Трансформатор для чего нужен. Трансформатор: принцип работы, устройство и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое трансформатор и как он работает. Из каких основных частей состоит трансформатор. Для чего используются трансформаторы в энергетике и электронике. Какие бывают виды трансформаторов.

Содержание

Принцип работы трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Как работает трансформатор? В общем виде схема трансформатора выглядит следующим образом:

Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока
Вторичная обмотка подключается к нагрузке
Обе обмотки намотаны на общий магнитопровод (сердечник)

При протекании переменного тока по первичной обмотке в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток. Этот поток пронизывает витки вторичной обмотки и индуцирует в ней ЭДС. Величина индуцированной ЭДС зависит от соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках.

Основные части трансформатора

Трансформатор состоит из следующих основных частей:

Магнитопровод (сердечник) — замкнутая магнитная система, по которой проходит основной магнитный поток
Обмотки — проводники, намотанные на магнитопровод
Изоляция — электроизоляционные материалы между обмотками и магнитопроводом
Система охлаждения — отводит тепло, выделяемое при работе
Вводы — для подключения обмоток к внешним цепям
Бак (для масляных трансформаторов) — содержит активную часть и масло

Виды трансформаторов по назначению

По назначению различают следующие основные виды трансформаторов:

Силовые — для передачи и распределения электроэнергии
Измерительные — для подключения измерительных приборов
Специальные — для специфических целей (сварочные, печные и др.)

Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы применяются для передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях. Их основные функции:

Повышение напряжения для передачи энергии на большие расстояния
Понижение напряжения для распределения энергии потребителям
Преобразование числа фаз

Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы используются для подключения измерительных приборов и устройств релейной защиты к цепям высокого напряжения. Различают:

Трансформаторы тока — для измерения больших токов
Трансформаторы напряжения — для измерения высоких напряжений

Конструкции трансформаторов

По конструкции магнитопровода различают следующие типы трансформаторов:

Стержневые — обмотки расположены на стержнях прямоугольной формы
Броневые — обмотки охвачены магнитопроводом с двух сторон

Тороидальные — обмотки намотаны на кольцевой магнитопровод

Какой тип имеет преимущества? У каждой конструкции есть свои плюсы:

Стержневые — простота изготовления и ремонта
Броневые — меньшие потери и ток холостого хода
Тороидальные — минимальные габариты и вес

Системы охлаждения трансформаторов

Для отвода тепла, выделяемого при работе, применяются различные системы охлаждения трансформаторов:

Естественное воздушное охлаждение (сухие трансформаторы)
Масляное охлаждение с естественной циркуляцией масла
Масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла
Масляно-водяное охлаждение

Какая система эффективнее? Принудительная циркуляция масла и масляно-водяное охлаждение обеспечивают лучший отвод тепла, но требуют дополнительного оборудования. Для трансформаторов небольшой мощности достаточно естественного охлаждения.

Применение трансформаторов в энергетике

В энергетике трансформаторы выполняют ряд важных функций:

Повышение напряжения на электростанциях для передачи энергии
Понижение напряжения на подстанциях для распределения энергии
Регулирование напряжения в электрических сетях
Преобразование числа фаз

Зачем нужно повышать напряжение? Повышение напряжения позволяет передавать большую мощность при меньших токах, что снижает потери в линиях электропередачи.

Трансформаторы в электронике

В электронных устройствах применяются малогабаритные трансформаторы для различных целей:

Понижение сетевого напряжения для питания электронных схем
Гальваническая развязка цепей
Согласование сопротивлений источника сигнала и нагрузки
Формирование импульсов в импульсных схемах

Какие особенности имеют трансформаторы для электроники? Они отличаются малыми габаритами, специальными магнитными материалами сердечника, широким диапазоном рабочих частот.

Основные характеристики трансформаторов

К основным характеристикам трансформаторов относятся:

Номинальная мощность
Номинальные напряжения обмоток
Коэффициент трансформации
КПД
Напряжение короткого замыкания
Потери холостого хода и короткого замыкания

Что такое коэффициент трансформации? Это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Он показывает, во сколько раз изменяется напряжение.

Преимущества и недостатки трансформаторов

Трансформаторы обладают рядом достоинств и недостатков:

Преимущества:

Высокий КПД (до 99% у мощных трансформаторов)
Простота конструкции
Надежность в эксплуатации
Возможность изменения напряжения в широких пределах

Недостатки:

Большие габариты и вес
Постоянные потери холостого хода
Чувствительность к перегрузкам
Невозможность плавного регулирования напряжения

Как решаются проблемы трансформаторов? Для уменьшения размеров применяются специальные магнитные материалы. Для регулирования напряжения используются устройства РПН. Защита от перегрузок обеспечивается автоматикой.

Повышающий трансформатор напряжения для дома — больше минусов, чем плюсов.

