических процессорах NVIDIA, что составляет небольшую часть времени и стоимости обучения предыдущих моделей. Они обучили его на наборах данных, содержащих до миллиарда пар слов.

«Это был интенсивный трехмесячный спринт до даты подачи статьи», — вспоминает Эйдан Гомес, стажер Google в 2017 году, который участвовал в работе.

«В ту ночь, когда мы отправляли заявку, мы с Ашишем всю ночь работали в Google, — сказал он. «Я успел поспать пару часов в одном из небольших конференц-залов и проснулся как раз вовремя для представления, когда кто-то, пришедший рано на работу, открыл дверь и ударил меня по голове».

Это был тревожный звонок во многих смыслах.

«Той ночью Ашиш сказал мне, что он был убежден, что это будет иметь большое значение, что-то, что изменит правила игры. Я не был убежден, я думал, что это будет скромный выигрыш в тесте, но оказалось, что он был очень прав», — сказал Гомес, который сейчас является генеральным директором стартапа Cohere, предоставляющего услуги языковой обработки на основе трансформеров.

Момент для машинного обучения

Васвани вспоминает волнение, когда увидел, что результаты превосходят аналогичную работу, опубликованную командой Facebook с использованием CNN.

«Я понимаю, что это может стать важным моментом в машинном обучении», — сказал он.

Год спустя другая команда Google пыталась обрабатывать текстовые последовательности как в прямом, так и в обратном направлении с помощью преобразователя. Это помогло зафиксировать больше взаимосвязей между словами, улучшив способность модели понимать значение предложения.

Их модель Bidirectional Encoder Representations from Transformers (BERT) установила 11 новых рекордов и стала частью алгоритма поиска Google.

В течение нескольких недель исследователи по всему миру адаптировали BERT для вариантов использования во многих языках и отраслях, «потому что текст — это один из самых распространенных типов данных, которые есть в компаниях», — сказал Андерс Арптег, 20-летний ветеран исследований в области машинного обучения.

Запуск трансформаторов в работу

Вскоре модели трансформаторов стали адаптировать для науки и здравоохранения.

Компания DeepMind в Лондоне углубила свои знания о белках, строительных кирпичиках жизни, используя преобразователь под названием AlphaFold2, описанный в недавней статье в Nature. Он обрабатывал цепочки аминокислот, как текстовые строки, чтобы установить новый водяной знак для описания того, как укладываются белки, работа, которая может ускорить открытие лекарств.

AstraZeneca и NVIDIA разработали MegaMolBART, преобразователь, предназначенный для разработки лекарств. Это версия трансформатора MolBART фармацевтической компании, обученная на большой немаркированной базе данных химических соединений с использованием платформы NVIDIA Megatron для создания крупномасштабных моделей трансформаторов.

Reading Molecules, Medical Records

«Точно так же, как языковые модели ИИ могут изучать отношения между словами в предложении, наша цель состоит в том, чтобы нейронные сети, обученные на данных о молекулярной структуре, могли изучать отношения между атомами в реальном времени. молекулы мира», — сказал Ола Энгквист, глава отдела молекулярного ИИ, научных открытий и исследований и разработок в AstraZeneca, когда в прошлом году было объявлено о работе.

Отдельно академический медицинский центр Университета Флориды сотрудничал с исследователями NVIDIA для создания GatorTron. Модель преобразователя направлена ​​на извлечение информации из огромных объемов клинических данных для ускорения медицинских исследований.

Трансформеры растут

Попутно исследователи обнаружили, что большие трансформаторы работают лучше.

Например, исследователи из Ростлаборатории Технического университета Мюнхена, которые помогли первопроходцам в работе на стыке ИИ и биологии, использовали обработку естественного языка для понимания белков. Через 18 месяцев они закончили использовать RNN с 90 миллионов параметров для моделей трансформаторов с 567 миллионами параметров.

Исследователи Ростлаба показывают, что языковые модели, обученные без меченых образцов, улавливают сигнал последовательности белка.

Лаборатория OpenAI показала, что чем больше, тем лучше с помощью генеративного предварительно обученного преобразователя (GPT). Последняя версия GPT-3 , имеет 175 миллиардов параметров по сравнению с 1,5 миллиардами для GPT-2.

Обладая дополнительным весом, GPT-3 может отвечать на запрос пользователя даже в тех задачах, для решения которых он не был специально обучен. Его уже используют такие компании, как Cisco, IBM и Salesforce.

