Принцип работы повышающего трансформатора напряжения: Страница не найдена — Про трансформаторы

Содержание

Что такое повышающий трансформатор: работа и применение

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, используемое для передачи энергии в электрической форме между двумя или несколькими цепями. Основная функция трансформатора — изменять переменный ток с одного напряжения на другое. Трансформатор не имеет движущихся частей и работает по принципу магнитной индукции. В конструкция трансформатора в основном для повышения, в противном случае — для понижения напряжения. В основном они доступны в двух типах в зависимости от обмоток, а именно повышающего и понижающего трансформатора. Целью повышающего трансформатора является повышение напряжения, тогда как функция понижающего трансформатора — понижение напряжения. В трансформаторы оценки могут быть сделаны на основе требований, таких как ВА, или КВА, или МВА. В этой статье обсуждается обзор повышающего трансформатора.



Что такое повышающий трансформатор?

Трансформатор, который используется для повышения выходного напряжения путем поддержания стабильного тока без каких-либо изменений, известен как повышающий трансформатор. Этот тип трансформатора в основном используется в приложениях для передающих и электростанций. Этот трансформатор включает в себя два обмотки как первичный и вторичный. Первичная обмотка имеет меньше витков по сравнению с вторичной обмоткой.


Повышающий трансформатор



Строительство повышающего трансформатора

Схема повышающего трансформатора показана ниже. Конструкция повышающего трансформатора может быть выполнена с использованием сердечника и обмоток.

Основной

Сердечник трансформатора может быть выполнен из высокопроницаемого материала. Этот материал сердечника позволяет магнитному потоку течь с меньшими потерями. Материал сердечника обладает высокой проницаемостью по сравнению с окружающим воздухом. Таким образом, этот материал сердечника будет ограничивать силовые линии магнитного поля внутри материала сердечника. Таким образом, эффективность трансформатора может быть увеличена за счет уменьшения трансформаторные потери .


Магнитопроводы позволяют магнитному потоку проходить через них, а также они приводят к потерям в сердечнике, таким как потери на вихревые токи, из-за гистерезиса. Таким образом, материалы с гистерезисом и низкой соактивностью выбраны, чтобы сделать магнитопроводы подобными ферриту или кремнистой стали.

Чтобы снизить потери на вихревые токи на минимально низком уровне, сердечник трансформатора может быть многослойным, чтобы предотвратить его нагрев. Когда сердечник нагревается, происходит некоторая потеря электрической энергии, и эффективность трансформатора может снизиться.


Обмотки

Обмотки в повышающем трансформаторе помогут передать ток, который проходит через трансформатор. Эти обмотки в основном предназначены для охлаждения трансформатора и обеспечения устойчивости в условиях испытаний и эксплуатации. Плотность провода на стороне первичной обмотки большая, но количество витков меньше. Точно так же плотность провода во вторичной обмотке мала, но включает огромные витки. Это можно спроектировать так, как будто первичная обмотка несет меньшее напряжение питания по сравнению с вторичной обмоткой.

Материал обмотки трансформатора — алюминий и медь. Здесь стоимость алюминия меньше по сравнению с медью, но при использовании медного материала срок службы трансформатора может быть увеличен. В трансформаторе доступны различные виды пластин, которые могут уменьшить вихревые токи, такие как тип EE и тип EI.

Работа повышающего трансформатора

Символьное представление повышающего трансформатора показано ниже. На следующем рисунке входные и выходные напряжения представлены как V1 и V2 соответственно. Витки на обмотках трансформатора — Т1 и Т2. Здесь входная обмотка первичная, а выход вторичная.

Строительный трансформатор

Выходное напряжение высокое по сравнению с входным, потому что количество витков провода в первичной обмотке меньше, чем во вторичной. Однажды переменный ток протекает в трансформаторе, тогда ток будет течь в одном направлении, остановится и изменит направление, чтобы течь в другом направлении.

Текущий поток создаст магнитный поле в районе обмотки. Направление магнитных полюсов изменится, как только ток изменит свое направление.

Напряжение индуцируется в обмотках магнитным полем. Точно так же напряжение будет индуцироваться во вторичной катушке, когда она находится в движущемся магнитном поле, известном как взаимная индукция. Таким образом, переменный ток в первичной обмотке генерирует движущееся магнитное поле, так что во вторичной обмотке может индуцироваться напряжение.

Основное соотношение между количеством витков в каждой катушке и напряжением можно определить с помощью этого формула повышающего трансформатора .

V2 / V1 = T2 / T1

Где «V2» — напряжение на вторичной обмотке.

«V1» — напряжение первичной обмотки

‘T2’ включает вторичную обмотку

«T1» включает первичную катушку.

Различные факторы

При выборе повышающего трансформатора необходимо учитывать различные факторы. Они есть

  • Трансформаторы КПД
  • Количество фаз
  • Рейтинг трансформаторов
  • Охлаждающая среда
  • Материал обмоток

Преимущества

В Преимущества повышающего трансформатора включая следующее.

  • Они используются в жилых и коммерческих помещениях.
  • Передатчик мощности
  • Обслуживание
  • Эффективность
  • Непрерывная работа
  • Быстрый старт

Недостатки

В Недостатки повышающего трансформатора включая следующее.

  • Требуется система охлаждения
  • Работает на переменном токе
  • Размеры этих трансформаторов огромны.

Приложения

В использование повышающих трансформаторов включая следующее.

  • Эти трансформаторы применимы в электронных устройствах, таких как Инверторы & Стабилизаторы для стабилизации напряжения от низкого до высокого.
  • Он используется для распределения электроэнергии.
  • Этот трансформатор используется для изменения высокого напряжения в линиях передачи, генерируемого генератором переменного тока.
  • Этот трансформатор также используется для создания электрический двигатель бег, рентгеновские аппараты, микроволновая печь и др.
  • Он используется для усиления электрических и электронных устройств.

Итак, это все о теории повышающего трансформатора . Функция повышающего трансформатора заключается в повышении напряжения, а также в уменьшении силы тока. В этом трансформаторе нет. катушек во вторичной обмотке больше по сравнению с первичной обмоткой. Таким образом, провод в первичной катушке прочен по сравнению с вторичной катушкой. В системах передачи и выработки электроэнергии эти трансформаторы необходимы, потому что от генерирующих станций они передают энергию в отдаленные районы. Вот вам вопрос, что такое понижающий трансформатор?

Повышающие преобразователи напряжения DC DC


Повышающий преобразователь напряжения dc dc незаменим в ситуациях, когда питаемому устройству требуется напряжение выше, чем у источника питания. Чаще всего такое преобразование используется для организации работы цифровых устройств, в системах управления, медицине и связи.

Особенности технологии 

Первые технологии такого преобразования энергии работали по эффектному с точки зрения простоты, но не эффективному с точки зрения КПД принципу. На плату устанавливались два и более конденсатора, которые сначала параллельно заряжались, а затем поочередно отдавали свою энергию. Чем больше использовалось таких элементов, тем выше был КПД.

Кроме такого подхода, использовались и другие. Например, с повышающим трансформатором. Там напряжение поднималось за счет того, что первичная и вторичная обмотки трансформатора имели разное количество витков. Если первичная обмотка больше витков, чем вторичная, система работала на повышение, если меньше – то на

понижение.

После преобразования напряжение выпрямлялось, стабилизировалось и сглаживалось на выходе конденсатором. Эта схема пользовалась большой популярностью (и пользуется до сих пор), поскольку ее отличает небольшая стоимость и минимальное количество деталей.

Но, как мы уже упомянули выше, КПД таких решений был небольшим. Однако все изменилось, когда кому-то в голову пришла светлая мысль использовать вместо этих комплектующих катушки индуктивности.

Общий принцип работы следующий. При включении схемы дроссель накапливает заряд. Затем питание от катушки отключается, и она начинает отдавать накопленную ее магнитным полем энергию.

Из катушки энергия попадает на диод, выполняющий роль клапана, после него часть заряда идет на полезную нагрузку, а другая часть заряжает выходной конденсатор. Как только он полностью заряжен, а катушка, наоборот, полностью разряжена, на нее снова подается питание от

источника, чтобы она зарядилась.
 
В этот момент в дело вступает выходной конденсатор – именно он питает нагрузку. Диод же исключает возможность того, чтобы имеющийся заряд ушел в ту область схемы, где заряжается дроссель. Катушка снова заряжена? Отлично, от нее отключается питание и все повторяется заново.

Конечно, это сильно упрощенная схема, однако даже в таком виде она может прекрасно работать, а ее КПД будет на уровне 60–90%. Современные же импульсные преобразователи энергии (или как их еще называют – бустеры) работают по технологии Step-Up.

Топология Step-Up

Входное напряжение преобразуется в переменное, затем

повышается, снова выпрямляется и после этого подается на нагрузку. Важнейшей особенностью этой топологии Step-Upсчитается тот факт, что ни при каких обстоятельствах итоговое напряжение такого бустера не может быть меньше, чем входное минус падение напряжения на диоде. 

При выборе подходящей модели необходимо особое внимание уделять тому, на какой максимальный входной и выходной ток она рассчитана. Это связано с тем, что, например, если устройству для работы требуется питание 12 В с силой тока 1А, и при этом оно питается от 5 вольтового источника, то такой источник должен выдавать не менее чем 2,4 А. В противном случае начнутся пульсации, так как накопленная энергия будет расходоваться быстрее, чем накапливаться.

Но, повторимся, при использовании топологии Step-Up, пользователи защищены от подобных проблем. Теперь давайте познакомимся с наиболее интересными бустерами, которые выпускаются компанией TDK и которые можно свободно

купить в розничных магазинах или заказать с доставкой через интернет.

Повышающие преобразователи постоянного тока TDK

Самыми востребованными высоковольтными модулями преобразования постоянного тока, выпускаемыми компанией TDK, считаются модели линейки CHVM. Они выпускаются в виде компактного модуля форм-фактора SiP и предназначены для монтажа на печатной плате.

Несмотря на миниатюрные размеры, эти устройства обеспечивают на выходе 2 кВ и мощность от 1,4 до 3 Вт, при питании от аккумулятора 12 В постоянного тока.

Внешний переменный резистор позволяет регулировать выходные параметры в пределах от 0,5 до 100%. Кроме того, все модели оборудованы системой дистанционного отключения и включения.

Особенностью линейки CHVM считается практически полное отсутствие пульсаций и помех (не более 5 mVp-p на 1000 В), благодаря чему их используют в особо точных и чувствительных к помехам устройствах, например, в фотоэлектронных умножителях, фотодиодах, электронных микроскопах, флуоресцентных и масс-спектрометрах, а также других приборах, применяемых в лабораториях и научных центрах.

