Принцип действия трансформатора: устройство, работа и применение

Основные принципы работы трансформатора

Векторные группы и заземление нейтрали

Три конфигурации, в которых обычно соединяются три фазные обмотки трансформатора: треугольник, звезда или соединенная звезда (зигзаг). Конфигурации (расположение обмоток) показаны на Рисунке 1 ниже.

Как сгруппированы векторы и как используется номенклатура фазовых соотношений, определяется следующим образом:

• Заглавные буквы для обозначения группы векторов первичной обмотки
• Строчные буквы для обозначения группы вторичной обмотки
• D или d обозначают первичную или вторичную обмотку треугольником
• Y или обозначают первичную или вторичную обмотку звездой
• Z или z обозначают первичную или вторичную обмотку, соединенную звездой
• N или n обозначает первичную или вторичную обмотку с заземлением к нейтрали.

Числа представляют фазовое соотношение между первичной и вторичной обмотками .

Углы смещения напряжения от вторичной к первичной задаются в соответствии с положением «стрелок» на часах относительно положения середины дня или двенадцати часов.

Это означает: 1 — -30 °, 3 — -90 °, 11 — + 30 ° и так далее .

Пример определения векторной группировки Dy1 приведен на рисунке 1. В этом случае заметно, что вторичное напряжение звезды находится в положении на один час, что означает , что оно отстает от первичного треугольника. вектор напряжения на 30 ° .

На рисунке 2 ниже показан еще один пример , определяющий группировку векторов Dyn5 .

Очевидно, что вторичное напряжение звезды находится в положении «5 часов», что означает, что оно отстает от вектора первичного напряжения треугольником на 5 × 30 ° = 150 ° .

В основном разработчики системы сами решают, какое расположение векторной группировки требуется для каждого уровня напряжения в сети, хотя есть много факторов, влияющих на это решение.

Важными аспектами с точки зрения пользователя являются:

1. Смещение вектора между системами, подключенными к каждой обмотке трансформатора, и возможность достижения параллельной работы
2. Обеспечение точки или точек заземления нейтрали, где находится нейтраль к земле либо напрямую, либо через импеданс
3. Практичность конструкции трансформатора и стоимость, связанная с требованиями к изоляции
4. Обмотка Z снижает дисбаланс напряжения в системах, где нагрузка неравномерно распределяется между фазами, и допускает нагрузку нейтрального тока с изначально низкими нулевыми значениями. сопротивление последовательности. Поэтому часто используется для заземления трансформаторов.

Соответствующее содержание EEP с рекламными ссылками

Электротрансформатор — конструкция, работа и типы

Эта статья поможет вам разобраться в основных понятиях электрических трансформаторов или силовых трансформаторов, их конструкции, принципе действия, проводимых на них испытаниях и их классификации.

Вы когда-нибудь задумывались, как электричество, произведенное в сельской местности, освещает ваш дом, питает ваши бытовые приборы и электронные устройства, которые вы используете и носите? Как линии высокого напряжения, проходящие над головой, преобразуются в линии низкого напряжения и помогают вам смотреть прямые трансляции спортивных состязаний по телевизору? Оборудование, которое это делает, называется электрическим трансформатором.

Раньше Электроэнергия постоянного тока вырабатывалась вблизи грузовых станций и распределялась. Изобретение трансформатор привел к недавним достижениям в производстве электроэнергии, секторы передачи и распределения. Трансформаторы сделали массовую выработку электроэнергии возможна передача электроэнергии переменного тока на большие расстояния. Сегодня мощность передается на до 765 кВ с минимальными потерями мощности и более высоким КПД.

Что такое электрический трансформатор?

Электрический трансформатор или силовой трансформатор r — это часть оборудования, которая предназначена для изменения величины переменного напряжения в цепи без изменения частоты и с минимальными потерями мощности.Он используется для понижения и повышения напряжения. Энергия передается от его входной стороны к его выходной стороне в процессе электромагнитной индукции.

Используется для передачи мощность, произведенная в удаленном месте для потребителя, эффективно на необходимое напряжение. Трансформаторы доступны в различных размерах и номиналах от те огромные на подстанции к тем крошечным на электронной плате.

Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности и закона Фарадея электромагнитной индукции . Прохождение переменного тока через катушку создает переменное магнитное поле. Когда другая катушка контактирует с переменным магнитным полем, в этой катушке индуцируется напряжение. Согласно закону Фарадея величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения магнитного потока, соединяющего вторую катушку, и количества витков.

ε = -N dΦ / dt

В случае трансформаторов: Поскольку скорость изменения магнитного потока между катушками практически одинакова, индуцированное напряжение зависит от количества витков катушек.

An Идеальный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных вокруг два вертикальных плеча ядра. Когда переменное напряжение подается на первичная обмотка трансформатора, через нее протекает ток, что создает переменное магнитное поле и, следовательно, переменный магнитный поток.Величина создаваемого магнитного поля зависит от количества витков катушка. Этот магнитный поток индуцирует ЭДС во вторичной катушке. Нагрузка может быть подключен к вторичной обмотке, пропускающей ток.

Идеальный трансформатор — это воображаемый трансформатор, имеющий нулевые потери, бесконечную магнитную проницаемость и 100% КПД. Поскольку одинаковая величина магнитного потока связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора, соотношение приложенного напряжения (V _{первичная} ) и индуцированного напряжения (вторичная V ) должно быть пропорционально отношению количества витков в первичной обмотке к количество витков (N _{первичной} ) во вторичной обмотке (N _{вторичной} ).

В _{первичный} / V _{вторичный} = N _{первичный} / N _{вторичный}

В Идеальный трансформатор, входная мощность равна выходной мощности.

В _{первичный} / V _{вторичный} = I _{вторичный} / I _{первичный}

В реальном трансформаторе индуцируемое за один виток напряжение определяется следующим уравнением:

E / N = K.Φm.f

где K — константа, Φm — максимальное значение общего потока по Веберсу, связывающее это оборот, а f — частота питания в герцах.

