Трансформатор устройство: Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора.

Содержание

Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора.

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рис. 1). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Рис. 1. Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный поток

Простейшие условные обозначения трансформаторов изображены на рис. 2; для наглядности разные обмотки трансформатора можно, как и на рисунке, представить разными цветами.

Рис. 2. Условное обозначение трансформатора в подробных (многолинейных) схемах (a) и в схемах электрических сетей (b)

Трансформаторы могут быть одно- или многофазными, а вторичных обмоток может быть больше одной. В электрических сетях обычно используются трехфазные трансформаторы с одной или двумя вторичными обмотками. Если первичное и вторичное напряжения относительно близки друг другу, то могут использоваться и однообмоточные автотрансформаторы, принципиальные схемы которых представлены на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальные схемы понижающего (a) и повышающего (b) автотрансформаторов

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются его номинальные первичное и вторичное напряжения, номинальные первичный и вторичный ток, а также номинальная вторичная полная мощность (номинальная мощность). Трансформаторы могут изготовляться как на весьма малую мощность (например, для микроэлектронных цепей), так и на очень большую (например, для мощных энергосистем), охватывая диапазон мощностей от 0,1 mVA до 1000 MVA.

Потери энергии в трансформаторе – обусловленные активным сопротивлением обмоток потери в меди и вызванные вихревыми токами и гистерезисом в сердечнике потери в стали – обычно настолько малы, что кпд трансформатора, как правило, выше 99 %. Несмотря на это, тепловыделение в мощных трансформаторах может оказаться настолько сильным, что необходимо прибегать к эффективным способам теплоотвода. Чаще всего активная часть трансформатора размещается в баке, заполненном минеральным (трасформаторным) маслом, который, при необходимости снабжается принудительным воздушным или водяным охлаждением. При мощности до 10 MVA (иногда и выше) могут применяться и сухие трансформаторы, обмотки которых обычно залиты с эпоксидной смолой. Основные преимущества сухих трансформаторов заключаются в более высокой огнебезопасности и в исключении течи трансформаторного масла, благодаря чему они могут без препятствий устанавливаться в любых частях зданий, в том числе на любом этаже. Для измерения переменных тока или напряжения (особенно в случае больших токов и высоких напряжений) часто используются измерительные трансформаторы.

Устройство трансформатора напряжения по своему принципу не отличается от силовых трансформаторов, но работает он в режиме, близком к холостому ходу; коэффициент трансформации в таком случае достаточно постоянен. Номинальное вторичное напряжение таких трансформаторов обычно равно 100 V. Вторичная обмотка трансформатора тока в идеальном случае короткозамкнута и вторичный ток в таком случае пропорционален первичному. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 A, но иногда может быть и меньше (например, 1 A). Примеры условных обозначений трансформаторов тока приведены на рис. 4.

Рис. 4. Условное обозначение трансформатора тока в развернутых схемах (a) и в однолинейных схемах (b)

Первым

трансформатором может считаться изготовленное Майклом Фарадеем (Michael Faraday) индукционное кольцо (англ. induction ring), состоящее из кольцевого стального сердечника и двух обмоток, при помощи которого он 29 августа 1831 года открыл явление электромагнитной индукции (рис. 5). Во время быстрого переходного процесса, возникающего при включении или отключении первичной обмотки, соединенной с источником постоянного тока, во вторичной обмотке индуцируется импульсная ЭДС. Такое устройство может поэтому называться импульсным или транзиентным трансформатором.

Рис. 5. Принцип устройства транзиентного трансформатора Майкла Фарадея. i1 первичный ток, i2 вторичный ток, t время

Исходя из открытия Фарадея, учитель физики колледжа города Маргнута (Margnooth) около Дублина (Dublin, Ирландия) Николас Келлан (Nicholas Callan, 1799–1864) построил в 1836 году индукционную катушку (искровой индуктор), состоящий из прерывателя и трансформатора; это устройство позволяло преобразовать постоянный ток в переменный ток высокого напряжения и вызывать длинные искровые разряды. Индукционные катушки стали быстро усовершенствоваться и в 19-м веке широко применялись при исследовании электрических разрядов. К ним могут быть отнесены и катушки зажигания современных автомобилей. Первый трансформатор переменного тока запатентовал в 1876 году живший в Париже русский электротехник Павел Яблочков, использовав его в цепях питания своих дуговых ламп. Сердечник трансформатора Яблочкова представлял собой прямой пучок стальных проволок, вследствие чего магнитная цепь была не замкнутой, как у Фарадея, а открытой, и в других установках такой трансформатор применять не стали. В 1885 году инженеры-электрики Будапештского завода Ганц и Компания (Ganz & Co.) Макс Дери (Max Deri, 172 1854–1938), Отто Титуш Блати (Otto Titus Blathy, 1860–1939) и Кароль Зиперновски (Karoly Zipernovsky, 1853–1942) изготовили трансформатор с тороидальным проволочным сердечником и заодно разработали систему распределения электроэнергии на переменном токе, основанную на применении этих трансформаторов. Трансформатор с еще лучшими свойствами, сердечник которого собирался из Е- и I-образных стальных листов, создал в том же году американский электротехник Уильям Стенли (William Stanley, 1858–1916), после чего началось быстрое развитие систем переменного тока как в Европе, так и в Америке. Первый трехфазный трансформатор построил в 1889 году Михаил Доливо-Добровольский.

Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст

переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток

Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков

Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют

понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

Стержневые.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

Броневые.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

устройство, особенности работы, важные характеристики

Трансформаторы продолжают оставаться очень важными или даже ключевыми элементами множества различных систем. Это устройство необходимо для того, чтобы преобразовывать электромагнитную энергию из одного вида в иной. Есть множество различных вариантов трансформаторов и они изначально создаются под решение определённых задач — от этого зависят и характеристики этой техники. Как же устроен трансформатор и какие характеристики этого изделия можно назвать наиболее важными?

Принципы работы

Что же можно назвать основными принципами работы трансформатора:

  • сердечник или магнитопровод — основной элемент устройства. Электрический ток будет протекать по виткам изолированной проволоки, а магнитный поток — по второй магистрали. Первая обмотка получает энергию от источника, вторая — преобразовывает эту энергию и передаёт дальше. Подключенное устройство, которому требуется преобразованная энергия, называется подключенной нагрузкой;
  • магнитопровод замкнут, но в некоторых трансформаторах производители намеренно могут оставлять зазоры — это нужно для того, чтобы снижать магнитный поток;
  • популярным устройством являются автотрансформаторы — это техника с упрощенной конструкцией, у которой основную работу выполняют не две отдельные обмотки, а одна общая, которая разделяется на секции.

Особенности трансформаторов

Совет: Сегодня есть множество качественных и специализированных трансформаторов, которые идеально подойдут для поставленных вами целей. Это означает, что вы не должны акцентировать внимание на возможности или купить технику б/у, или сэкономить на характеристиках. Неправильный выбор трансформатора может привести к проблемам, а поиск подходящей модели – не такая сложная задача. Учтите хотя бы возможность проконсультироваться у специалистов магазина или компании-производителя – вам подскажут, какая техника нужна для вашего случая, при необходимости проведут специальные испытания при помощи измерителя К-540-3. 

Какие же бывают трансформаторы и каковы их особенности:

  • эта техника работает только в цепях переменного напряжения и не создавалась для схем постоянного тока;
  • однофазные и трехфазные — две основные группы трансформаторов;
  • есть огромное число конструкций этой техники, но есть и основные элементы, такие как стальной сердечник, обмотки и крепления — это сама суть трансформатора;
  • магнитопровод создаётся из стали, специально созданной для этих целей — она даже называется трансформаторной.

Рабочие режимы

Есть несколько состояний, в которых могут находиться трансформаторы во время работы — выделим основные из их числа:

  • выведен из работы — состояние, при котором в трансформатор не поступает питающее напряжение. Здесь же важно отметить одну деталь — если речь идёт о больших и мощных трансформаторах, то просто ограничить поступление тока нельзя — его обмотки настолько велики, что здесь может оставаться значительное напряжение. Всё это означает, что для снятия сохранившегося напряжения нужно применять меры;
  • номинальный режим — совершенно обычное рабочее состояние трансформатора, для которого это устройство и создавалось. Это означает, что не только то, что через трансформатор проходит ток, но и то, что все показатели соответствуют номинальным значениям — техника не получает лишнюю нагрузку и всё работает стабильно;
  • холостой хо — режим работы, при котором в трансформатор поступает напряжение, но выводить его некуда — к выходам ничего не подключено Трансформатор работает минимально и практически не потребляет мощность;
  • перенапряжение — ситуация, при которой трансформатор получает напряжение, не предусмотренное производителем техники. Есть определённый порог, который оборудование выдержать может, но если ситуация не будет исправлена, то оно выйдет из строя и это может спровоцировать аварийную ситуацию во всей системе — за этим нужно следить очень внимательно.