Основные преимущества:

  • Программируемый output.
  • Форм-фактор SiP.
  • Товар сертицифирован.
  • Экранирование.
  • Минимальный уровень пульсаций.
Технические характеристики:

Название модели        Мощность (Вт)   Выходное напряжение и сила тока  
CHVM1R5-12-2000P         1,4                 2000 В / 0.0007 А
CHVM1R5-12-1000P         1,5                 1000 В / 0.0015 А
CHVM1R5-12-1500P         1,5                 1500 В / 0.001 А
CHVM2-12-1500PW          1,95               1500 В / 0.0013 А
CHVM2-12-1000PW          2                    1000 В / 0.002 А

CHVM2-12-2000PW          2                     2000 В / 0.001 А
CHVM2R5-12-0350PW     2,4                  5350 В / 0.007 А
CHVM2R6-12-0470PW     2,6                  3470 В / 0.0056 А
CHVM2R7-12-0180PW     2,7                  180 В / 0.015 А
CHVM3-12-0300PW         3                      300 В / 0.01 А

Подробности о технических характеристиках каждого преобразователя можно найти в каталоге dc dc преобразователей на нашем сайте. Там же получить информацию об их цене и наличии.
 

Untitled Document


Общие сведения о трансформаторах.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приёмниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.
При передаче электрической энергии от электростанций к ее потребителям большое значение имеет величина тока, проходящего по проводам. В зависимости от силы тока выбирают сечение проводов линии передачи энергии и, следовательно, определяют стоимость проводов, а также и потери энергии в них.

Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то ток в той же мере уменьшится, а это позволит применять провода с меньшим поперечным сечением для устройства линии передачи электрической энергии и уменьшит расход цветных металлов, а также потери мощности в линии.

При неизменной передаваемой мощности поперечное сечение провода и потери мощности в линии обратно пропорциональны напряжению.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11-18 кВ (в некоторых случаях при 30—35 кВ). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы.

Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.)
из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (до 380 В). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводящих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной.

Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трасформаторы.

Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее производства к месту потребления трансформируется несколько раз (3-4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7-8 раз) мощностей генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях.

Трансформатор имеет две изолированные обмотки, помещенные на стальном магпитопроводе. Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, — вторичной.

Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодинаковы. Если вторичное напряжение больше первичного, то трансформатор называется повышающим, если же вторичное напряжение меньше первичного, то понижающим.
Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий.
Принцип действия и устройство трансформатора.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.
Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток, который возбудит в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, индуктирует в этой обмотке эдс. Под действием этой эдс по вторичной обмотке и через приемник энергии будет протекать ток.

Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной цепи во вторичную, но при другом напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную цепь.
Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их помещают на стальном магнитопроводе.
Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов собирают из тонких пластин (толщиной 0,5 и 0,35 мм) трансформаторной стали, покрытых изоляцией (жаростойким лаком).
Материалом магнитопровода является трансформаторная сталь Э-42, Э-43, Э-43А, Э-320, Э-330, Э-ЗЗОА и др.
Холоднокатаная сталь имеет высокую магнитную проницаемость (больше чем горячекатаная) в направлении, совпадающем с направлением проката, тогда как перпендикулярно прокату магнитная проницаемость относительно низкая.
Поэтому магнитопроводы из холоднокатаной стали делают так, чтобы магнитные линии замыкались по направлению проката стали.

Магнитопроводы трансформаторов малой мощности изготовляют из ленты холоднокатаной стали.
В трансформаторах больших мощностей магнитопроводы собирают из полос стали. Холоднокатаную сталь разрезают так, чтобы направление магнитных линий в собранном магнитопроводе совпадало с направлением прокатки стали.

У горячекатаной стали (Э-42, Э-43 и др.) магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях и при малых мощностях магнитопроводы собирают из пластин Ш-или П-образной формы, которые штампуются из листовой стали.

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нем трансформаторы могут быть стержневыми и броневыми. Магнитопровод стержневого однофазного трансформатора имеет два стержня, на которых помещены его обмотки (изо,а). Эти стержни соединены ярмом с двух сторон так, что магнитный поток замыкается по стали.

Магнитопровод броневого однофазного трансформатора (изо,б) имеет один стержень, на котором полностью помещены обмотки трансформатора. Стержень с двух сторон охватывается (бронируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопроводом от механических повреждений.

Магнитопроводы однофазных трансформаторов:

а — пластинчатый стержневой

б — пластинчатый броневой

в — ленточный стержневой

г — ленточный броневой

 

ленточный
кольцевой

тороидальный

Ленточные магнитопроводы из холоднокатаной стали подобны стержневым
(изо) или броневым (изо).

Трансформаторы большой мощности в настоящее время изготовляют исключительно стержневыми, а трансформаторы малой мощности часто делают броневыми.

Расположение обмоток на магнитопроводе показано на рисунке.
Ближе к стержню магнитопровода располагается обмотка низшего напряжения НН, так как ее легче изолировать от магнитопровода, чем обмотку высшего напряжения ВН. Обмотку высшего напряжения изолируют от обмотки низшего напряжения
прокладками, рейками, шайбами и другими изоляционными деталями (чаще из электрокартона).

При цилиндрических обмотках поперечному сечению магнитопровода желательно придать круглую форму, так как в этом случае в площади, охватываемой обмотками, не остается промежутков, не заполненных сталью. Чем меньше незаполненных промежутков, тем меньше длина витков обмоток и, следовательно, масса обмоточного провода при заданной площади поперечного сечения магнитопровода.

Однако магнитопроводы круглого поперечного сечения не делают. Для изготовления магнитопровода круглого сечения надо было бы собрать его из большого числа стальных листов различной ширины.
Поэтому у трансформаторов большой мощности магнитопровод имеет ступенчатое поперечное сечение с числом ступеней не более 9 — 10. Число ступеней сечения сердечника определяется числом углов в одной четверти круга. На рисунке показано поперечное сечение трехступенчатого магнитопровода.

Для лучшего охлаждения в магнитопроводах и в обмотках мощных трансформаторов устраивают охлаждающие каналы в плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов.

В трансформаторах малой мощности поперечное сечение магнитопровода имеет прямоугольную форму и обмоткам придают форму прямоугольных катушек.
При малых токах радиальные механические усилия, возникающие при работе трансформатора и действующие на обмотки, будут малы, так что изготовление обмоток упрощается.

В паспорте трансформатора указывают его номинальную мощность S, номинальные напряжения U1 и U2 и токи I1 и I2 первичной и вторичной обмоток при полной (номинальной) нагрузке.

Номинальной мощностью трансформаторов называется полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной (номинальной) нагрузке.

Номинальная мощность выражается в единицах полной мощности, т. е. в вольт-амперах или киловольт-амперах. В ваттах и киловаттах измеряют активную мощность трансформатора, т. е. ту мощность, которая может быть преобразована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и т. д.

Сечения проводов обмоток и всех частей машины или любого электрического аппарата определяются не активной составляющей тока или активной мощностью, а полным током, проходящим по проводнику, и, следовательно, полной мощностью.

Трансформаторы малой мощности имеют большую удельную поверхность охлаждения, и естественное воздушное охлаждение является для них вполне достаточным.
Трансформаторы большой мощности устраивают с масляным ох-лаждением, для чего помещают их в металлические баки, наполненные минеральным маслом.
Наиболее широко распространено естественное охлаждение стенок бака трансформатора. Для увеличения охлаждающей поверхности в стенки баков вваривают стальные трубы или радиаторы.
Масло в баке трансформатора в процессе эксплуатации соприкасается с окружающим воздухом и подвергается окислению, увлажнению и загрязнению, вследствие чего уменьшается его электрическая прочность.

Для обеспечения нормальной эксплуатации трансформатора необходимо контролировать температуру масла, заменять его новым, производить периодическую сушку и очистку.


Работа трансформатора под нагрузкой.

При холостом ходе трансформатора (нагрузки нет) вторичная обмотка его разомкнута и ток в этой обмотке не проходит. В первичной обмотке при этом проходит ток холостого хода I0, который много меньше тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформатора.
Намагничивающая сила холостого хода I01 возбуждает переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу и индуктирует в первичной и вторичной обмотках эдс, зависящие от числа витков этих обмоток 1 и 2, амплитуды магнитного потока Фm (Вб) и частоты его изменения f.

Действующие значения эдс первичной E1 и вторичной Е2 обмоток:
E1 = 4.441fФm и E2 = 4.442fФm

Так как при холостом ходе во вторичной обмотке тока нет, то напряжение на зажимах этой обмотки равно эдс, т. е. U2 = E2.

В первичной обмотке проходит небольшой ток холостого хода и напряжение этой обмотки незначительно отличается от эдс, т. е. U1 E1.
Отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток трансформатора при холостом ходе (без нагрузки) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой n, т. е.

n = U1/U2 = E1/E2 = 1/2 и U1 = (1/2)U2 = nU2.

Таким образом, если в трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют различное число витков, то при включении первичной обмотки в сеть переменного тока с напряжением U1 на зажимах вторичной обмотки возникает напряжение U2, не равное напряжению U1.

Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на какой-либо приемник энергии (изо, а), то во вторичной цепи будет проходить ток I2, а в первичной обмотке — ток I1. Магнитодвидущие силы первичной и вторичной совместно возбудят в магнитопроводе результирующий магнитный поток.

Схема работы трансформатора (а) и его условное обозначение (б)

Пренебрегая падением напряжения в сопротивлении первичной обмотки трансформатора и потоком рассеяния, можно допустить при любой его нагрузке приближенное равенство абсолютных величин приложенного напряжения и уравновешивающей это напряжение эдс первичной обмотки, т. е. U1 = E1.
Поэтому при неизменном по величине приложенном напряжении U1 будет приблизительно неизменной эдс E1, индуктированная в первичной обмотке при любой нагрузке трансформатора.

Так как эдс E1 зависит от магнитного потока, то и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора при любом изменении нагрузки будет приблизительно неизменным и равным магнитному потоку при холостом ходе Фm.
Следовательно, геометрическая сумма мдс первичной и вторичной обмоток трансформатора при нагрузке равна мдс холостого хода, т. е.
i11+i22=i01, откуда i11 = i01- i22 или i1 = i0 — i’2,
где I’2 =I2(2/1) = I2(1/n) — приведенный к первичной цепи ток вторичной обмотки.
Таким образом, при нагрузке трансформатора ток первичной обмотки возбуждает магнитный поток в магнитопроводе с неизменной амплитудой (составляющая I0) и уравновешивает размагничивающее действие тока вторичной обмотки (составляющая -I’2).