В повышающих трансформаторах вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная. Кроме того, напряжение на вторичной обмотке должно быть выше, чем напряжение первичной обмотки (в зависимости от соотношения витков). Повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения передачи и уменьшения потерь при передаче. Их можно найти на генерирующих станциях и обычно называют силовыми трансформаторами.

В понижающем трансформаторе количество витков на вторичной стороне трансформатора меньше, чем количество витков на первичной стороне и, следовательно, напряжение.Эти трансформаторы используются для понижения напряжения на распределительной стороне энергосистемы.

Коэффициент «n» витков трансформатора — это число, обозначающее отношение количества витков проводника в первичной катушке к числу витков вторичной катушки. Коэффициент трансформации также известен как коэффициент трансформации напряжения. Это говорит о напряжении, доступном на вторичной стороне трансформатора для приложенного первичного напряжения.

N _P — Число витков проводника в первичной обмотке.

В _P — Приложенное первичное напряжение.

N _S — Число витков проводника вторичной обмотки.

В _S — Преобразованное напряжение, измеренное на вторичной обмотке.

Подробнее: Онлайн — Калькулятор коэффициента трансформации трансформатора

Независимо от типа конструкции, ниже представлены основные компоненты трансформатора.Узнайте больше о различных частях электрического трансформатора.

• Сердечник
• Обмотка
• Изоляция
• Консерватор
• Трансформаторное масло (в масляных трансформаторах)
• Реле Бухгольца

Сердечник трансформатора — это часть, на которую намотаны первичная и вторичная обмотки. Это поддерживает обмотки, а также обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитный поток, связывающий первичную и вторичную обмотки.Он состоит из высоких Ламинирование проницаемой кремнистой стали для уменьшения потерь в сердечнике.

Электротрансформаторы имеют два набора обмоток: обмотку низкого напряжения и обмотку высокого напряжения. Несколько витков медных проводов, связанных вместе, образуют обмотки трансформатора. Размер медных проводников зависит от тока нагрузки. В большинстве случаев обмотки называют первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Обычно обмотка, к которой подключено входное напряжение, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.

Изоляция — самая важная часть электрических трансформаторов. Обмотки изолированы друг от друга и от сердечника. Нарушения изоляции трансформаторов — самая серьезная проблема. Следовательно, при проектировании трансформатора особое внимание уделяется изоляции. Лак , крафт-бумага , хлопковая целлюлоза и прессованный картон являются наиболее широко используемыми изоляционными материалами для обмоток.

Не все трансформаторы, но в масляных трансформаторах трансформаторное масло служит двойным назначение изоляции и охлаждения.Имеет высокое напряжение пробоя, высокое удельное сопротивление и высокая диэлектрическая прочность. Он извлекает тепло из обмотки и сердечник трансформатора и помогает снизить потери и улучшает КПД и срок службы трансформатора.

Реле Бухгольца

Реле Бухгольца — это устройство защиты, используемое в электрических трансформаторах. Это реле с масляным приводом, используемое для определения неисправностей, возникающих внутри основного бака масляного трансформатора. Он может определять короткие замыкания, утечку масла, перегрев катушек трансформатора и т. Д.

Подробнее о реле Бухгольца подробно: Реле Бухгольца — Принцип действия

 W  Кто изобрел электрический трансформатор? 
В 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери, разработали первый высокоэффективный трансформатор. Этот трансформатор получил название трансформатор ЗНД. Это привело к новым разработкам в конструкции трансформатора. Первый трехфазный трансформатор был разработан Михаилом Доливо-Добровольским. 

Потери в трансформаторе подразделяются на потери в обмотке и в сердечнике.Потери в обмотке возникают из-за сопротивления проводника. Он пропорционален квадрату тока, протекающего через него. Использование толстых медных проводников минимизирует сопротивление току и снижает потери в обмотке. Потери в сердечнике возникают из-за вихревых токов, образующихся в сердечнике трансформатора, и эффекта гистерезиса. Потери в сердечнике, также известные как потери в стали, всегда постоянны и не зависят от нагрузки. Использование ламинированного сердечника из мягкого железа и толстых проводников может помочь снизить потери в сердечнике и повысить КПД трансформатора.

Это теоретическая схема, которая представляет трансформатор и его физическое поведение. Эта схема, показанная ниже, представляет различные электрические параметры трансформатора. По этой схеме легко вычислить различные потери и перепады напряжения.

В _P — Первичное или приложенное напряжение

I _P — Первичный ток

R _P — Сопротивление первичной обмотки

X _P — Реактивное сопротивление первичной обмотки

I _C — Составляющая тока, вносящая вклад в потери в сердечнике

R _C — Резистивная составляющая, приводящая к потерям в сердечнике

I _M — Ток намагничивания

X _M — Реактивное сопротивление намагничивания

В _с — Вторичное напряжение или приложенное напряжение

I _с — Вторичный ток

R _s — Сопротивление вторичной обмотки

X _s — Реактивное сопротивление вторичной обмотки

Примечание:

Вышеупомянутая эквивалентная схема представляет собой обобщенную форму эквивалентной схемы для идеального трансформатора с коэффициентом трансформации 1: 1 без ссылки ни на первичную, ни на вторичную стороны.

Подробнее: Эквивалентная схема и фазовая схема трансформатора

Насколько точно Трансформация напряжения происходит в трансформаторе при изменении нагрузки от нуля. нагрузка до полной нагрузки определяется регулированием напряжения трансформатора. Это рассчитывается по следующей формуле:

Где,

E _sec-noload — Напряжение измеряется на вторичной обмотке без нагрузки.

E _{сек при полной загрузке} — Напряжение измерено на вторичной обмотке при полной нагрузке.

Подробнее о регулировании напряжения

Трансформаторы подразделяются на различные типы в зависимости от различных параметров, таких как тип источника питания, их применение, тип конструкции, метод охлаждения, рабочее напряжение, режим работы, форма сердечника и т. Д.

Классификация по типу источника питания: Трехфазный трансформатор, однофазный трансформатор.