назначение и зачем нужен, устройство и принцип работы, различные виды

Электромагнитные статические устройства используются для создания и применения магнитного поля. Случаев, зачем нужен трансформатор в электронных, электрических цепях и радиотехнике, существует много. Устройство оснащено индуктивными обмотками, взаимно связанными на магнитопроводе. Сеть способствует возникновению переменного поля, а трансформатор с помощью электромагнитной индукции придает току постоянные значения без изменения частоты.

 

Определение и назначение

Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор — это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.

Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности. Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.

Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.

Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.

Устройство и принцип работы

Производитель выбирает базовые правила функционирования агрегата, но это не влияет на надежность эксплуатации. Отличаются концепции процессом изготовления. Принцип действия трансформатора основывается на двух положениях:

  • изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
  • влияние на силовой поток, передаваемый через катушку, продуцирует электродвижущую силу и индукцию.

Устройство состоит из следующих частей:

  • магнитный привод;
  • катушки или обмотки;
  • основа для расположения витков;
  • изолирующий материал;
  • охладительная система;
  • другие элементы крепления, доступа, защиты.

Работа трансформатора осуществляется по виду конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотках, его трудно рассмотреть. Витки спирали видны, просматривается верх и низ сердечника, ось располагается вертикально. Материал, из чего состоит виток, должен хорошо проводить электричество.

В изделиях броневого типа стержень скрывает большую часть оборотов, он ставится горизонтально или отвесно. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение на магнитопроводе двух независимых обмоток без электрической связи между собой.

Магнитная система

Выполняется из легированной трансформаторной стали, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для продуцирования магнитного поля агрегата. Проводник конструируется из пластин, лент, подков, его изготавливают на прессе. Часть, на которой располагается обмотка, называются стержнем. Ярмо — это элемент без витков, выполняющий замыкания цепи.

Принцип действия трансформатора зависит от схемы стоек, которая бывает:

  • плоская — оси ярм и сердечников находятся в единой плоскости;
  • пространственная — продольные элементы устраиваются в разных поверхностях;
  • симметричная — одинаковые по форме, размеру и конструкции проводники расположены ко всем ярмам аналогично другим;
  • несимметричная — отдельные стойки отличаются по виду, габаритам и ставятся в разных положениях.

Если предполагается, что через обмотку, которую называют первичной, протекает постоянный ток, то магнитный провод делают разомкнутым. В остальных случаях сердечник закрытый, он служит для замыкания силовых линий.

Обмотки

Делают в виде совокупности витков, устраиваемых на проводниках квадратного сечения. Форма используется для эффективной работы и повышения коэффициента заполнения в окне магнитопровода. Если требуется увеличить сечение сердечника, то его выполняют в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый такой проводник называется жилой.

Стержень оборачивается бумагой, покрывается эмалевым лаком. Иногда два сердечника, расположенных параллельно, заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:

  • основные — к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электроток;
  • регулирующие — в них предусмотрены отводы для трансформации напряжения при невысокой силе тока;
  • вспомогательные — служат для снабжения своей сети с мощностью меньше номинального показателя трансформатора и подмагничивания схемы постоянным током.

Способы обкручивания:

  • рядовая обмотка — обороты делают в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматывают плотно, без промежутков;
  • винтовое обматывание — многослойная обвивка с просветами между кольцами или заходом на соседние элементы;
  • дисковая накрутка — спиральный ряд выполняется последовательно, в круге обвивание производится в радиальном порядке по внутреннему и наружному направлению;
  • фольговая спираль ставится из алюминиевого и медного широкого листа, толщина которого колеблется в пределах 0,1-2 мм.

Условные обозначения

Чтобы удобно читалась схема трансформатора, есть специальные знаки. Сердечник вычерчивается толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначаются цифрами 2 и 3.

В некоторых схемах линия сердечника аналогична по толщине черте полуокружностей обвивки. Обозначение материала стержня различается:

  • магнитопровод из феррита чертят толстой линией;
  • стальной сердечник с магнитным зазором рисуют тонкой чертой с разрывом в середине;
  • ось из намагниченного диэлектрика обозначают тонким пунктиром;
  • медный стержень имеет на схеме вид узкой линии с условным обозначением материала по таблице Менделеева.

Для выделения катушечного вывода применяют жирные точки, обозначение мгновеннодействующей индукции одинаково. Используется для обозначения промежуточных агрегатов в каскадных генераторах для показания противофазности. Ставят точки, если требуется установить полярность при сборке и направление расположения обмоток. Число витков в первичной обмотке определяется условно, как не нормируется и количество полуокружностей, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.