Ток I2, проходящий по вторичной обмотке при нагрузке трансформатора, создает свой магнитный поток, который согласно закону Ленца направлен встречно магнитному потоку в сердечнике и стремится его уменьшить; это бы вызвало уменьшение эдс Е1 и увеличение тока I1.
Чтобы результирующий магнитный поток в сердечнике остался неизменным, встречный магнитный поток вторичной обмотки должен быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки.
Следовательно, при увеличении тока вторичной обмотки I2 возрастает размагничивающий магнитный поток этой обмотки и одновременно увеличиваются как ток первичной обмотки I1, так и магнитный поток, создаваемый этим током.
Так как магнитный поток первичной обмотки уравновешивает размагничивающий поток вторичной обмотки, то результирующий магнитный поток в сердечнике оказывается неизменным.

В понижающем трансформаторе напряжение первичной обмотки U1 больше напряжения вторичной обмотки U2 в n раз и ток вторичной обмотки I2 больше тока первичной обмотки I1 также в n раз.

В повышающем трансформаторе имеет место обратное соотношение между напряжениями его обмоток и между токами в них.
Если, например, включить на полную нагрузку трансформатор, напряжения первичной и вторичной обмоток которого равны U1 = 220 В, U2 = 24 В, то при номинальном токе первичной обмотки I1 = 3A, ток во вторичной обмотке
I2 = 3 •(220/24) = 27,5 A.

Таким образом, в обмотке с более высоким напряжением ток меньше, чем в обмотке с более низким напряжением. Обмотка с более высоким напряжением имеет большее число витков и наматывается из провода с меньшим поперечным сечением, чем обмотка с более низким напряжением.

При работе трансформатора под нагрузкой в первичной и во вторичной его обмотках проходят токи, создающие потоки рассеяния Фs1 и Фs2.
Эти магнитные потоки сцеплены только с витками той обмотки, током которой они создаются, и всегда много меньше основного магнитного потока Фm, замыкающегося по магнитопроводу трансформатора (по стали), так как потоки рассеяния частично проходят в немагнитной среде.

Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс рассеяния, которые в небольшой степени изменяют напряжение вторичной обмотки трансформатора при изменении его нагрузки.
Условное обозначение трансформатора показано на изо,б.
Чтобы не устанавливать отдельный трансформатор на каждое рабочее напряжение, целесообразно на одном трансформаторе иметь несколько вторичных обмоток с различным числом витков.
Такие трансформаторы, называемые многообмоточными, широко применяют в радиоприемниках, телевизорах, усилителях и другой аппаратуре, требующей для питания несколько переменных напряжений различной величины.
Соотношения числа витков обмоток определяются их напряжениями, т. е.
2/1= U2/U1; 3/1 = U3U1.

Ток в первичной обмотке равен суммарному току всех приведенных вторичных обмоток: I1 = I2U2/U1 + I3U3/U1 + ….

Изменение тока в любой вторичной обмотке вызывает соответствующее изменение тока первичной обмотки. При этом несколько изменяются напряжения всех вторичных обмоток трансформатора, т. е. напряжение любой вторичной обмотки зависит от тока как в этой обмотке, так и в любой другой вторичной обмотке трансформатора.

Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники

Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции из одной цепи в другую. В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, размещенных на одном и том же магнитном пути. Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Типичное действие двухобмоточного трансформатора показано ниже:
Действие трансформатора

Когда первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока (AC), в сердечнике трансформатора создается переменное магнитное поле.Переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком», проходят через сердечник. При второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными силовыми линиями. Нагрузка, подключенная к клеммам вторичной обмотки, приводит к протеканию тока.

Части трансформатора

Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:

(a) Многослойный железный сердечник

(b) Обмотки (первичная и вторичная)

Многослойный железный сердечник

Железный сердечник трансформатора состоит из листов катаного железа.Это железо обрабатывается таким образом, чтобы оно имело высокое качество магнитной проводимости (высокую магнитную проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин, используемый для обозначения случая, при котором материал будет проводить магнитные силовые линии.

Железо также имеет высокое омическое сопротивление поперек пластин (через толщину сердечника). Листы железа необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:

(а) Основной тип

(б) Корпус типа


Трансформаторы с сердечником и кожухом

В трансформаторе с сердечником (форма сердечника) обмотки окружают сердечник.В оболочечном трансформаторе стальной магнитопровод (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки. В сердечнике обмотки находятся снаружи; в виде оболочки обмотки находятся внутри.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка.

Первичная обмотка представляет собой катушку, которая получает энергию. Он формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка представляет собой катушку, которая разряжает энергию при преобразованном или измененном напряжении.

Типы трансформаторов

Трансформаторы классифицируют по разным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов:

(а) Однофазные трансформаторы

(b) Трехфазные трансформаторы

(c) Трансформаторы напряжения или напряжения

(г) Автотрансформаторы

(e) Трансформаторы тока

(е) Силовые трансформаторы

Коэффициент напряжения трансформатора

Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально числу витков на витках обмоток.Это отношение выражается формулой:

Коэффициент трансформации трансформатора

Где:

Vp = напряжение на первичных обмотках, В

Vs = напряжение на вторичных обмотках, В

Np = число витков первичной обмотки

Ns = число витков вторичной обмотки

Отношение Vp/Vs называется коэффициентом напряжения (VR). Отношение Np/Ns называется коэффициентом витков (TR).

Соотношение напряжений 1:4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.

Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 В на первичной обмотке приходится только 1 В на вторичной. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим.

Коэффициент тока

Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках.Это отношение выражается уравнением:

Коэффициент тока трансформатора

Где:

Ip = ток в первичной обмотке, А

Is = ток во вторичной обмотке, А

В приведенном выше уравнении мы можем заменить Np / Ns на Vp / Vs, так что мы получим:

Эффективность трансформатора

КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, подводимой к первичной обмотке.

Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он отдает всю получаемую энергию.

Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражается уравнением:

Эффективность трансформатора

Где:

Эфф = эффективность

Ps = выходная мощность вторичной обмотки = входная мощность – потери в сердечнике – потери в меди

Pp = потребляемая мощность первичной обмотки

Эффективность хорошо спроектированных трансформаторов очень высока, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов.Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения.

Основной причиной высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием является отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока.

Повышающий и понижающий трансформатор

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: КАК ПАРТНЕР AMAZON, Я ЗАРАБАТЫВАЮ ОТ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПОКУПОК.ЭТОТ ПОСТ СОДЕРЖИТ ПАРТНЕРСКИЕ ССЫЛКИ, КОТОРЫЕ БУДУТ ВОЗНАГРАЖДАТЬ МНЕ ДЕНЕЖНО ИЛИ ИНЫМ ОБРАЗОМ, КОГДА ВЫ ИСПОЛЬЗУЕТЕ ИХ ДЛЯ СОВЕРШЕНИЯ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПОКУПОК. ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ, ПОЖАЛУЙСТА, ПРОЧИТАЙТЕ МОЙ ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ.

Разница между повышающими и понижающими трансформаторами заключается в том, что повышающие трансформаторы повышают уровень напряжения, а понижающие трансформаторы используются для снижения уровня напряжения. Существуют также ключевые различия в напряжении, токе, обмотке, вращении катушки и толщине проводника.

Повышающие и понижающие трансформаторы предназначены для изменения уровня напряжения переменного (или переменного тока) для различных приложений и устройств. Принципиальное управление электрической мощностью трансформаторов сводится к нашей необходимости и осуществляется либо путем увеличения напряжения (повышающее), либо путем его уменьшения (понижающее).

Трансформаторы работают по принципу Фарадея Закон «взаимной индуктивности», в котором изменение потока в первичной обмотке индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

В следующем видео более подробно рассказывается о повышающих и понижающих трансформаторах:

Трансформаторы состоят из железного сердечника, вокруг которого намотаны две медные обмотки таким образом, что они электрически изолированы друг от друга. и связаны магнитным полем.

Эти обмотки известны как первичные обмотки и вторичные обмотки. Одна из обмоток подключена к сети переменного тока и действует как вход (первичная обмотка ), а другая подключена к нагрузке, подающей выходное (повышенное или пониженное) напряжение на нагрузку (вторичная обмотка). .

Подробнее об этом:

Как определить, является трансформатор повышающим или понижающим? Соотношение напряжений определяется по заводской табличке. Затем можно проверить соединения.

  • Повышающий трансформатор , если питание по обмотке низшего напряжения.
  • Это понижающий трансформатор , если питание подается на обмотку более высокого напряжения.

Выяснение того, какая сторона подключена к источнику, а какая сторона подключена к нагрузке, — это еще один способ определения.Если втулки со стороны источника выше, трансформатор представляет собой понижающий трансформатор .

Существует много применений этих устройств, наиболее известным из которых является Национальная сеть:

Электричество передается на большие расстояния при очень высоком напряжении, поэтому на генерирующих станциях используется огромное количество ступенчатых трансформаторы . Если генерируемое напряжение составляет 11 кВ, а для передачи электроэнергии требуется 132 кВ, этот тип трансформатора подойдет для такого преобразования.

На торговых площадках вы можете найти понижающие трансформаторы . Если входное напряжение 132кВ, а нужно 11кВ, то тут и нужны понижающие трансформаторы.

На подстанциях вы можете найти большинство трансформаторов понижающих трансформаторов . И повышающий, и понижающий трансформаторы изменяют уровень напряжения, и основное различие между ними заключается в следующем:

  1. Повышающий трансформатор – повышает напряжение.
  2. Понижающий трансформатор – понижает напряжение.

В разных странах действуют разные стандарты напряжения. В зависимости от того, где вы живете, ваша цепь питания имеет напряжение от 110 до 120 В (США) или от 220 до 240 В для ваших нужд.

Небольшие устройства, такие как дверные звонки, могут потреблять только 16 В, или у вас может быть термостат на 24 В. Понижающий трансформатор сможет понизить напряжение со 110В или 220В до 16В или 24В.

Из соображений безопасности напряжение должно быть «понижено» до того, как оно попадет в наши дома или офисы.Это достигается за счет использования понижающего трансформатора. В нашей повседневной жизни мы видим применение этих трансформаторов повсюду!

Повышающий трансформатор можно использовать как понижающий и наоборот. Все упирается в его подключение к цепи.

Мы можем использовать повышающий трансформатор в качестве понижающего трансформатора , подключив входные/выходные провода к любой стороне трансформатора в цепи. Поскольку формула мощности:

или:

Сами трансформаторы НЕ передают напряжение или ток.Именно мощность передается трансформатором от первичной обмотки к вторичной. Напряжение и ток противоположны друг другу, поэтому, если напряжение увеличивается, ток уменьшается или наоборот.