Классификация по типу конструкция: Трансформатор с сердечником, Трансформатор типа Shell.

Классификация основана на методе охлаждения: Сухого типа или с естественным воздушным охлаждением, с масляным охлаждением — Oil Natural Air Natural (ONAN), Oil Natural Air Forced (ONAF), Oil Forced Air Natural (OFAN), Oil Forced Air Forced ( OFAF), с масляным и водяным охлаждением — масляное природное водяное принудительное (ONWF), масляное принудительное водяное охлаждение (OFWF)

Классификация по назначению : Распределительный трансформатор, трансформатор напряжения, трансформатор тока, изолирующий трансформатор, радиочастотный трансформатор, катушка Тесла.

Подробнее: Виды электротрансформаторов.

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы — это электрические трансформаторы низкого напряжения. Они находятся недалеко от центров силы. Он снижает передаваемое напряжение до уровней, которые может использовать потребитель.

Трансформаторы потенциала

Трансформаторы потенциала (PT) используются для понижения высокого напряжения до измеримого уровня, чтобы облегчить измерение и управляемость.Они подключаются параллельно к линиям передачи, а измерительные приборы подключаются к их вторичной обмотке.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока (ТТ) используются для понижения высоких токов до измеримых уровней, чтобы облегчить измерение и управляемость. Они подключаются последовательно к нагрузке, а измерительные приборы подключаются к их вторичной обмотке.

Электротрансформаторы проходят следующие испытания:

1. Проверка сопротивления обмотки.
2. Проверка сопротивления изоляции.
3. Проверка сопротивления трансформатора.
4. Тест без нагрузки — Тест на разрыв цепи.
5. Тест импеданса короткого замыкания — Тест короткого замыкания.
6. Испытание на превышение температуры.
7. Проверка полярности.
8. Диэлектрические испытания трансформаторного масла.
9. Испытания уровня шума

Подробнее: Испытание на обрыв и испытание на короткое замыкание в трансформаторах

Электрический трансформатор можно рассматривать как наиболее важный компонент в сети передачи и распределения электроэнергии.Он выполняет функцию повышения эффективности передачи и снижения потерь и затрат на передачу. В основном трансформатор повышающих / понижающих напряжений. Электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением от 11 кВ до 28 кВ при частоте 50 Гц. Чтобы уменьшить потери при передаче, напряжение повышается до 220 кВ или более и передается. На распределительной подстанции оно снова понижается до 33 кВ или 11 кВ в зависимости от требований и подается в промышленность. На стороне бытового потребителя он снова снижается до низковольтных нагрузок потребителя.

Подробнее: Почему электричество передается при высоком напряжении?

При повышении напряжения ток нагрузки, протекающий по линиям передачи, уменьшается. Уменьшение тока нагрузки приводит к уменьшению потерь в меди (потери I2R) и размера проводника, используемого для передачи энергии. Следовательно, стоимость передачи энергии, а также ее эффективность повышаются. Следовательно, электрические трансформаторы повышают эффективность, надежность системы и снижают затраты на передачу электроэнергии.

Артикулы:

1. Силовые трансформаторы с тороидальной линией. Рейтинг мощности утроился: https://web.archive.org/web/20160924114636/http://www.magneticsmagazine.com/main/articles/toroidal-line-power-transformers-power-ratings-tripled/
2. Lane, Кейт (2007 г.) (июнь 2007 г.). «Основы больших трансформаторов сухого типа». EC&M. Проверено 29 января 2013 г.
3. Электромеханические системы, электрические машины и прикладная мехатроника Сергей Эдуард Лышевский.
Электротрансформаторы
4. Эрик Эгберт Уайлд · 1940

| Диаграмма состояния холостого хода и нагрузки под нагрузкой

Первичная и вторичная обмотки и магнитный сердечник трансформатора неподвижны по отношению друг к другу.Первичная обмотка подключена к переменному источнику питания, в результате чего в магнитопроводе создается переменный магнитный поток (т.е. величина потока изменяется во времени).

Присутствуют три фактора, необходимые для создания наведенного напряжения: проводники, магнитный поток и относительное движение. Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции , то есть изменяющийся ток в первичной обмотке вызывает изменяющийся поток в обеих обмотках, вызывая противо-ЭДС в первичной обмотке и индуцированное напряжение во вторичной обмотке, которое по сути то же самое, что и наведенная ЭДС.

Небольшой трансформатор показан на рис. 1 (a) , а стандартное обозначение схемы для однофазного трансформатора с железным сердечником показано на рис. 1 (b) . Обратите внимание, что две обмотки обычно наматываются отдельно и размещаются рядом.

Рисунок 1 Трансформатор и символ чертежа

В условиях холостого хода напряжение питания подается на высокоиндуктивную первичную обмотку.Постоянный ток вызовет протекание большего тока, вероятно, сгорит трансформатор за очень короткое время. Однако переменный ток создает самоиндуцированное напряжение В ₁ ^‘, лишь немного меньшее, чем приложенное напряжение, и противоположное приложенному напряжению.

Единственные потери — это потери, необходимые для создания магнитного поля и тока, протекающего через сопротивление первичной обмотки.

Ток холостого хода или возбуждения обычно очень мал по сравнению с током полной нагрузки.Во многих случаях ток возбуждения может составлять от 1 до 3% от тока полной нагрузки.

Ток возбуждения вызывает создание переменного потока, называемого «взаимным потоком», в сердечнике, соединяющем первичную и вторичную обмотки, как показано на , рис. 2, . Взаимный поток вызывает индуцирование напряжения во вторичной обмотке — вторичное напряжение В ₂ ^‘ — но ток не может течь до тех пор, пока не будет подключена нагрузка.

Рисунок 2 Ненагруженный трансформатор

Ток возбуждения можно разделить на две прямоугольные составляющие, называемые энергетической и намагничивающей составляющими, как показано на векторной диаграмме ненагруженного трансформатора в Рисунок 3 .