Основные характеристики

Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.

Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.

Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.

Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.

Область применения

Бытовые приборы имеют контакт с заземлением посредством нейтрального провода. Одновременное касание потребителем тока фазы и нулевой цепи ведет к замыканию контура и травме. Подключение через разделительный трансформатор позволяет обезопасить человека, т. к. вторичная обмотка не контактирует с землей.

Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольного толчка и трансформации коротких сигналов при нагрузке. На выходе изменяется полярность и амплитуда тока, но остается неизменным напряжение.

Измерительное оборудование постоянного тока является магнитным усилителем. Изменять переменное напряжение помогает направленное движение электронов небольшой мощности. Выпрямитель поставляет постоянную энергию и зависит от значений входного электричества.

Силовые агрегаты широко используются в генераторах тока малой величины, мощности, показатели в дизелях имеют средние значения. Трансформаторы монтируют последовательно с нагрузкой, прибор подключается к источнику первичной обмоткой, вторичный контур выдает преобразованную энергию. Значение выходного тока прямо пропорционально нагрузке. Используется оборудование с 3 магнитными стержнями, если генератор трехфазного тока.

Инвертирующие агрегаты имеют транзисторы одинаковой проводимости и на выходе усиливают только часть сигнала. Для полного преобразования напряжения импульс подается на оба транзистора.

Согласующее оборудование используют для подсоединения к электронным приборам с высоким сопротивлением на входе и выходе нагрузки с низким показателем прохождения электричества. Агрегаты полезны в высокочастотных линиях, где разница величин ведет к потерям энергии.

Типы трансформаторов

От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.

Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом. Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения.

Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.

Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.

Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием — машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.

Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.

Однофазный трансформатор — Страница 59

Страница 59 из 106

Однофазный трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор может быть однофазным или трехфазным.
Простейший однофазный трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника 1 (рис. 162) и двух магнитосвязанных обмоток 2 и 3.
Обмотку 2, соединенную с источником электроэнергии, называют первичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке, называют первичными и обозначают соответствующими буквами с индексом 1. Обмотка 3, соединенная с потребителем энергии Z, является вторичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке, обозначают с индексом 2. Под действием переменного напряжения U1 в первичной обмотке с числом витков w1 возникает ток. Намагничивающая сила I1w1 первичного тока возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф = Фт sin ωt. Этим потоком в первичной обмотке наводится э. д. с. самоиндукции — 4,44fw1Фт, а во вторичной обмотке — э. д. с. взаимоиндукции E2 = 4,44 fw2Фт. Поэтому на зажимах вторичной обмотки возникает переменное напряжение U2, а приемник энергии получает ток I2 = U2iZ2. Таким образом, со стороны вторичной обмотки трансформатор является источником электрической энергии, а со стороны первичной обмотки— потребителем этой энергии. Отношение действующих значений э. д. с., равное отношению чисел витков обмоток, называют коэффициентом трансформации: К = E1|Ε2 = 4,44fw1Фт/(4,44/fw2Фт)= w1/w2.
В трансформаторах, понижающих напряжение, w2 < w1, а коэффициент трансформации К > 1.
Обмотку трансформатора, рассчитанную на большее напряжение, называют обмоткой высшего напряжения (ВН). Обмотку, на зажимах которой действует меньшее напряжение, называют обмоткой низшего напряжения (НН).

Рис. 162. Принципиальная схема однофазного трансформатора
Электрическая энергия в трансформаторе преобразуется с незначительными потерями, и подводимая к трансформатору полная мощность S1 = U1I1 почти равна отдаваемой мощности S2 = U2I2. Поэтому при увеличении напряжения U2 соответственно снижается и ток I2. Таким образом, обмотка низшего напряжения должна иметь меньшее число витков с большим поперечным сечением соответственно большей величине проходящего по ней тока, а обмотка высшего напряжения — большее число витков с меньшим поперечным сечением.
В ряде случаев обмотки трансформатора имеют несколько ответвлений (рис. 163). Это позволяет включать трансформатор в сеть с различным напряжением U1, а на приемнике получать различные напряжения U2 в зависимости от числа витков, включенных в работу. Такие трансформаторы используют, например, в электрической централизации для питания ламп светофоров, маршрутных указателей, пульта-табло в различных режимах (дневном и ночном).