Когда мы подаем питание на обмотку низкого напряжения, трансформатор ведет себя как повышающий трансформатор. Трансформатор станет понижающим трансформатором, если входная мощность подается на обмотку высокого напряжения.

Помимо разницы в функции этих двух трансформаторов, есть и некоторые другие различия:

  1. напряжение
  2. Текущий Ткан
  3. Обмотка (Количество катушек)
  4. Количество спинов катушки ( витков)
  5. Толщина проводника

Теперь подробнее рассмотрим отличия повышающих и понижающих трансформаторов:

1.Напряжение

Конечно, уровень напряжения является основным различием между повышающим и понижающим трансформаторами:

  • В повышающем трансформаторе напряжение вторичной обмотки больше, чем входное напряжение.
  • В понижающем трансформаторе напряжение вторичной обмотки меньше входного напряжения.

2. Ток

Поскольку ток и напряжение обратно пропорциональны друг другу, вот что мы получаем:

  • первичная катушка (которая имеет более высокий ток).
  • В понижающем трансформаторе – наоборот (вторичная катушка имеет больший ток , а первичная меньший ток).

3. Обмотка (катушки)

Различие есть и в обмотке:

  • В повышающем трансформаторе 9190 имеется низковольтная первичная обмотка и вторичная высоковольтная обмотка 9190.
  • В понижающем трансформаторе имеется высоковольтная первичная обмотка и вторичная обмотка низкого напряжения .

4. Количество витков катушки (витков)

Количество витков в их первичной и вторичной обмотках является еще одним важным различием между повышающими и понижающими трансформаторами. Он определяет, повышает или понижает трансформатор напряжение.

  • Если число витков вторичной обмотки больше, чем первичной, то это повышающий трансформатор (выходное напряжение выше входного).
  • Если количество витков вторичной обмотки меньше, чем первичной, то это понижающий трансформатор (выходное напряжение меньше входного).

Это означает, что трансформатор будет называться «повышающий» трансформатор , если он повышает уровень напряжения, и будет называться «понижающим» трансформатором , если он снижает уровень напряжения

5 Толщина проводника

То, какой ток может протекать по проводу, определяется его толщиной.

  • Катушки первичной обмотки повышающего трансформатора изготовлены из более толстого провода, а вторичная — из более тонкого провода.
  • Катушки вторичной обмотки понижающего трансформатора изготовлены из более толстого провода, поскольку выходной ток высок, а первичная обмотка выполнена из более тонкого медного провода.

Если напряжение на выходе трансформатора увеличивается, то мы называем этот трансформатор повышающим трансформатором . Понижение или повышение напряжения определяется отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки.

Вы можете распознать повышающий трансформатор по меньшему числу витков на первичной обмотке и большему – на вторичной:

Вы также можете скачать PDF-версию этой схемы.

Повышающие трансформаторы обычно используются на электростанциях. Причина этого в том, что высокое напряжение сопровождается низким током и, следовательно, более эффективной передачей энергии коммунальной компанией.

Повышающие трансформаторы могут использоваться для улучшения характеристик электрических и медицинских приборов (например, рентгеновских аппаратов и т. д.).На бытовом уровне они могут помочь запустить электродвигатель или микроволновую печь.

Если вы покупаете электроприбор в стране с более высоким входным напряжением, поступающим от сети, вам понадобится повышающий преобразователь для его использования.

Повышающие трансформаторы эффективны в эксплуатации, но довольно дороги и требуют большого обслуживания.

Этот трансформатор берет высоковольтный (слаботочный) и превращает его в низковольтный (сильноточный). Понижающие трансформаторы имеют большее число витков на первичной обмотке и меньшее число витков на вторичной обмотке.

Повышенный ток требует использования более толстого провода во вторичной обмотке. Более тонкий провод используется для первичной катушки, которая не должна нести такой большой ток.

Уменьшены выходные напряжения понижающего трансформатора. Это означает, что высокое напряжение и низкий ток преобразуются в низкое напряжение и высокий ток.

Вот схема понижающего трансформатора:

Не стесняйтесь загружать PDF-файл, чтобы ознакомиться с ним поближе.

Высоковольтные линии подключены к подстанциям с понижающими трансформаторами, которые снижают напряжение практически для всех бытовых, коммерческих и промышленных потребителей.Понижающие трансформаторы широко используются в повседневной жизни.

На уровне жилых домов мы находим понижающие трансформаторы в дверных звонках, бытовой технике и зарядных устройствах для мобильных устройств. Все! Он также используется в сварочных аппаратах, где требуется высокий выходной ток.

Понижающий трансформатор является ключевым компонентом в системе распределения электроэнергии. На сетевых станциях эти трансформаторы используются для снижения высокого напряжения передачи 500 кВ, 770 кВ, 220 кВ до низкого распределительного напряжения 110 кВ, 60 кВ, 33 кВ и 11 кВ.

На уровне улицы этот трансформатор используется для понижения линейного напряжения 11 кВ всего до 220/110 В. Эти трансформаторы очень надежны, экономичны, долговечны и очень эффективны в работе.

Вот стол, чтобы обобщить много различий между шагом и пошаговым трансформаторам:

разрядной трансформатор

190
повышающий трансформатор используется для повышения ( увеличение ) выходного напряжения. Выходное напряжение уменьшено ( уменьшено ) с помощью понижающего трансформатора.
Напряжение на выходе высокое , а на входе низкое напряжение. Напряжение на выходе низкое , а на входе напряжение высокое.
На вторичной обмотке ток низ , а на первичной – выс. На первичной обмотке ток млад , на вторичной – макс.
Количество витков первичной обмотки на меньше количества витков вторичной обмотки. Количество витков первичной обмотки на больше количества витков вторичной обмотки.
Для первичной обмотки повышающего трансформатора р используется медный провод толщиной с изоляцией, а во вторичной обмотке используется тонкий провод . В первичной обмотке понижающего трансформатора р используется тонкий медный провод с изоляцией, а во вторичной обмотке используется толстый провод .
Общие области применения включают электростанции, электродвигатели, рентгеновские аппараты, микроволновые печи и т. д. В основном используется в жилых районах, например дверные звонки, термостаты, мобильные зарядные устройства и станции распределения электроэнергии.

Оставьте комментарий и загрузите оба трансформатора в формате PDF.


Нажмите на белую кнопку вверху, чтобы найти своего электрика!


Принцип работы трансформатора | Потери | Эффективность

Трансформаторы сегодня используются почти в каждой электрической системе для повышения, понижения или изоляции одного уровня напряжения от другого. Широкое использование трансформаторов началось после того, что известно в области электротехники как «Война токов».

Томас Эдисон считал, что система распределения электроэнергии в США должна быть на постоянном токе с генераторами постоянного тока, передающими мощность через систему распределения постоянного тока на нагрузки постоянного тока.

Джордж Вестингауз считал, что система распределения переменного тока будет намного лучше, потому что переменный ток можно распределять на большие расстояния с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.

Система генераторов и трансформаторов переменного тока Westinghouse оказалась лучшей и теперь является стандартной системой распределения, используемой во всем мире.

Поскольку трансформаторы очень важны в электрической системе, изучение принципа их работы и использования важно при проектировании, установке или устранении неполадок в электрической системе.

Трансформатор Определение

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, использующее электромагнетизм для изменения напряжения с одного уровня на другой или для изоляции одного напряжения от другого.

Трансформаторы используются в системах распределения электроэнергии для безопасного и эффективного повышения или понижения напряжения и тока. Например, , трансформаторы используются для увеличения генерируемого напряжения до высокого уровня для передачи по стране, а затем для снижения его до низкого уровня для использования электрическими нагрузками. См. рис. 1.

Трансформаторы позволяют энергетическим компаниям распределять большие объемы электроэнергии по разумной цене. Большие трансформаторы используются для распределения электроэнергии по городским улицам и в больших производственных или коммерческих зданиях.

Большие трансформаторы обычно обслуживаются энергетической компанией или работниками, специально обученными эксплуатации и техническому обслуживанию высоковольтных трансформаторов.

Техники часто работают с небольшими управляющими трансформаторами. Трансформаторы управления изолируют силовую цепь от цепи управления, обеспечивая дополнительную безопасность оператора цепи.

Трансформаторы также используются в источниках питания большей части электронного оборудования для повышения или понижения напряжения в сети, чтобы обеспечить требуемое рабочее напряжение для оборудования.

Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, намотанные на железный сердечник. См. рис. 2. Первичная обмотка представляет собой катушку трансформатора, который получает питание от источника. Вторичная обмотка представляет собой катушку трансформатора, которая отдает энергию при преобразованном или измененном напряжении в нагрузку.

Рисунок 1. Трансформаторы используются для повышения напряжения до высокого уровня для передачи по стране, а затем для его снижения до низкого уровня для использования электрическими нагрузками.

Рис. 2. Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, намотанные на железный сердечник.

Трансформатор Принцип работы

Трансформатор передает энергию переменного тока из одной цепи в другую. Передача энергии осуществляется магнитным способом через железный сердечник . Магнитное поле создается вокруг провода, когда переменный ток проходит через провод. Магнитное поле нарастает и исчезает каждый полупериод, потому что по проводу проходит переменный ток. См. рис. 3.

Рис. 3. В трансформаторе магнитные силовые линии, создаваемые одной катушкой, индуцируют напряжение во второй катушке.

Первичная обмотка трансформатора создает магнитное поле для железного сердечника. Вторичная обмотка питает нагрузку наведенным напряжением, пропорциональным числу витков проводника, перерезанного магнитным полем сердечника.

Трансформатор является либо повышающим, либо понижающим трансформатором в зависимости от соотношения между числом витков проводника на первичной и вторичной сторонах трансформатора. См. рис. 4.

Рис. 4.Изменение напряжения и тока от первичной обмотки к вторичной в повышающих и понижающих трансформаторах.

Коэффициент витков – это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора.

 Если на вторичной обмотке в два раза больше витков, на вторичной обмотке индуцируется удвоенное напряжение. Отношение первичной обмотки к вторичной составляет 1:2, что делает трансформатор повышающим.

Однако, если на вторичной обмотке находится только половина витков, на вторичной обмотке индуцируется только половина напряжения.В этом случае отношение первичной обмотки к вторичной составляет 2:1, что делает трансформатор понижающим трансформатором .