Параллельные схемы используют напряжение в качестве опорного вектора, а последовательные цепи используют ток , поскольку в каждом случае опорный вектор является общим для всех компонентов в схеме. В трансформаторах взаимный поток, создаваемый намагничивающим компонентом, является общим для обеих обмоток и используется в качестве опорного вектора при построении векторных диаграмм для трансформаторов.

Рисунок 3 Векторная диаграмма для холостого трансформатора

Соотношения векторов показаны на Рисунок 3 .Поток Φ показан как эталонный вектор, и намагничивающая составляющая тока возбуждения находится в фазе с ним. Как Φ, так и I _м представляют собой чисто индуктивную часть цепи, и поэтому они будут отставать на 90 ° E от приложенного напряжения В ₁ .

Это означает, что с магнитным потоком в качестве опорного вектора напряжение будет опережать поток на 90 ° E. Энергетическая составляющая тока I _e , которая представляет потери в цепи железа и небольшие потери в меди, является резистивной и будет представлена ​​вектором, совпадающим по фазе с напряжением.

Ваттметр , подключенный в первичной цепи, покажет мощность, используемую для покрытия этих потерь. Сумма векторов I _м и I _e складывается с током холостого хода I ₀ . Большой угол (возможно, приближающийся к 90 °) между V ₁ и I ₀ указывает на очень низкий коэффициент мощности трансформатора на холостом ходу.

Самоиндуцированное напряжение В ₁ ^′ в первичной обмотке, поскольку оно противостоит приложенному напряжению, на 180 ° E не совпадает по фазе с В ₁ .

Когда нагрузка приложена к вторичным клеммам, течет вторичный ток I ₂ , и определяется его величина и фазовое соотношение с вторичным напряжением на клеммах В ₂ по типу нагрузки.

Закон Ленца говорит нам, что направление этого вторичного тока I ₂ всегда будет таким, чтобы препятствовать любому изменению потока Φ. На рис. 4 , W ₁ — это первичная обмотка, начало которой обозначено сплошной точкой «•».

Рисунок 4 Нагруженный трансформатор

Предположим, что в определенный момент времени первичный ток I ₁ течет от начала до конца обмотки, создавая магнитный поток с магнитной полярностью по часовой стрелке. направление вокруг железного сердечника, как показано. Этот поток является взаимным для обеих катушек.

Взаимный поток вызывает ток реакции в обеих катушках, который препятствует установлению взаимного потока.Это можно рассматривать как противоположный реактивный поток, но общий эффект заключается в уменьшении взаимного потока, тем самым уменьшая самоиндуцированное напряжение В ₁ ^′ в первичной обмотке и позволяя большему току течь в обеих первичных и вторичный.

Все эти события происходят вместе. Приложение нагрузки вызывает ток во вторичной обмотке; вызывая размагничивающий поток; уменьшение взаимного потока. Самоиндуцированное напряжение в первичной обмотке уменьшается; увеличивается первичный ток; взаимный поток возрастает до исходного значения.На практике взаимный поток в железном сердечнике трансформатора остается постоянным для всех нагрузок.

Таким образом, увеличение вторичного тока нагрузки вызывает увеличение первичного тока линии.

Векторная диаграмма в Рисунок 5 показывает общий случай трансформатора под нагрузкой. Предположим для целей диаграммы, что вторичное напряжение равно первичному напряжению, а подключенная нагрузка является индуктивной, так что вторичный ток I ₂ отстает от индуцированного напряжения В ₂ ^′ на фазовый угол Φ

Рис. 5 Диаграмма для трансформатора под нагрузкой

Эквивалентным током для питания этой нагрузки будет значение I ₁ ^′ .Если бы трансформатор был на 100% эффективен, это значение первичного тока было бы фактическим током, протекающим в трансформатор от источника питания. Поскольку ток возбуждения I ₀ уже протекает в первичных обмотках для покрытия потерь в сердечнике, общий первичный ток будет векторной суммой этих двух токов ( I ₁ ^′ + I ₀ ).

Сумма векторов I ₁ ^′ и I ₀ дает фактический первичный ток I ₁ , протекающий с запаздывающим фазовым углом Φ ₁ .Следует отметить, что ток возбуждения был увеличен для наглядности, и потери меди в обмотках считаются незначительными.

Значение наведенного напряжения в трансформаторе зависит от трех факторов: частоты, количества витков и максимального мгновенного потока.

При условии, что форма волны тока и, следовательно, распределение магнитного потока является синусоидальной, уравнение для RMS-значения индуцированного напряжения определяется следующим образом:

Поскольку сердечники трансформаторов обычно проектируются на основе допустимых значений. плотности потока, приведенное выше уравнение может быть выражено как:

Примечание: Φ = BA

Конструкция и принцип работы трансформатора

1. передает электроэнергию из одной цепи в другую

2. делает это без смены частоты

3. это достигается за счет электромагнитной индукции и

4. где две электрические цепи находятся во взаимоиндуктивном влиянии друг друга.

Конструкция трансформатора:

(i) трансформаторы с сердечником
(ii) трансформаторы с корпусом

Порядок работы с трансформаторами

Что является основным компонентом в источниках питания постоянного или переменного тока? Конечно же, электрический трансформатор.Вы когда-нибудь задумывались, как работают трансформаторы? Если этот вопрос часто приходит вам в голову, вы определенно попали в нужное место.

Но прежде чем я начну, позвольте мне кратко рассказать о трансформаторах и различных типах

Что такое электрический трансформатор?

Электрический трансформатор — это статическое устройство, которое используется для преобразования электрического сигнала переменного тока в одной цепи в электрический сигнал той же частоты в другой цепи с небольшой потерей мощности.Напряжение в цепи можно увеличивать или уменьшать, но с пропорциональным увеличением или уменьшением номинального тока.

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов могут быть классифицированы на основе различных критериев, таких как функция, сердечник и т. Д.

Классификация по функциям :

Повышающий трансформатор

A Повышающий трансформатор — это тот, в котором первичное напряжение катушки меньше вторичного напряжения.Повышающий трансформатор может использоваться для увеличения напряжения в цепи. Он используется в гибких системах передачи переменного тока или FACTS от SVC.