Преобразование напряжения присутствует повсеместно в любой области нашей жизни и деятельности. Вырабатываемое на электростанции напряжение повышается до нескольких киловольт, чтобы быть переданным с наименьшими потерями через линии электропередач на многие тысячи километров. А потом оно снова понижается на трансформаторных подстанциях до привычных нам значений в 380/220 вольт.

Повышающие трансформаторы не применяются для стабилизации напряжения в тех случаях, когда его значение в сети постоянно изменяется. Для домашнего применения используют только стабилизаторы.

Рассмотрим принцип работы трансформатора напряжения подробнее, не погружаясь в излишние сложности.

Трансформатор напряжения

Изменяет величину напряжения в большую или меньшую сторону в зависимости от соотношения числа его обмоток:

первичной, на которую подаётся исходное напряжение;
вторичной, с которой снимается его преобразованное значение.

Схема трансформатора напряжения

Все обмотки намотаны на общем сердечнике (магнитопроводе). Если число витков у вторичной обмотки больше, чем у первичной, то это повышающий трансформатор, если меньше — понижающий.

Мощность трансформатора напряжения зависит от сечения проводов обмоток, а габариты и вес — от типа сердечника и материала проводов (медь или технический алюминий). По исполнению он может быть одно- и трёхфазным. Самым компактным и лёгким является автотрансформатор, в котором всего одна обмотка.

Повышающий трансформатор

Первая мысль, которая приходит на ум, когда напряжение в сети всё чаще и чаще становится низким, поставить повышающий трансформатор. На первый взгляд кажется, что это — простое и отличное решение, и теперь, наконец-то, будет нормальное напряжение, яркое освещение и стабильно работающие электроприборы. Для дома или дачи с выделенной мощностью 5 кВт, например, —Progress АТ5000R.

Повышающий трансформатор

Но не всё так просто в сказочном королевстве, и прежде чем купить повышающий трансформатор напряжения, цена на который уж очень привлекательна, задумайтесь об одной особенности его работы: он имеет постоянный коэффициент повышения напряжения (коэффициент трансформации).

Рассмотрим это на примере.

Предположим, что у вас сетевое напряжение порядка 170 вольт. Чтобы повысить его до 220, нужен трансформатор с коэффициентом трансформации 1.29 (220/170). Вроде бы всё хорошо и логично получается, за исключением одного: если напряжение в сети станет нормальным 220 вольт, то на выходе трансформатора будет уже очень высокое напряжение 285 вольт (220*1.29)! Не все электрические приборы способны выдержать такое перенапряжение в течение даже небольшого времени. Так и до пожара недалеко!

ЛАТР

Как вариант, можно приобрести регулируемый автотрансформатор, т.н. ЛАТР, в котором предусмотрен ручной регулятор выходного напряжения. Но и он не будет являться надёжным решением, т.к. придётся постоянно контролировать значение выходного напряжения по индикатору и корректировать его вручную, особенно во время максимальной нагрузки электросети со стороны соседей. Если вовремя этого не делать, то при первом же скачке в электросети напряжение на выходе ЛАТРа тоже резко повысится, и подключенные электроприборы вполне могут перегореть.

Поэтому повышающие трансформаторы напряжения применимы лишь тогда, когда в сети ВСЕГДА существенно меньше 220 вольт, а такого практически никогда и не бывает.

Заключение

Задачу автоматического поддержания напряжения на постоянном уровне решает только стабилизатор, но прежде нужно в обязательном порядке выявить истинную причину низкого напряжения в сети, а затем уже принимать какие-либо решения.

Для низких напряжений в сети до 90 вольт отлично подойдёт инверторный стабилизатор Штиль IS7000

Тороидальные трансформаторы: устройство, применение, характеристики

По форме магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые, броневые и тороидальные. Казалось бы, разницы нет, ведь главное — мощность, которую способен преобразовать трансформатор. Но если взять три трансформатора с магнитопроводами разной формы на одну и ту же габаритную мощность, то выяснится, что тороидальный трансформатор покажет лучшие рабочие характеристики из всех.

Именно по этой причине чаще всего для питания различных устройств во многих промышленных сферах выбор останавливают, конечно, на тороидальных трансформаторах в силу их высокой эффективности.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании и т.д.

Как вы понимаете, говоря «тороидальный трансформатор», подразумевают обычно сетевой однофазный трансформатор, силовой или измерительный, повышающий или понижающий, у которого тороидальный сердечник оснащен двумя или несколькими обмотками. Работает тороидальный трансформатор принципиально так же как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию. Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием. При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, — и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Материал подготовлен: http://electricalschool.info

Заказать Тороидальный Трансформатор

Викторина по энергетике и термодинамике | Britannica

Вопрос: Радиация – это перемещение чего из одного места в другое?: Ответ: Излучение — это перемещение энергии из одного места в другое. Свет, звук, тепло и рентгеновские лучи являются примерами излучения.