В повышающем трансформаторе соотношение 1:2 удваивает напряжение. Это может показаться усилением или умножением напряжения без каких-либо жертв. Однако мощность, передаваемая в трансформаторе, одинакова как на первичной, так и на вторичной обмотках, за исключением небольших потерь внутри трансформатора.

Поскольку мощность равна произведению напряжения на ток (P=E×I), а мощность всегда одинакова на обеих сторонах трансформатора, напряжение не может измениться без изменения тока.

Например, , при понижении напряжения с 240 В до 120 В в соотношении 2:1 ток увеличивается с 1 А до 2 А, при этом мощность на каждой стороне трансформатора остается одинаковой.

В отличие от , при повышении напряжения со 120 В до 240 В в соотношении 1:2 ток снижается с 2 А до 1 А для поддержания баланса мощности. Другими словами, напряжение и ток могут изменяться по определенным причинам, но мощность постоянна.

Одно из преимуществ увеличения напряжения и уменьшения тока заключается в том, что мощность может передаваться по проводу меньшего сечения, что снижает стоимость линий электропередач.По этой причине генерируемые напряжения повышаются очень высоко для распространения на большие расстояния, а затем снижаются для удовлетворения потребностей потребителей.

Хотя и напряжение, и ток можно повышать или понижать, термины «увеличение» и «уменьшение» при использовании с трансформаторами всегда относятся к напряжению.

Потери трансформатора

Хотя трансформаторы очень эффективны, они не идеальны. Не вся энергия, подаваемая источником на первичную сторону, передается во вторичную цепь нагрузки.Большая часть потерянной энергии теряется в виде тепла в трансформаторе.

Три типа потерь в трансформаторе с железным сердечником: резистивные, вихретоковые и гистерезисные потери.

Все эти потери приводят к нагреву типичного трансформатора с железным сердечником при работе с полной нагрузкой. Трансформатор может быть слишком горячим, чтобы до него можно было дотронуться во время нормальной работы, но не должно быть запаха горящей изоляции или лака, признаков обесцвечивания или дыма. Любой из них указывает техническому специалисту, что трансформатор перегружен или неисправен.

Резистивные потери возникают из-за сопротивления обмотки катушки. Когда ток проходит через обмотку, обмотка нагревается и теряет энергию, которая могла бы быть передана во вторичную обмотку.

Поскольку железо является хорошим проводником электричества, изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке трансформатора, также индуцирует небольшие напряжения в железном сердечнике трансформатора. Эти небольшие напряжения создают вихревые токи, которые, в свою очередь, выделяют тепло. Это тепло также представляет собой потерю, потому что оно не совершает полезной работы.

Вихревые токи сводятся к минимуму либо за счет изготовления сердечника из тонких листов (пластин), изолированных друг от друга, либо за счет использования сердечников из порошкового железа вместо цельных блоков железа.

Изоляция между пластинами многослойного сердечника разрывает пути тока внутри сердечника и уменьшает вихревые токи. Это тот же метод, который используется для уменьшения вихревых токов в соленоидах.

Каждый раз, когда сила намагничивания, создаваемая первичной стороной трансформатора, изменяется, атомы сердечника перестраиваются в направлении силы.Энергия, необходимая для перестройки атомов железа, должна обеспечиваться входной мощностью и не передаваться во вторичную цепь нагрузки. Перестройка атомов железа не следует за силой намагничивания мгновенно, а вместо этого немного отстает от нее. Это запаздывающее действие называется гистерезисом .

Степень гистерезиса является мерой количества энергии, необходимой для перестройки атомов железа в ядре; потеря энергии при этом называется потерями на гистерезис.

Гистерезис приводит к нагреву железного сердечника.Из-за этого и других сходств с механическим трением гистерезис иногда называют магнитным трением. Потери на гистерезис сведены к минимуму за счет использования в сердечнике стали с высоким содержанием кремния и других сплавов.

КПД трансформатора

В идеальном трансформаторе энергия передается из первичной цепи во вторичную цепь без потери мощности. Однако все трансформаторы имеют некоторую потерю мощности. Большинство трансформаторов работают с небольшими потерями мощности (обычно 0.от 5% до 8%). Чем меньше потери мощности, тем эффективнее трансформатор.

 КПД трансформатора выражается в процентах. Для расчета КПД трансформатора применяется следующая формула:

\[КПД=\frac{{{P}_{s}}}{{{P}_{p}}}\times 100\]

Где

Eff = КПД (в %)

P S = мощность вторичного контура (Вт)

P P = мощность первичного контура (Вт)

Например, что такое эффективность трансформатора, который использует 1200 Вт первичной мощности для обеспечения 1110 Вт вторичной мощности?

\[Эффективность=\frac{{{P}_{S}}}{{{P}_{P}}}\times 100=\frac{1110}{1200}\times 100=92.5%\]

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

На типичном предприятии тяжелой промышленности электроэнергия может подаваться непосредственно с передающей подстанции во внешнее трансформаторное хранилище. Служебно-вводные проводники проложены от наружного трансформаторного отсека через открытый шинопровод к распределительному щиту учета. Затем питание подается через автоматические выключатели в щите и направляется через шинопроводы к силовым распределительным панелям и шинопроводам со съемными секциями к точкам использования.

В зависимости от потребностей заказчика система распределения электроэнергии подает питание со стандартными уровнями напряжения и фиксированными номинальными токами в заданные точки, такие как розетки.

Работа трансформатора: принцип, основы и типы

Трансформатор преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую. В частности, повышающий трансформатор увеличивает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. С другой стороны, понижающий трансформатор снижает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. Для того, чтобы понять, как это делает трансформатор, нужно узнать о работе трансформатора.

Работа трансформатора: Принцип

Преобразование энергии осуществляется за счет взаимной индукции между обмотками. Простейшая форма трансформатора показана на рисунке 1, на котором изображен трансформатор, состоящий из двух катушек индуктивности, первичной и вторичной обмоток. две катушки соединены с помощью ламинированного стального сердечника, который позволяет магнитному потоку проходить по ламинированному пути.

Рисунок 1. Схема трансформатора. Источник: Джорджия Панаги, StudySmarter.

При подключении первичной обмотки к внешнему источнику переменного напряжения в обмотках индуцируется магнитный поток по закону Фарадея.

Закон Фарадея гласит, что переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, противодействующую изменениям магнитного поля.

Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, магнитное поле изменяется, вызывая таким образом электродвижущую силу. Возникающее магнитное поле разрезает обмотку вторичной катушки, что создает переменное напряжение в этой обмотке за счет электромагнитной индукции.

Трансформаторы могут достигать своей цели только при подаче переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не создает электромагнитной индукции.

Большая часть магнитного потока связана со вторичной обмоткой, что называется «основным потоком», в то время как оставшийся поток не связан со вторичной обмоткой и известен как «поток рассеяния».

Поток утечки — это небольшая часть потока, которая выходит за пределы пути магнитного потока.

ЭДС индукции известна как ЭДС взаимной индукции, и ее частота равна подводимой электродвижущей силе.

Когда вторичная обмотка представляет собой замкнутую цепь, по цепи протекает взаимно индуцированный ток, передающий электрическую энергию из первичной цепи во вторичную.

Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора состоит из ламинированных стальных листов, расположенных таким образом, что между каждым листом имеется минимальный воздушный зазор. Это делается для обеспечения непрерывного пути прохождения магнитного потока .Используемый тип стали обеспечивает высокую проницаемость и снижает потери на вихревые токи и низкие потери на гистерезис.

Гистерезисные потери возникают из-за намагничивания и размагничивания сердечника, когда ток подается в обоих направлениях.

Сталь обладает высокой проницаемостью, что означает, что ее способность проводить магнитный поток намного выше, чем у воздуха, что позволяет возникать магнитному потоку.

Вихревые токи циркулируют в проводниках подобно завихрениям в потоке, вызванном переменными магнитными полями, текущими по замкнутому контуру.

Типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов с различными геометрическими вариациями.

Трансформатор с сердечником

В трансформаторе с сердечником обмотки имеют цилиндрическую форму и расположены в сердечнике, как показано на рис. 2 ниже. Цилиндрические катушки имеют разные слои, причем каждый слой изолирован от другого. Трансформаторы с сердечником существуют как в малом, так и в крупногабаритном исполнении. Эффективная площадь сердечника трансформатора может быть уменьшена за счет использования ламинирования и изоляции.

Рисунок 2. Трансформатор с сердечником.Источник: МайТек.

Трансформатор корпусного типа

В трансформаторе корпусного типа катушки установлены слоями и уложены друг на друга с изоляцией между ними. Трансформатор корпусного типа может иметь простую прямоугольную форму, как показано на рис. 3 (слева), или может иметь распределенную конфигурацию (справа).

Рис. 3. Трансформатор прямоугольного сечения (слева) и распределительный трансформатор кожухового типа (справа). Источник: CircuitsToday.

Зигзагообразный или соединительный трансформатор типа звезда

Зигзагообразный трансформатор имеет зигзагообразное соединение, при котором токи в обмотках на сердечнике протекают в противоположных направлениях во избежание насыщения.

Рис. 4. Зигзагообразная конфигурация .

Использование и назначение трансформатора

Трансформаторы классифицируются в зависимости от их использования, назначения и поставки. Существуют две основные цели, для которых используются трансформаторы:

  • Повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжение на вторичной обмотке. Повышающий трансформатор имеет больше витков на вторичной обмотке, чем на первичной.
  • Понижающие трансформаторы используются для снижения напряжения на вторичной обмотке.У понижающего трансформатора на вторичной обмотке меньше витков, чем на первичной.

Уравнение коэффициента трансформации определяет соотношение между вторичным и первичным напряжениями V 1 и V 2 , измеренными в вольтах, токами I 1 и I 2 , измеренными в амперах, и числом витков в катушки n 1 и n 2 . Это соотношение можно использовать для уменьшения или увеличения количества пропорционально второй или первичной обмотке.

Уравнение идеального трансформатора

Отношение напряжений равно отношению числа витков, как показано в предыдущих уравнениях. , или гистерезисные потери, входная мощность равна выходной мощности.

Следовательно, КПД трансформатора равен 100 %, или отношение выходной мощности к потребляемой равно 1. Это также показано в приведенном ниже уравнении идеального трансформатора, где I 1 и V 1 — ток и напряжение первичной обмотки соответственно, а I 2 и V 2 — ток и напряжение вторичной обмотки соответственно.

Входное напряжение 5 В подается на первичную обмотку трансформатора, а выходное напряжение 15 В индуцируется во вторичной обмотке. Если мы заменим первичное входное напряжение на 25 В, каково будет новое индуцированное выходное напряжение вторичная катушка?