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор используется для понижения напряжения. Трансформатор типа

, в котором первичное напряжение катушки больше вторичного, называется понижающим трансформатором. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор для понижения опасно высокого напряжения до более безопасного низкого напряжения.

Отношение числа витков на каждой катушке, называемое соотношением витков, определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) катушке, которая подключена к источнику питания высокого напряжения, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) катушке, чтобы обеспечить низкое выходное напряжение.

СООТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ = (Vp / Vs) = (Np / Ns) Где, Vp = первичное (входное) напряжение Vs = вторичное (выходное) напряжение Np = количество витков на первичной катушке Ns = количество витков на вторичной катушке Ip = первичный (входной) ток Is = вторичный (выходной) ток.

Классификация по сердечнику

1. Тип сердечника 2. Тип оболочки

Тип сердечника Трансформатор

В этом типе трансформатора обмотки относятся к значительной части схемы в типе сердечника трансформатор. Используются катушки фасонно-намотанные и цилиндрические на сердечнике. Имеет одиночный магнитопровод.

В трансформаторе с сердечником катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга такими материалами, как слюда.Сердечник имеет два прямоугольных плеча, а катушки размещены на обоих плечах сердечника.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа — самый популярный и эффективный тип трансформаторов. Трансформатор корпусного типа имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три плеча, и обе обмотки размещены на центральных плечах. Сердечник охватывает большую часть обмотки. Обычно многослойные дисковые и многослойные змеевики используются в корпусе типа.

Каждая катушка высокого напряжения находится между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярм.Корпусная конструкция наиболее предпочтительна для работы при очень высоком напряжении трансформатора.

В трансформаторе кожухового типа нет естественного охлаждения, поскольку обмотка кожухового типа окружена самим сердечником. Для лучшего обслуживания необходимо снять большое количество обмоток.

Другие типы трансформаторов

Типы трансформаторов различаются по способу размещения первичной и вторичной обмоток вокруг многослойного стального сердечника трансформатора:

• В зависимости от обмотки трансформатор может быть трех типов.

1.Двухобмоточный трансформатор (обычный тип) 2. Однообмоточный (автоматический) 3. Трехобмоточный (силовой трансформатор)

• По расположению катушек трансформаторы классифицируются как:

1. Цилиндрический тип 2. Дисковый тип

• Согласно применению

1. Силовой трансформатор 2. Распределительный трансформатор 3. Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор подразделяется на два типа:

a) Трансформатор тока b) Потенциальный трансформатор

• В зависимости от типа охлаждения трансформатора может быть двух типов

1.Естественное охлаждение 2. Погружное масло с естественным охлаждением 3. Погружное в масло с естественным охлаждением с принудительной циркуляцией масла

Работа трансформатора

Давайте теперь обратим наше внимание на наше основное требование: как работают трансформаторы? Трансформатор в основном работает по принципу взаимной индуктивности двух цепей, связанных общим магнитным потоком. Трансформатор в основном используется для преобразования электрической энергии.

Трансформаторы состоят из таких типов проводящих катушек, как первичная обмотка и вторичная обмотка.

Входная катушка называется первичной обмоткой, а выходная катушка — вторичной обмоткой трансформатора.

Нет электрического соединения между двумя катушками; вместо этого они связаны переменным магнитным полем, созданным в сердечнике трансформатора из мягкого железа. Две линии в середине символа схемы представляют сердечник. Трансформаторы расходуют очень мало энергии, поэтому выходная мощность почти равна входной мощности.

Первичная и вторичная катушки обладают высокими взаимными индуктивностями.Если одна из катушек подключена к источнику переменного напряжения, то в ламинированном сердечнике образуется переменный поток.

Этот поток соединяется с другой катушкой, и возникает электромагнитная сила согласно закону электромагнитной индукции Фарадея.

e = M di / dt Где e индуцируется ЭДС M — взаимная индуктивность

Если вторая катушка замкнута, то ток в катушке передается от первичной обмотки трансформатора ко вторичной обмотке.

Идеальное уравнение мощности трансформатора

Пока мы сосредоточены на нашем вопросе о том, как работают трансформаторы, основное, что нам нужно знать, это идеальное уравнение мощности трансформатора.

Если вторичная обмотка присоединена к нагрузке, которая позволяет току течь в цепи, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную цепь.

В идеале трансформатор должен работать безупречно; вся поступающая энергия преобразуется из первичного контура в магнитное поле и во вторичный контур. Если это условие выполняется, входящая электрическая мощность должна равняться выходной мощности:

Уравнение идеального трансформатора

Трансформаторы обычно имеют высокий КПД, поэтому эта формула является разумным приближением.

Если напряжение увеличивается, то ток уменьшается во столько же раз. Импеданс в одной цепи преобразуется в квадрат отношения витков.

Например, если полное сопротивление Z _с присоединено к клеммам вторичной обмотки, для первичной цепи будет установлено полное сопротивление ( Н _p / Н _с ) ² Z _s . Это соотношение является обратным, так что полное сопротивление Z _p первичной цепи кажется вторичной как ( N _s / N _p ) ^2Zp .

Мы надеемся, что эта статья была краткой, но точно информативной о том, как работают трансформаторы. Вот простой, но важный вопрос для читателей — как выбрать трансформатор для проектирования блока питания.

Пожалуйста, дайте свои ответы в разделе комментариев ниже.

Фото:

Электрический трансформатор от wikimedia
Повышающий трансформатор от imimg
Понижающий трансформатор от mpja
Трансформатор типа сердечника по электрической информации
Трансформатор типа оболочки по электрической информации
Работа трансформатора по зашифрованному

(PDF ) ТРАНСФОРМАТОР: Принцип работы трансформатора

Parween R.Карим, преподаватель. Электротехнический отдел. Al-Hawija Technical

институт Северный технический университет

Аналогичным образом, разделив уравнение (10) на уравнение (11), дает





  …… .. ( 16)

Где a — коэффициент трансформации трансформатора.