Сказка о мегатрансформере

В ноябре NVIDIA и Microsoft достигли высшей отметки, объявив о модели Megatron-Turing Natural Language Generation (MT-NLG) с 530 миллиардами параметров. Он дебютировал вместе с новой структурой NVIDIA NeMo Megatron, цель которой — позволить любому бизнесу создавать свои собственные преобразователи с параметрами в миллиард или триллион для обеспечения работы пользовательских чат-ботов, личных помощников и других приложений ИИ, понимающих язык.

MT-NLG публично дебютировал в качестве мозга для TJ, аватара Той Дженсен, который выступил с основным докладом на GTC NVIDIA в ноябре 2021 года.

«Когда мы увидели, как TJ отвечает на вопросы — мощность нашей работы продемонстрировал наш генеральный директор — это было захватывающе», — сказал Мостофа Патвари, возглавлявший команду NVIDIA, занимавшуюся обучением модели.

«Мегатрон помогает мне ответить на все эти трудные вопросы, которые Дженсен задает мне», — сказал TJ на GTC 2022.

Создание таких моделей не для слабонервных. MT-NLG обучался с использованием сотен миллиардов элементов данных, процесс, который требовал, чтобы тысячи графических процессоров работали в течение нескольких недель.

«Обучение больших моделей трансформеров дорого и требует много времени, поэтому, если вы не добьетесь успеха в первый или во второй раз, проекты могут быть отменены», — сказал Патвари.

Трансформаторы с триллионами параметров

Сегодня многие инженеры ИИ работают над трансформаторами с триллионами параметров и приложениями для них.

«Мы постоянно изучаем, как эти большие модели могут улучшить работу приложений. Мы также изучаем, в каких аспектах они терпят неудачу, поэтому мы можем создавать еще более совершенные и большие», — сказал Патвари.

Чтобы обеспечить вычислительную мощь, необходимую этим моделям, наш новейший ускоритель — графический процессор NVIDIA h200 с тензорными ядрами — содержит Transformer Engine и поддерживает новый формат FP8. Это ускоряет обучение, сохраняя при этом точность.

Благодаря этим и другим достижениям «обучение моделей-трансформеров можно сократить с недель до дней», — сказал Хуан из GTC.

MoE значит больше для трансформаторов

В прошлом году исследователи Google описали Switch Transformer, одну из первых моделей с триллионом параметров. Он использует разреженность ИИ, сложную архитектуру, состоящую из нескольких экспертов (MoE), и другие усовершенствования для повышения производительности при обработке языка и до 7-кратного увеличения скорости перед обучением.

Энкодер для Switch Transformer, первая модель с триллионом параметров.

Со своей стороны, Microsoft Azure работала с NVIDIA над внедрением преобразователя MoE для своей службы Translator.

Решение проблем, связанных с трансформаторами

Теперь некоторые исследователи стремятся разработать более простые трансформаторы с меньшим количеством параметров, которые обеспечивают производительность, аналогичную самым большим моделям.

«Я вижу многообещающие модели, основанные на поиске, которые меня очень волнуют, потому что они могут изменить кривую», — сказал Гомес из Cohere, упомянув в качестве примера модель Retro от DeepMind.

Модели, основанные на поиске, обучаются, отправляя запросы в базу данных. «Это круто, потому что вы можете выбирать, что добавлять в эту базу знаний», — сказал он.

В гонке за более высокой производительностью модели-трансформеры стали крупнее.

Конечная цель состоит в том, чтобы «заставить эти модели учиться так же, как люди, из контекста в реальном мире с очень небольшим количеством данных», — сказал Васвани, ныне соучредитель стартапа в области искусственного интеллекта.

Он представляет будущие модели, которые будут выполнять больше предварительных вычислений, поэтому им потребуется меньше данных, и у них будут лучшие способы обратной связи с пользователями.

«Наша цель — создавать модели, которые помогут людям в их повседневной жизни», — сказал он о своем новом предприятии.

Безопасные, ответственные модели

Другие исследователи изучают способы устранения предвзятости или токсичности, если модели усиливают неправильный или вредный язык. Например, Стэнфорд создал Центр исследований базовых моделей для изучения этих вопросов.

«Это важные проблемы, которые необходимо решить для безопасного развертывания моделей», — сказал Шримаи Прабхумо, научный сотрудник NVIDIA, один из многих представителей отрасли, работающих в этой области.

«Сегодня большинство моделей ищут определенные слова или фразы, но в реальной жизни эти проблемы могут проявляться незаметно, поэтому мы должны учитывать весь контекст», — добавил Прабхумо.

«Это главная забота Cohere, — сказал Гомес. «Никто не будет использовать эти модели, если они навредят людям, поэтому ставка на стол — сделать самые безопасные и ответственные модели».

За горизонтом

Васвани представляет себе будущее, в котором самообучающиеся, управляемые вниманием трансформеры приближаются к святому Граалю ИИ.