Мы используем уравнение трансформатора для определения соотношения между первичным и вторичным напряжениями. Затем мы используем это соотношение для определения нового индуцированного напряжения во вторичной обмотке на основе нового первичного входного напряжения.

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Трансформаторы также можно классифицировать по типу питания. Существует два типа питания:

  • Однофазные трансформаторы содержат один проводник и один нейтральный провод. Они работают с использованием цикла напряжения, работающего в фазе времени, и широко используются в современных технологиях для преобразования значений переменного тока в желаемые.
  • Трехфазные трансформаторы широко используются для распределения электроэнергии и сетей.Они работают по тому же принципу, что и однофазные трансформаторы. Однако имеется три проводника, каждый из которых содержит набор первичной и вторичной обмотки и один нулевой провод.

Ток в трехфазном трансформаторе имеет три пика и минимума для каждого периода. Следовательно, максимальная амплитуда достигается много раз, что помогает обеспечивать постоянную мощность.

Работа трансформатора – основные выводы

  • Трансформатор – это устройство, повышающее или понижающее напряжение от одной цепи к другой.
  • Основным принципом работы трансформаторов является закон индукции Фарадея.
  • Трансформаторы бывают трех основных конфигураций: сердечник, оболочка и зигзаг.
  • Существует два разных типа трансформаторов с разными источниками питания.

Основные принципы промышленных трансформаторов



ЦЕЛИ:

• объяснить, как и почему трансформаторы используются для передачи и распределения электрической энергии.

• опишите базовую конструкцию трансформатора.

• различать 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.

Неэффективно и экономически нецелесообразно производить большое количество электрической энергии постоянного тока. Изобретение трансформатора было вехой в развитии электротехнической промышленности. Трансформер увеличивает или уменьшает напряжение больших количеств переменного тока энергоэффективно, безопасно и удобно. Большое распределение мощности станция показана на илл. 1.


больной. 1: Подстанция с тремя индивидуальными масляными выключателями .

Большое количество энергии переменного тока может генерироваться в удобное время. напряжения, используя энергию пара, атома или воды. Сначала используются трансформаторы. увеличить эту энергию до высокого напряжения для передачи на многие мили проводов передачи, а затем уменьшить это напряжение до значений, удобны и безопасны для использования потребителем.

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор состоит из двух или более проводниковых обмоток, размещенных на такой же магнитный путь железного сердечника, как показано на рис.2.


ил. 2: Детали трансформатора

Многослойный сердечник

Железный сердечник трансформатора состоит из листов катаного железа. Этот железо обрабатывается таким образом, чтобы оно имело высокое качество магнитной проводимости (высокая проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин используется для выражения легкости, с которой материал будет проводить магнитные линии силы. Железо также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (через толщина сердцевины).Необходимо ламинировать железные листы (рис. 3) для уменьшения гистерезиса и вихревых токов, вызывающих нагрев ядра.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную обмотка. Первичная обмотка представляет собой катушку, которая получает энергию. Это формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная, обмотка это катушка, которая обеспечивает энергию при преобразованном или измененном напряжении — повышенном или уменьшилось.

Трансформаторы по определению используются для передачи энергии от одной системы переменного тока к другому электромагнитными средствами. Они не меняют количество энергии существенно; в трансформаторе происходят лишь незначительные потери мощности. Если трансформатор повышает напряжение, он называется повышающим трансформатором. Если он снижает напряжение, он называется понижающим трансформатором.

Вторичное напряжение зависит от:

• напряжение первичной обмотки,

• количество витков на первичной обмотке, а

• количество витков вторичной обмотки.

Некоторые типы трансформаторов с сердечником имеют первичную и вторичную обмотки. витки проволоки, намотанные на отдельные ветви сердечника (см. рис. 2А). Первичная и вторичная обмотки провода также могут быть намотаны друг на друга, как показано на рисунке. в плохо. 2B. Намотка таким образом повышает КПД трансформатора и экономит энергию. При указании коэффициента трансформации первичным является первый множитель отношения. Это говорит о том, какая обмотка, высокая или низкая, подключена к источнику питания.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Три основных типа конструкции сердечников трансформаторов: тип сердечника, панцирного и крестового или Н-типа (рис. 4).


ил. 3 Пластины «E», используемые в конструкции сердечника трансформатора


ил. 4 Основные типы конструкции сердечников трансформаторов: A. Сердечник или однооконный тип; B. Тип ядра или единого окна; C. Shell или двойной тип окна; D. Крестовина

Тип сердечника

В трансформаторе с сердечником первичная обмотка находится на одной ножке трансформатора, а вторичная обмотка — на другой.Более эффективный вид конструкция ядра — это тип оболочки, в котором ядро ​​окружено панцирь из железа (илл. 4А и Б).

Тип кожуха

Трансформатор с оболочечным сердечником или с двойным окном (рис. 4С) вероятно, наиболее часто используется в электромонтажных работах. С точки зрения энергосбережения, эта конструкция трансформатора работает с эффективностью 98 процентов или выше.

Крест или Н-образный тип

Сердечник крестообразного или H-типа также называется модифицированным типом оболочки. катушки окружены четырьмя ветвями сердечника. Крестовый тип действительно является комбинацией из двух стержней, расположенных под прямым углом друг к другу. Обмотки расположен над центральным ядром, которое в четыре раза превышает площадь каждого из внешние ноги. Этот тип сердечника очень компактен и легко охлаждается. Он используется для больших силовых трансформаторов, где необходимо учитывать падение напряжения и стоимость. быть сведена к минимуму. Эти агрегаты обычно погружаются в масло для высокой изоляционные свойства и эффективное охлаждение.Другой способ охлаждения трансформаторы принудительным воздухом. Трансформаторы ни в коем случае нельзя погружать в воде для охлаждения. Случайное затопление, например, в подземном трансформаторе своды, должны быть прокачаны (ил. 4D).

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Согласно закону Ленца, в катушке индуцируется напряжение всякий раз, когда катушка ток увеличивается или уменьшается. Это индуцированное напряжение всегда находится в таком направление, чтобы противостоять силе, производящей его.Называется индукция, это Действие иллюстрируется расположением двух петель из проволоки, как показано на рис. 5.

Примечание на ил. 5 постепенное увеличение магнитного поля примерно одну сторону каждой петли по мере нарастания тока. Сила магнитного поля поле увеличивается по мере увеличения электрического тока через проводник от источника питания. больной. 5 также показана картина поля во время период уменьшения тока.


ил.5 Магнитная индукция (поток электронов): УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТОКА ТОКА; ПОТОК УВЕЛИЧЕНИЕ; ПОТОК РАЗРУШАЕТСЯ; АККУМУЛЯТОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ; УМЕНЬШАЕТСЯ ТЕКУЩИЙ ПОТОК;

бол. 5 используется правило левой руки для проводников. Возьмитесь за проводника левой рукой с вытянутым большим пальцем в направлении электрона поток. Ваши пальцы укажут направление магнитного потока. поток расширяется наружу от проводника по мере увеличения тока и сжимается к центру проводника по мере уменьшения тока.

Когда ток достигает своего максимального значения, круговые магнитные линии вокруг провода двигаться наружу от провода. Это внешнее движение магнитного силовые линии пересекают проводник второго контура. Как результат, индуцируется ЭДС, и в петле циркулирует ток, как показано на гальванометр, расположенный над проводником.

Когда ток достигает установившегося состояния в первой цепи, поток стационарно и напряжение в цепи не индуцируется.Гальванометр показывает нулевой ток.

Когда цепь батареи разомкнута, ток падает до нуля и поток рушится. Схлопывающийся поток прорезает второй контур и снова индуцирует ЭДС. Второй индуцированный ток имеет направление, противоположное первого индуцированного тока, как показывает стрелка гальванометра. Заключительный этап показывает стационарное состояние без поля и индуцированного тока. Это действие выполняется автоматически при подаче переменного тока.

Петли проволоки можно заменить двумя концентрическими витками (петли с много витков) для формирования трансформатора. 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 проводников в разрезе вторичной обмотки по магнитным линиям.Это называется взаимной индуктивностью. Коммерческие трансформаторы обычно имеют фиксированные сердечники, которые обеспечивают полные магнитные цепи для эффективная работа, где есть небольшая утечка потока и высокая взаимная индукция.

ОТНОШЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Согласно закону Ленца, один вольт индуцируется, когда 100 000 000 магнитных силовые линии пересекаются за одну секунду. Первичная обмотка трансформатора создает магнитное поле для сердечника. Вторичная обмотка при размещении непосредственно по той же жиле питает нагрузку наведенным напряжением что пропорционально количеству проводников, перерезанных первичным потоком ядра.

Трансформатор корпусного типа, показанный на рис. 6 предназначен для уменьшения напряжение источника питания.

На ил. 6:

Np = число витков первичной обмотки

Np = число витков вторичной обмотки

Ip = ток в первичной обмотке

Is = ток во вторичной обмотке

Предположим, что Np = 100 витков

Ns = 50 витков

E (питание) = 100 вольт, 60 герц


ил.6 Однофазный трансформатор с взаимной индуктивностью двух катушки

Переменное напряжение питания (100U), создает ток в первичной который намагничивает сердечник переменным потоком. (По словам Ленца Закон, в первичной обмотке индуцируется противо-ЭДС. Эта встречная ЭДС называется самоиндукцией и противостоит приложенному напряжению). Поскольку вторичная обмотка на том же сердечнике, что и первичная, только 50 вольт индуцируется во вторичной обмотке, потому что обрезается вдвое меньше проводников магнитным полем.

На холостом ходу верно следующее соотношение:

Следовательно, соотношение 2 к 1 говорит о том, что трансформатор является понижающим трансформатор, который снизит напряжение питания. Трансформеры либо повышать, либо понижать напряжение питания.

Обратитесь к больному. 7 для следующего примера. Первичная обмотка В трансформаторе 100 витков, во вторичной обмотке 400 витков. ЭДС 110 вольт подается на первичку.Какое напряжение на вторичной обмотке и какой коэффициент трансформации?

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

КОЭФФИЦИЕНТ ТОКА

Коэффициент тока в трансформаторе является обратным коэффициенту для напряжения трансформация. Трансформатор не создает мощность и не предназначен потреблять мощность. Входная мощность должна быть очень близка к выходной мощности. Следовательно, если входной вольт-ампер равен выходному вольт-амперу, а напряжение уровень увеличивается, текущий уровень уменьшается.Отношение напряжения и отношение тока обратно пропорциональны.