В случае, трансформатор называется повышающим трансформатором, а для

трансформатор называется понижающим трансформатором.В идеальном трансформаторе

потери равны нулю. В этом случае входная мощность трансформатора равна выходной мощности

, что дает

  …… .. (17)

Уравнение (17) может быть преобразовано в виде :





  …… .. (18)

Отношение первичного тока к вторичному:





 …….. (19)

Опять же, магнитодвижущая сила, создаваемая первичным током, будет равна

магнитодвижущей силе, создаваемой вторичным током, и ее можно выразить как:

  …… .. (21)







 …… .. (22)

Из уравнения (22) следует, что отношение первичных к вторичному току обратно пропорционально

коэффициенту трансформации трансформатора.

Входная и выходная мощность идеального трансформатора составляет:

   …… .. (23)

    …… .. (24)

В идеальных условиях угол  равен углу , и выходная мощность может быть пере-

в виде,

 

 …… .. (25)

   …… .. (26)

Из ур.(26) видно, что входная и выходная мощность одинаковы в случае идеального трансформатора

, аналогично входная и выходная реактивная мощность составляют:

Основные принципы промышленных трансформаторов

ЦЕЛИ:

• объясните, как и почему трансформаторы используются для передачи и распределения электроэнергии.

• описать основную конструкцию трансформатора.

• различают первичную и вторичную обмотки трансформатора.

• перечислить в порядке последовательности различные этапы работы повышающий трансформатор.

• использовать соответствующую информацию для расчета коэффициента напряжения, напряжения, токи и КПД повышающих и понижающих трансформаторов.

• объясните, как первичная нагрузка меняется с вторичной нагрузкой.

Производство больших количеств неэффективно и экономически нецелесообразно. электроэнергии постоянного тока.Изобретение трансформатора было веха в развитии электротехнической промышленности. Трансформатор увеличивает или уменьшает напряжение больших количеств переменного тока энергоэффективно, безопасно и удобно. Большое распределение мощности Станция изображена на илл. 1.

ил. 1: Подстанция с тремя отдельными масляными выключателями .

Большое количество энергии переменного тока может быть произведено при удобном напряжение, используя паровую, ядерную или водную энергию.Трансформаторы используются первыми увеличить эту энергию до высокого напряжения для передачи на многие мили проводов передачи, а затем уменьшить это напряжение до значений, которые удобны и безопасны для использования потребителем.

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор состоит из двух или более проводящих обмоток, размещенных на тот же магнитный путь с железным сердечником, как показано на рис. 2.

ил. 2: Детали трансформатора

Ламинированный сердечник

Стальной сердечник трансформатора состоит из листов проката.Этот железо обрабатывается таким образом, чтобы оно обладало высокой магнитной проводимостью (высокое проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин используется, чтобы выразить легкость, с которой материал будет проводить магнитные линии силы. Утюг также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (через толщина сердцевины). Необходимо ламинировать листы железа. (рис. 3) для уменьшения гистерезиса и вихревых токов, вызывающих нагрев ядра.

Обмотки

А имеет две обмотки: первичную и вторичную. обмотка.Первичная обмотка — это катушка, которая получает энергию. Это формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка катушка, которая обеспечивает энергию при преобразованном или измененном напряжении — увеличенном или уменьшился.

Трансформаторы по определению используются для передачи энергии от одной системы переменного тока. к другому с помощью электромагнитных средств. Они не меняют количество энергии существенно; в трансформаторе происходят лишь незначительные потери мощности. Если Трансформатор увеличивает напряжение, он называется повышающим трансформатором.Если он снижает напряжение, это называется понижающим трансформатором.

Вторичное напряжение зависит от:

• напряжение первичной обмотки,

• количество витков первичной обмотки, а

• количество витков вторичной обмотки.

Некоторые типы трансформаторов с сердечником имеют первичную и вторичную обмотки. катушки проводов намотаны на отдельные ножки сердечника (см. рис. 2А). Катушки первичной и вторичной проволоки также могут быть намотаны друг на друга, как показано на рисунке. в больном.2B. Обмотка таким образом повышает КПД трансформатора и экономит энергию. При указании коэффициента трансформации первичная обмотка — это первый фактор соотношения. Это говорит о том, какая обмотка, высокая или низкая, подключена. к источнику питания.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Три основных типа конструкции сердечников трансформатора: снарядного типа, крестового или Н-типа (илл. 4).

ил. 3 Пластины E, используемые в конструкции сердечника трансформатора

ил.4 Основные типы конструкций сердечников трансформаторов: A. Сердечник или типа единого окна; B. Тип ядра или единого окна; C. Shell или двойной оконный тип; D. Крест тип

Тип сердечника

В трансформаторе с сердечником первичная обмотка находится на одной ветви трансформатора, а вторичная обмотка — на другой. Более эффективный тип конструкция сердечника — это тип оболочки, в которой ядро ​​окружено железный панцирь (ил.4A и B).

Корпус типа

Трансформатор с сердечником с оболочкой или двойным окном (рис. 4С), вероятно, наиболее часто используется в электромонтажных работах. Что касается энергосбережения, эта конструкция трансформатора работает с КПД 98% или выше.

Крест или H Тип

Крестообразный сердечник или H-тип также называют модифицированным типом оболочки. В катушки окружены четырьмя стержнями сердечника. Тип креста — действительно комбинация двух сердечников оболочки, установленных под прямым углом друг к другу.Обмотки расположен над центральным ядром, которое в четыре раза превышает площадь каждого из внешние ноги. Сердечник этого типа очень компактен и легко охлаждается. Он используется для больших силовых трансформаторов, где падение напряжения и стоимость должны быть сведенным к минимуму. Эти агрегаты обычно погружаются в масло на длительное время. изоляционные свойства и эффективное охлаждение. Еще один способ охлаждения трансформаторы нагнетаются воздухом. Трансформаторы нельзя погружать в воду в воде для охлаждения.Случайное затопление, например, в подземном трансформаторе своды, надо прокачивать (илл. 4D).