Вопрос: Что из перечисленного не является возобновляемым источником энергии?: Ответ: Возобновляемые источники энергии, в отличие от ископаемого топлива, не могут быть исчерпаны. Примеры включают солнечную, ветровую, гидроэлектрическую и геотермальную энергию.

Вопрос: Что из перечисленного не является широко используемым топливом для приготовления пищи?: Ответ: Можно использовать жидкий азот в качестве топлива для приготовления пищи, но это крайне редко. Другие виды топлива довольно распространены.

Вопрос: Что из перечисленного не является ископаемым топливом?: Ответ: Солнечный свет является возобновляемой формой энергии. Он исходит непосредственно от Солнца. Остальные — ископаемое топливо.

Вопрос: Что из перечисленного является единицей измерения энергии?: Ответ: Джоуль — это единица измерения энергии.

Вопрос: Какая из этих вещей хранит электроэнергию?: Ответ: Генераторы и генераторы переменного тока могут производить электроэнергию, но аккумулятор хранит электроэнергию.

Вопрос: Что из перечисленного не является источником энергии?: Ответ: Песок не дает энергии, но дает полезные вещи, такие как стекло. Сыр дает энергию для пищи, а ветер и солнечный свет могут генерировать электричество.

Вопрос: Что из перечисленного не является заменой ископаемого топлива?: Ответ: Бензин получают из ископаемого топлива. Альтернативные источники энергии включают сжиженный нефтяной газ (СНГ), биодизель, чистые растительные масла, этанол и водородные топливные элементы.

Вопрос: Какая из этих форм энергии не является возобновляемой?: Ответ: Возобновляемая энергия поступает от Солнца (солнечная энергия), ветра (энергия ветра), рек (гидроэлектроэнергия), горячих источников (геотермальная энергия), приливов (энергия приливов) и биомассы (биотопливо).

Вопрос: Какой из этих видов топлива не подходит для движущегося транспортного средства?: Ответ: Кровь дает энергию живым существам, но она не содержит горючего топлива, необходимого для машин.

Просмотреть все викторины

Назови это животное! Том 2

Где это на Земле?

Назови этот цветок!

Окончательная викторина о птицах

Дисней Викторина

Тест на словарный запас, который часто путают

Что внутри трансформатора? (Подробно)

Трансформатор — это электрическое устройство, передающее электрическую энергию из одной цепи в другую за счет электромагнитной индукции. Чаще всего он используется для повышения или понижения уровня напряжения и является ключевым компонентом электрической сети. Иногда его также можно использовать для временного электроснабжения строительных площадок через временные опоры электропередач. Он бывает всех размеров и форм, но основная работа и конструкция остаются более или менее одинаковыми.

Ниже приведены основные компоненты:
1. Многослойный сердечник
2. Обмотки
3. Изоляционные материалы
4. Трансформаторное масло
5. Устройство РПН
6. Расширитель
7. Сапун
8. Трубки охлаждения 9.0083z Реле
10. Взрывоотвод

Чтобы лучше изучить структуру трансформатора, вы можете изучить 3D-модель электрического трансформатора здесь.

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой за счет электромагнитной индукции.

Нажмите, чтобы Tweet

Сердечник

Сердечник используется для поддержки обмоток в трансформаторе. Он также обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для потока магнитного потока. Он состоит из многослойного сердечника из мягкого железа, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Сердечник трансформатора изготовлен из холоднокатаной текстурированной стали или сокращенно CRGO.

Обмотки

На сердечник трансформатора намотаны две обмотки, изолированные друг от друга. Обмотки состоят из нескольких витков медных катушек, соединенных вместе, каждая из которых соединена последовательно, образуя обмотку.
а) Обмотки высокого напряжения состоят из медной катушки. Число витков в нем кратно числу витков в обмотках низкого напряжения. У него медные витки тоньше, чем у обмоток низкого напряжения.
б) Обмотка низкого напряжения имеет меньшее количество витков, чем обмотка высокого напряжения. Он состоит из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотках низкого напряжения выше, чем в обмотках высокого напряжения. Трансформатор может питаться от обмоток НН или ВН в зависимости от требований.

Устройство РПН

Выходное напряжение может варьироваться в зависимости от входного напряжения и нагрузки. В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме падает, а в условиях без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Для выравнивания колебаний напряжения используются переключатели ответвлений. Переключатели ответвлений могут быть либо переключателями ответвлений под нагрузкой, либо переключателями ответвлений без нагрузки. В переключателях ответвлений под нагрузкой изменение отвода может быть выполнено без отключения трансформатора от источника питания, а в переключателях ответвлений без нагрузки это делается после отключения трансформатора. Также доступны автоматические переключатели ответвлений.

Трансформаторное масло

Трансформаторное масло выполняет две важные функции изоляции, а также охлаждения сердечника и блока катушек. Сердечник и обмотки трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно в качестве трансформаторного масла используются углеводородные минеральные масла. Загрязнение маслом представляет собой серьезную проблему, поскольку оно лишает его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изолирующей среды.