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

Проверка раствора на ток

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

Коэффициент текущей ликвидности является обратным коэффициентом; то есть, чем больше число витков, тем меньше ток для данной нагрузки.Практические оценки первичные или вторичные токи сделаны, предполагая, что трансформаторы 100-процентная эффективность.

Например, предположим, что

Вт на входе = Вт на выходе

или

Первичная мощность = Вторичная мощность

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

Is = 1000 Вт / 200 В = 5 ампер

Ip = 1000 Вт / 100 В = 10 ампер

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

Более высокое напряжение = меньший ток, следовательно, меньший размер провода

Меньшее напряжение = больший ток, следовательно, больший размер провода


ил. 8 Принципиальная схема повышающего трансформатора

Пример: У перемещаемого станка отключен управляющий трансформатор. Заводская табличка неразборчива из-за коррозии. Цепь питания двигателя 480 вольт.Контроллер мотора работает от управляющего напряжения 120 вольт. Который первичная и вторичная обмотки управляющего трансформатора? Более высокое напряжение имеет меньший размер провода. Следовательно, это должно быть подключено к 480 вольт.

Использование омметра также может сказать нам, какая обмотка имеет большую сопротивление. Измеряя каждую обмотку, находим, что чем больше сопротивление, чем больше напряжение соединения, потому что оно имеет 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 схематически, как показано на рисунке. в плохо. 8. Соотношение витков, первичных и вторичных, не изображено показано. Обычно это отображается как представление символа с повышением или понижением.

ПЕРВИЧНАЯ ЗАГРУЗКА С ВТОРИЧНОЙ ЗАГРУЗКОЙ

Ток вторичной обмотки управляет током первичной обмотки.Когда вторичная цепь завершена путем размещения на ней нагрузки, вторичная ЭДС заставляет течь ток. Это создает магнитное поле в оппозиции к основному полю. Это противодействующее или размагничивающее действие уменьшает эффективное поле первичного потока, что, в свою очередь, уменьшает первичное cemf, тем самым позволяя большему току течь в первичной обмотке. Чем больше ток во вторичной обмотке, тем больше поле, создаваемое вторичное.Это приводит к уменьшению основного поля; следовательно, уменьшенный производится первичный ЦМФ. Это условие допускает больший ток в основной. Весь этот процесс будет повторяться всякий раз, когда изменение значения тока как в первичной, так и во вторичной обмотке. Трансформатор легко приспосабливается к любому нормальному изменению вторичной обмотки. нагрузка. Однако, если прямое короткое замыкание происходит через вторичную обмотку, большое количество протекающего тока приводит к тому, что первичный ток увеличивается в подобным образом, что привело к повреждению или полному выгоранию трансформатора, если он не защищен должным образом.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эффективность всех машин – это отношение выпуска к затратам.

Эффективность = выход/вход

В целом КПД трансформатора составляет около 97 процентов. Всего три процента полного напряжения на вторичной обмотке теряется при преобразовании. Потеря напряжения связана с потерями в сердечнике и потерями в меди.

Потери в сердечнике являются результатом гистерезиса (магнитного трения) и вихревых колебаний. токи (наведенные токи) в железном сердечнике.

Потери в меди – это потери мощности в медном проводе обмоток. Поэтому, принимая во внимание эти потери,

% Эффективность = Выходная мощность (вторичная) / Входная мощность (первичная) X 100

где: потребляемая мощность = мощность на выходе + потери

ОБЗОР

Трансформаторы

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 через электромагнитную связь катушек трансформатора. Трансформеры может использоваться для: (1) повышения напряжения; (2) понизить напряжение; или (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.вырос. в. уменьшилось.

б. удвоился. д. вдвое

2. В катушках трансформатора движение потока обусловлено

а. постоянный ток. в. движущаяся вторичка.

б. вращающийся первичный. д. переменный ток.

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

а. частота. в. Текущий.

б.Напряжение. д. ампер-витки.

4. Средний КПД трансформатора

а. 79 процентов. в. 50 процентов.

б. 97 процентов. д. 100 процентов.

5. Трансформатор имеет первичную обмотку, рассчитанную на 150 вольт, и вторичную обмотка на 300 вольт. Первичная обмотка имеет 500 витков. Сколько витков во вторичной обмотке?

а. 250 гр. 1000

б. 2500 д.10 000

6. Трансформатор управления представляет собой трансформатор понижающего типа. В сравнении с вторичная обмотка первичная обмотка

а. больше по размеру провода.

б. меньше по размеру провода.

в. того же размера, что и вторичка.

д. подключен к нагрузке.

7. Ток во вторичной обмотке

а. выше, чем ток в первичке.

б. ниже, чем ток в первичке.

в. регулирует ток во вторичной обмотке.

д. регулирует ток в первичке.

B. Решите следующие проблемы:

8. Повышающий трансформатор на 110/220 В имеет 100 первичных витков. Сколько витков во вторичной обмотке?

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

10. Чему равен коэффициент трансформатора, вторичное напряжение которого 120 вольт при подключении к источнику питания 2400 вольт?

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

12. Понижающий трансформатор 2400/240 вольт имеет силу тока 9 ампер. в первичной и 85 ампер во вторичной. Определить эффективность трансформатора.

23.7 Трансформаторы – College Physics: OpenStax

Цели обучения

  • Объясните, как работает трансформатор.
  • Рассчитайте напряжение, ток и/или число витков, зная другие величины.

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

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более популярным в связи с распространением электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока.Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme) Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

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

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

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}}}[/латекс] почти полностью зависит от входного напряжения [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{ p}}}[/latex] и соотношение количества петель в первичной и вторичной обмотках.Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает ее индуцированное выходное напряжение [latex]\boldsymbol{V_s}[/latex] равным

[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{s}} = -N _{\textbf{s}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} ,[/латекс]

, где [латекс]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/латекс] — количество витков вторичной обмотки, а [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/ латекс] — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции ([латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{s}} = ЭДС _{\textbf{s}}}[/латекс]), при условии, что сопротивление катушки мало трансформаторы).Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому [латекс]\boldsymbol{\Delta \phi / \;\Delta t}[/latex] одинаково сторона. Входное первичное напряжение [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/латекс] также связано с изменением потока на

[латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{p}} = -N _{\textbf{p}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \phi}{\Delta t}} .[/латекс]

Причина этого немного сложнее. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению потока, вызванному входным напряжением [латекс]\жирный символ{V _{\textbf{p}}}[/латекс], поэтому знак минус (это пример собственная индуктивность , эта тема будет подробно рассмотрена в последующих разделах).Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}} [/латекс].

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в его катушках.

Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности.На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

[латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {p}} V _ {\ textbf {p}} = I _ {\ textbf {s}} V _ {\ textbf {s}} = P_{\textbf{s}}}.[/латекс]

Перестановка терминов дает

[латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {I _ {\ textbf {p}}} {I _ {\ textbf {s}}}} [/латекс].

В сочетании с [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V _{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{s}}}{N _{\textbf {p}}}}[/latex], мы находим, что

[латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s}}}} [/ латекс]

— это соотношение между выходным и входным токами трансформатора.Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1: Расчет характеристик повышающего трансформатора

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

Стратегия и решение для (а)

Решаем [латекс]\boldsymbol{\frac{V_{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{s}}}{N _{\textbf{ p}}}}[/latex] для [латекс]\boldsymbol{N_{\textbf{s}}}[/латекс], количество петель во вторичном, и введите известные значения.4}. \end{массив}[/латекс]

Обсуждение для (а)

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

Стратегия и решение для (b)

Аналогичным образом мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив p}}}{N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекс]\boldsymbol{I _{\textbf{s}}}[/latex] и ввод известных значений.4} = 12,0 \;\textbf{мА}} \end{массив}[/latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь равна [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{p}} V_{\textbf{p}} =(10,00 \;\textbf{A})( 120 \;\textbf{V}) = 1.20 \;\textbf{кВт}}[/латекс]. Это равно выходной мощности [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{p}} = I_{\textbf{s}} V_{\textbf{s}} =(12,0 \;\textbf{мА})(100 \ ;\textbf{кВ}) = 1,20 \;\textbf{кВт}}[/latex], как мы и предполагали при выводе используемых уравнений.

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

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

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12.5 В постоянного тока) должен иметь выход 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (а)

Вы ожидаете, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение [латекс]\boldsymbol{\frac{V_s}{V_{\textbf{p}}} = \frac{N_{\textbf{s}}}}{N_{\textbf{p}}}}[/latex] и ввод известных значений дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{N _{\textbf{s}}} & \boldsymbol{N _{\textbf{p}} \frac{V_{ \textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(200) \frac{15.0 \;\textbf{V}}{120 \;\textbf{V}} = 25}. \end{массив}[/латекс]

Стратегия и решение для (b)

Текущие входные данные можно получить, решив [латекс]\boldsymbol{\frac{I _{\textbf{s}}}{I _{\textbf{p}}} = \frac{N _{\textbf{p}}} {N_{\textbf{s}}}}[/latex] для [латекс]\boldsymbol{I _{\textbf{p}}}[/латекс] и ввод известных значений. Это дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{I _{\textbf{p}}} & \boldsymbol{I _{\textbf{s}} \frac{N_{ \textbf{s}}}{N_{\textbf{p}}}} \\[1em] & \boldsymbol{(16.0 \;\textbf{A}) \frac{25}{200} = 2,00 \;\textbf{A}}. \end{массив}[/латекс]

Обсуждение

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

Трансформаторы

имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в главе 23.7 Электробезопасность: системы и устройства.

Исследования PhET: Генератор

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

Рис. 5. Генератор
  • Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
  • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

    [латекс]\boldsymbol{\frac{V _{\textbf{s}}}{V_{\textbf{p}}}}[/latex][латекс]\boldsymbol{=}[/latex][латекс]\ жирный символ {\ гидроразрыва {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}}}}, [/ латекс]

    , где [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{s}}}[/latex] — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{p}}}[/латекс] и [латекс]\boldsymbol{N _{\textbf{s}}}[/латекс] повороты.

  • Токи [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{p}}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{I_{\textbf{s}}}[/latex] в первичной и вторичной обмотках связаны by [латекс] \boldsymbol {\ frac {I _ {\ textbf {s}}} {I _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {p}}} {N _ {\ textbf {s} }}}[/латекс]
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

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

Задачи и упражнения

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

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

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

4: (a) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей для фонарика, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? б) Какой входной ток необходим для получения 4.00 А выход? в) Какова потребляемая мощность?