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Согласно закону Ленца, напряжение индуцируется в катушке всякий раз, когда катушка ток увеличивается или уменьшается. Это индуцированное напряжение всегда находится в таком направление, которое противодействует силе, производящей его. Это называется индукцией. Действие проиллюстрировано наложением двух петель из проволоки, как показано на рис.5.

Записка ил. 5 прогрессивное увеличение магнитного поля около одна сторона каждой петли по мере нарастания тока. Сила магнитного поле увеличивается по мере увеличения электрического тока через проводник от источника питания. больной. 5 также показывает картину поля во время период, когда ток уменьшается.

ил. 5 Магнитная индукция (поток электронов): УВЕЛИЧЕНИЕ ТОКОВОГО ПОТОКА; УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТОКА; ОБРАБОТКА ПОТОКА; АККУМУЛЯТОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ; УМЕНЬШЕНИЕ ТЕКУЩИЙ ПОТОК;

ил.5 использует правило левой руки для проводников. Схватить проводника левой рукой с большим пальцем вытянутым в направлении электрона поток. Ваши пальцы укажут направление магнитного потока. В Поток расширяется наружу от проводника, когда ток увеличивается, и сжимается к центру проводника, когда ток уменьшается.

По мере того, как ток достигает максимального значения, круговые магнитные линии вокруг проволоки двигаться наружу от проволоки.Это внешнее движение магнитного силовые линии пересекают проводник второй петли. Как результат, индуцируется ЭДС и в контуре циркулирует ток, как показано на гальванометр, расположенный над проводником.

Когда ток достигает установившегося состояния в первой цепи, магнитный поток является стационарным, и в цепи не возникает напряжения. Гальванометр указывает нулевой ток.

Когда цепь батареи разомкнута, ток падает до нуля и магнитный поток рушится.Сжимающийся поток прорезает второй контур и снова индуцирует ЭДС. Второй наведенный ток имеет направление, противоположное ток первого индуцированного тока, как показано стрелкой гальванометра. Заключительный этап показывает установившееся состояние без поля и индуцированного тока. Это действие выполняется автоматически с применением ac.

Петли проволоки могут быть заменены двумя концентрическими витками (петли с много витков), чтобы сформировать трансформатор. больной. 6 показан трансформатор, который имеет первичную обмотку, железный сердечник и вторичную обмотку.Когда меняется или переменный ток подается на первичную обмотку, изменяя первичный ток создает изменяющееся магнитное поле в железном сердечнике. Этот изменяющееся поле прорезает вторичную катушку и, таким образом, индуцирует напряжение, значение зависит от количества жил во вторичной обмотке. магнитными линиями. Это называется взаимной индуктивностью. Коммерческие трансформаторы обычно имеют фиксированные сердечники, которые обеспечивают полные магнитные цепи для эффективная работа там, где есть небольшая утечка потока и высокая взаимная индукция.

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРЯЖЕНИЯ

Согласно закону Ленца, один вольт индуцируется, когда 100000000 магнитных силовые линии разрезаются за одну секунду. Первичная обмотка трансформатора обеспечивает магнитное поле для сердечника. Вторичная обмотка при размещении непосредственно по тому же сердечнику, подает на нагрузку индуцированное напряжение который пропорционален количеству проводников, перерезанных первичным потоком ядра.

Оболочечный трансформатор, изображенный на илл.6 предназначен для уменьшения напряжение источника питания.

В ил. 6:

Np = количество витков в первичной обмотке

Np = количество витков вторичной обмотки

Ip = ток в первичной обмотке

Is = ток во вторичной обмотке

Предположим, что Np = 100 витков

Нс = 50 витков

E (питание) = 100 вольт, 60 герц

ил. 6 Однофазный трансформатор, показывающий взаимную индуктивность двух катушки

Переменное напряжение питания (100U) создает ток в первичной обмотке. который намагничивает сердечник переменным потоком.(По словам Ленца По закону, в первичной обмотке индуцируется противоэдс. Это счетчик ЭДС называется самоиндуктивностью и противостоит приложенному напряжению). Поскольку вторичная обмотка на том же сердечнике, что и первичная, всего 50 вольт индуцируется во вторичной обмотке, потому что обрезается только половина проводов. магнитным полем.

В условиях холостого хода верно следующее соотношение:

Следовательно, отношение 2 к 1 означает, что трансформатор понижающий. трансформатор, который снизит напряжение источника питания.Трансформеры либо повышать, либо понижать напряжение питания.

Обратитесь к ил. 7 для следующего примера. Первичная обмотка трансформатор имеет 100 витков, а вторичный — 400 витков. ЭДС 110 к первичной обмотке приложено вольт. Какое напряжение на вторичной обмотке и каково соотношение трансформатора?

Этот трансформатор имеет повышающий коэффициент 440/110 = 4/1, или 1: 4

СООТНОШЕНИЕ ТОКА

Коэффициент тока в трансформаторе обратно пропорционален напряжению. трансформация.Трансформатор не создает мощность и не предназначен потреблять энергию. Входная мощность должна быть очень близка к выходной мощности. Следовательно, если входной вольт-ампер равен выходному вольт-амперам и напряжению уровень увеличивается, текущий уровень уменьшается. Коэффициент напряжения и коэффициент тока обратно пропорциональны.

Если ток нагрузки трансформатора, показанного в 7, составляет 12 ампер, первичный ток должен быть таким, чтобы произведение количества витков и значения тока (ампер-витки первичной обмотки) равнялось значению вторичные ампер-витки.

Проверка решения на ток

Np x Ip = Ns x Is; 100 х 48 = 400 х 12; 4800 = 4800

Коэффициент текущей ликвидности является обратной величиной; то есть, чем больше число витков, тем меньше ток для данной нагрузки. Практические оценки первичный или вторичный токи рассчитываются исходя из предположения, что трансформаторы 100% эффективность.