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

6: Многоцелевой трансформатор имеет вторичную обмотку с несколькими точками, в которых может быть извлечено напряжение, что дает выходы 5.60, 12,0 и 480 В. (а) Входное напряжение 240 В на первичную катушку из 280 витков. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходных напряжений? (b) Если максимальный входной ток равен 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

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

8: Если выходная мощность в предыдущей задаче равна 1000 МВт, а сопротивление линии равно [латекс]\boldsymbol{2,00 \;\Омега}[/латекс], каковы были потери в старой и новой линии?

9: Необоснованные результаты

Электроэнергия переменного тока напряжением 335 кВ от линии электропередачи подается на первичную обмотку трансформатора.Отношение количества витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной равно [латекс]\жирный символ{N _{\textbf{s}}/N _{\textbf{p}} =1000}[/латекс]. а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка являются ответственными?

10: Создайте свою собственную задачу

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

Глоссарий

трансформатор
устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора
уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках; [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {s}}} {V _ {\ textbf {p}}} = \ frac {N _ {\ textbf {s}}} {N _ {\ textbf {p}} }}[/латекс]
Повышающий трансформатор
трансформатор повышающий напряжение
понижающий трансформатор
трансформатор, понижающий напряжение

Решения

Задачи и упражнения

1: (а) 30.{-2} \;\textbf{A}}[/латекс]

3: (а) 20,0 мА

(б) 2,40 Вт

(c) Да, такая мощность вполне приемлема для небольшого устройства.

5: (а) 0,063 А

(b) Требуется больший входной ток.

7: (а) 2.2

(б) 0,45

(в) 0,20 или 20,0%

9: (а) 335 МВ

(b) слишком высокое, намного превышающее напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях

(c) слишком высокое входное напряжение

 

Основные принципы индуктивности в трансформаторах

Трансформатор обычно состоит из двух отдельных катушек с разным числом витков проводника, намотанных на один и тот же замкнутый многослойный железный сердечник (см. рис. 1).Первичная обмотка — это катушка в трансформаторе, которая питается от источника. Вторичная обмотка – это катушка, подключенная к нагрузке. Первичная цепь в трансформаторе может быть цепью высокого или низкого напряжения, в зависимости от того, является ли он повышающим или понижающим трансформатором. Выводы высокого напряжения обозначаются буквой H, а выводы низкого напряжения — буквой X. Вторичная нейтраль часто обозначается буквой X0.

Рис. 1.Типичный трансформатор состоит из двух отдельных катушек с разным количеством витков проводника, намотанных вокруг

В типичном крупном промышленном комплексе передающая подстанция может поставлять электроэнергию непосредственно во внешнее трансформаторное хранилище. Проводники от служебного входа проложены через открытый шинопровод к распределительному щиту учета из внешней трансформаторной будки. Затем питание подается через автоматические выключатели в щитке и направляется через шинопроводы к распределительным панелям и шинопроводам с вставными секциями к точкам использования (см. рис. 2).В зависимости от потребностей заказчика система распределения электроэнергии подает питание на заданные точки, такие как розетки, со стандартными уровнями напряжения и фиксированными номинальными токами.

 

Рис. 2. Трансформаторы используются для снижения напряжения линии электропередачи до уровня, пригодного для использования заказчиком.

 

Примечание

Переменный ток, вырабатываемый электростанциями, преобразуется в более высокое напряжение для обеспечения эффективной передачи электроэнергии между электростанциями и конечными потребителями.

 

Индукция

Индуктивность — это свойство устройства или цепи, которое заставляет их накапливать энергию в виде электромагнитного поля. Индукция — это способность устройства или цепи генерировать реактивное сопротивление для противодействия изменяющемуся току (самоиндукция) или способность генерировать ток (взаимная индукция) в соседней цепи. Ток, протекающий в катушке, создает поле, которое распространяется за пределы проводника и окружает его. Энергия хранится в этом поле.Когда напряжение источника переходит от пикового значения к нулю, энергия, хранящаяся в электромагнитном поле, преобразуется обратно в электрическую энергию в проводниках катушки. Энергия фактически противостоит изменениям напряжения источника.

Три требования для индукции напряжения посредством магнетизма: проводник, магнитное поле и относительное движение между проводником и магнитным полем. В трансформаторе проводником является провод, из которого состоит катушка. Энергия переменного тока, протекающая через проводник, создает расширяющееся и сжимающееся магнитное поле.Расширяющееся и схлопывающееся магнитное поле проходит через многослойный сердечник и обеспечивает относительное движение между проводником во вторичной обмотке и магнитным полем.

Сердечник состоит из слоев материала с низким магнитным сопротивлением и мало сопротивляется магнитным линиям потока. Замкнутый многослойный сердечник обеспечивает путь потока с низким сопротивлением, выравнивая поток и позволяя максимальному количеству проводников быть перерезанными силовыми линиями магнитного поля. Это индуцирует напряжение во вторичной обмотке.Суммарная мощность в первичной и вторичной цепях одинакова, за исключением некоторых потерь в трансформаторе. Это означает, что когда напряжение во вторичной обмотке выше, чем в первичной, ток во вторичной обмотке пропорционально ниже.

 

Самоиндукция

Самоиндукция — это способность катушки индуктивности в цепи создавать индуктивное реактивное сопротивление, противодействующее изменению тока в цепи. Когда напряжение источника переменного тока возрастает и магнитный поток распространяется вокруг проводников цепи, в цепи индуцируется противодействующее напряжение или противонапряжение.Величина индуцированного напряжения определяется скоростью изменения тока. Закон Ленца гласит, что полярность индуцированного напряжения такова, что оно создает ток, магнитное поле которого противодействует изменению, вызвавшему его (см. рис. 3). Наведенное магнитное поле в катушке индуктивности препятствует любому изменению тока.

 

Рис. 3. Самоиндукция в катушке препятствует изменению тока. Изображение предоставлено LouisvillePhysics

Противонапряжение ограничивает ток цепи, так как ток цепи определяется импедансом и разницей между источником и противонапряжением.Когда напряжение источника переменного тока падает до нуля и поле исчезает, противодействующее напряжение препятствует падению тока. Это показывает, что первые 90° цикла тратятся на зарядку катушки индуктивности. Электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию в катушке индуктивности. Когда напряжение достигает пика, ток равен нулю, поле перестает расширяться, и вся энергия сохраняется в магнитном поле. Когда напряжение источника начинает падать с пика, магнитное поле начинает разрушаться, и свойство индуктивности способствует току, обеспечиваемому источником.{2}}

$$

где

Z = импеданс (в Ом)

R = сопротивление (в Ом)

XL = индуктивное сопротивление (в Ом)

Первичная обмотка трансформатора представляет собой катушку, и сопротивление, индуцируемое в этой катушке, можно рассчитать. Если обмотка в катушке представляет собой медный провод AWG #22 длиной 500 футов, провод имеет сопротивление примерно 8 Ом. Если катушка имеет индуктивность 0,5 Гн, индуктивное сопротивление и полное сопротивление рассчитываются следующим образом:

$${{X}_{L}}=2\pi fL=2\pi \times 60\times 0.{2}}}=188,7\Омега $$

Если провод не намотан на катушку, сопротивление одного провода составляет 8 Ом. Поскольку импеданс катушки выше, чем у провода, полное сопротивление, когда провод намотан на катушку, составляет 188,7 Ом при частоте 60 Гц. Токоемкость только в проводе примерно в 23,6 раза выше, чем токоемкость через катушку из-за повышенного импеданса из-за индуктивного реактивного сопротивления катушки.

Сравнение катушки и прямого проводника показывает, как первичная обмотка трансформатора может быть подключена к источнику и ограничивать ток.

Четыре фактора, которые определяют или контролируют индуктивность катушки, — это поперечное сечение сердечника, количество витков, тип сердечника и длина катушки. Многие люди используют аббревиатуру КОНТРОЛ, чтобы запомнить эти факторы, где заглавные буквы представляют собой первую букву каждого из факторов.

 

Взаимная индукция

Взаимная индукция — это способность катушки индуктивности в одной цепи индуцировать напряжение в другой цепи. Когда первичная обмотка трансформатора имеет переменный ток, протекающий в проводнике, магнитный поток окружает проводник пропорционально величине тока.Расширяющийся и сжимающийся поток перерезает проводники во вторичной обмотке и индуцирует во вторичной обмотке напряжение. См. рис. 4.

 

Рис. 4. Изображение предоставлено компанией Elliot Sound Products.

Когда источник переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора, в первичной обмотке индуцируется противонапряжение, противоположное приложенному напряжению и почти равное ему. Существует очень небольшая разница между приложенным и наведенным напряжениями, которая позволяет току, достаточному для намагничивания первичного сердечника.Ток возбуждения или ток намагничивания — это ток холостого хода через первичный сердечник. Возбуждающий ток создает магнитное поле, которое пересекает вторичную обмотку и индуцирует во вторичной обмотке напряжение. Возбуждающий ток фактически имеет две составляющие. Первая составляющая — это истинный ток холостого хода (в кВт), который намагничивает сердечник. Второй компонент — это реактивная мощность (в кварах), которая создает поле. Для очень маленьких трансформаторов ток возбуждения может достигать 10 % от максимального тока.Для очень больших трансформаторов ток возбуждения может составлять менее 1% от максимального тока.

Когда нагрузка подключена ко вторичной обмотке, наведенное напряжение вызывает протекание тока во вторичной обмотке. Ток вызывает магнитное поле с полярностью, противоположной полю в первичной обмотке, пропорционально относительной напряженности поля. Вторичное магнитное поле стремится нейтрализовать и ослабить магнитное поле в первичном, потому что силовые линии противостоят друг другу. Уменьшенное магнитное поле уменьшает индуктивность и позволяет большему току течь в первичной обмотке.Увеличенный ток в первичной обмотке создает более сильное магнитное поле, которое индуцирует повышенное напряжение во вторичной обмотке. Повышенное напряжение во вторичной обмотке позволяет протекать большему току. Это продолжается до тех пор, пока нагрузка не достигнет необходимого тока.

 

Трансформатор взаимной индуктивности

Взаимная индуктивность или коэффициент связи трансформатора является мерой эффективности передачи энергии от первичной обмотки к вторичной (см. рис. 5).

 

Рис. 5. Взаимная индуктивность двух катушек зависит от их расположения и ориентации.

При идеальной передаче мощности коэффициент связи равен 1. При отсутствии передачи мощности коэффициент связи равен 0. Коэффициент связи зависит от конструкции трансформатора. Наиболее важным фактором является положение каждой катушки по отношению к другой. Если катушки намотаны друг на друга и каждая линия потока от первичной обмотки пересекает виток вторичной обмотки, то коэффициент связи очень близок к 1.Если какой-либо поток теряется, то коэффициент связи меньше 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.