Например, предположим, что

Вт на входе = на выходе

или

Основная мощность = Дополнительная мощность

Следовательно, для повышающего трансформатора на 1000 Вт, 100/200 В:

Is = 1000Вт / 200 В = 5 ампер

Ip = 1000 Вт / 100 В = 10 ампер

Чем больше ток, тем больше сечение проводов на трансформаторе.По этой информации мы можем определить стороны высокого и низкого напряжения.

Более высокое напряжение = меньший ток, следовательно, меньшее сечение провода

Более низкое напряжение = более высокий ток, следовательно, провод большего размера

ил. 8 Принципиальная схема повышающего трансформатора

Пример: На перемещаемом станке отключен управляющий трансформатор. Табличка неразборчива из-за коррозии. Схема питания двигателя 480 вольт.Контроллер мотора работает от управления напряжением 120 В. Который первичная и вторичная обмотки управляющего трансформатора? Более высокое напряжение имеет меньший размер провода. Следовательно, он должен быть подключен к 480 вольт.

Использование омметра также может сказать нам, какая обмотка имеет больший сопротивление. Измеряя каждую обмотку, мы обнаруживаем, что чем больше сопротивление, чем больше напряжение, потому что в нем больше витков меньшего провод. Помните, что термин «первичный» относится к стороне питания трансформатора.Термин «вторичный» относится к стороне нагрузки (рис. 8).

СХЕМА ИЛИ СИМВОЛ

Повышающий трансформатор обычно показан в схематическом виде, как показано на рисунке. в больном. 8. Соотношение витков первичной и вторичной обмоток не наглядно. показано. Обычно это отображается в виде символа повышения или понижения.

ПЕРВИЧНАЯ ЗАГРУЗКА СО ВТОРИЧНОЙ ЗАГРУЗКОЙ

Ток во вторичной обмотке управляет током в первичной обмотке.Когда вторичная цепь завершена путем размещения нагрузки на нее, вторичная ЭДС заставляет ток течь. Это создает противодействие магнитному полю. в основное поле. Это противодействующее или размагничивающее действие уменьшает эффективное поле первичного потока, что, в свою очередь, уменьшает первичный cemf, тем самым позволяя протекать большему току в первичной обмотке. Чем больше тока во вторичной обмотке, тем больше поле, создаваемое вторичный.Это приводит к уменьшению первичного поля; следовательно, сокращенный первичный cemf производится. Это условие допускает больший ток в основной. Весь этот процесс будет повторяться всякий раз, когда изменение значения тока в первичной или вторичной обмотке. Трансформатор легко приспосабливается к любому нормальному изменению вторичной обмотки. нагрузка. Однако, если короткое замыкание происходит через вторичную обмотку, ненормально большое количество протекающего тока вызывает повышение первичного тока в аналогичным образом, что приведет к повреждению или полному перегоранию трансформатора, если он не защищен должным образом.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эффективность всего оборудования — это отношение выпуска к затратам.

КПД = выход / вход

В целом КПД трансформатора составляет около 97 процентов. Только три процента полного напряжения на вторичной обмотке теряется в результате преобразования. Падение напряжения происходит из-за потерь в сердечнике и меди.

Потери в сердечнике являются результатом гистерезиса (магнитного трения) и завихрений. токи (индуцированные токи) в железном сердечнике.

Потери в меди — это потери мощности в медном проводе обмоток. Следовательно, с учетом этих потерь,

% КПД = выходная мощность в ваттах (вторичная) / входная мощность (первичная) X 100

где: входная мощность = выходная мощность + потери

РЕЗЮМЕ

очень полезны для подачи точного напряжения, необходимого для сайт клиентов. Постоянный ток не может быть легко изменен с одного уровня напряжения на Другой.Настоящих трансформаторов постоянного тока не существует. AC может быть увеличен или уменьшен легко за счет электромагнитной связи катушек трансформатора. Трансформеры может использоваться для: (1) повышения напряжения; (2) понизить напряжение; или же (3) просто изолируйте первичную систему трансформатора от трансформатора. вторичная система.

ВИКТОРИНА

A. Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений.

1. Когда первичная обмотка имеет больше витков, чем вторичная, напряжение во вторичной обмотке _______

а.выросла. c. уменьшилось.

г. вдвое. d. вдвое.

2. В катушках трансформатора движение потока вызывается

а. постоянный ток. c. переезд вторичный.

г. вращающийся первичный. d. переменный ток.

3. Энергия передается от первичной обмотки к вторичной без изменение:

а. частота. c. Текущий.

г.Напряжение. d. ампер-витки.

4. Средний КПД трансформатора

а. 79 процентов. c. 50 процентов.

г. 97 процентов. d. 100 процентов.

5. Трансформатор имеет первичную обмотку на 150 В и вторичную обмотку. обмотка рассчитана на 300 вольт. Первичная обмотка имеет 500 витков. Сколько витков у вторичной обмотки?

а. 250 с. 1 000

г. 2,500 г.10 000

6. Управляющий трансформатор — это понижающий трансформатор. По сравнению с вторичная обмотка первичная обмотка

а. больше по размеру провода.

г. меньше по размеру провода.

г. того же размера, что и вторичный.

г. подключен к нагрузке.

7. Ток во вторичной обмотке

а. выше, чем ток в первичной обмотке.

г. ниже, чем ток в первичной обмотке.

г. контролирует ток во вторичной обмотке.

г. контролирует ток в первичной обмотке.

B. Решите следующие задачи:

8. Повышающий трансформатор на 110/220 В имеет 100 витков первичной обмотки. Сколько витков у вторичной обмотки?

9, Трансформатор имеет 100 первичных витков и 50 вторичных витков. Электрический ток во вторичной обмотке 20 ампер.Какой ток в первичной обмотка.

10. Каков коэффициент трансформатора с вторичным напряжением 120 вольт при подключении к сети 2400 вольт?

11. Понижающий трансформатор на 7200/240 В имеет 1950 витков первичной обмотки. Определять количество витков вторичной обмотки.

12. Понижающий трансформатор на 2400/240 В имеет ток 9 ампер.