Рис. 163. Расположение ответвлений на обмотках трансформатора
Трансформатор состоит из сердечника, по которому замыкается магнитный поток, обмоток высшего и низшего напряжения, бака с маслом (если трансформатор имеет масляное охлаждение), выводных изоляторов.
Для уменьшения нагрева от вихревых токов сердечник трансформатора набирают из штампованных пластин электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытых пленкой лака или окиси. Применение электротехнической стали с большой магнитной проводимостью способствует увеличению магнитного потока и усилению электромагнитной связи между обмотками.
По конструкции сердечника трансформаторы делят на стержневые, броневые, тороидальные и ленточные разрезные.
Сердечник однофазного стержневого трансформатора (рис. 164, о) имеет два стержня 5, на которых размещаются обмотки, и два ярма 1, замыкающих магнитную цепь. Такие сердечники собирают из Г-образных пластин. Обмотки стержневого трансформатора размещают на двух стержнях магнитопровода. Обе половины одной и той же обмотки соединяют так, чтобы их намагничивающие силы складывались.

Рис. 164. Сердечники и обмотки стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов
На стержни сердечника надевают изоляционные гильзы. Ближе к стальному стержню размещают обмотку низшего напряжения 2, так как ее легче изолировать от стержня 5. Обмотку высшего напряжения 4 отделяют от обмотки низшего напряжения изоляцией 3. В качестве изоляции применяют электротехнический картон, специальную бумагу или ткань, пропитанную лаком.

Рис. 165. Тороидальный трансформатор (а) и трансформатор с ленточным разрезным сердечником (б)
Сердечники броневых трансформаторов (рис. 164, б) собирают из штампованных пластин Ш-образной формы, и они имеют три стержня. Обмотки низшего 2 и высшего 4 напряжения размещают на стержне 5. Между обмотками находится изоляция 3. Обмотки трансформатора размещают на среднем стержне 5. Магнитный поток из среднего стержня разветвляется на крайние стержни через ярмо 1. По сравнению со стержневыми в броневых трансформаторах больше коэффициент электромагнитной связи между обмотками, меньше рассеивание магнитного потока в окружающую среду. Благодаря этому броневые трансформаторы имеют лучшие электрические характеристики, оказывают меньшее индуктивное влияние на электрические цени, расположенные вблизи. Тороидальные сердечники применяют в маломощных трансформаторах (рис. 165, а), чаще всего рассчитанных для работы на повышенных частотах. Их выполняют из стали специальных марок в виде пластин или лент толщиной от 0,2 до 0,08 мм. На рис. 165, б показана конструкция Ш-образного ленточного сердечника и расположение на нем обмоток.
Обмотки трансформатора обычно имеют цилиндрическую форму и выполняются из медного провода соответствующего сечения, что уменьшает активное сопротивление.
Для уменьшения потерь на рассеивание и лучшего отвода теплоты обмотки мощных трансформаторов выполняют в виде дисковых катушек, между которыми, оставляют вентиляционные каналы. При этом катушки высшего напряжения и катушки низшего напряжения чередуются между собой. Трансформаторы небольшой мощности называемые сухими, имеют естественное воздушное охлаждение.
Трансформаторы значительной мощности, как правило, имеют масляное охлаждение. У этих трансформаторов сердечник с обмотками помещается в стальной бак с трансформаторным маслом, которое   имеет высокие изоляционные свойства и хорошую теплопроводность. Слои масла от сердечника и обмоток перемещаются к стенкам бака и передают им тепло, которое рассеивается в воздух. Для увеличения поверхности охлаждения в мощных трансформаторах применяют трубчатые баки.

Трансформатор это устройство предназначенное для

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты. Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Вид уличного силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

  • По выполняемой задаче . Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
  • По числу фаз . Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
  • По количеству обмоток . Двухобмоточные и трехобмоточные.
  • По месту монтажа . Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой. Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии. Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:

  • В сварочном оборудовании.
  • Для электротермических устройств.
  • В схемах электроизмерительных устройств и приборов.
Свойства и расчет трансформатора

Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:

  • Номинальное значение напряжения и мощности.
  • Наибольший ток обмоток.
  • Габаритные размеры.
  • Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2 , где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

–>

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

Схема трансформатора

  1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
  2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
  3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
  4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
  5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
  6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
  7. Изоляция проводников стекло-шелк.
  8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
  9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
  10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
  11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
  12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

Принцип действия и устройство трансформатора

Трансформатор – это электротехническое устройство, преобразователь электрической энергии одного напряжения в другое.

Принцип действия трансформатора

Принцип его действия основан на взаимной индукции. Обычно устройство состоит из магнитного сердечника и двух обмоток – первичной и вторичной. Первичная обмотка подключается к сети переменного тока, который, протекая по ней, создает в сердечника магнитный поток (обмотка закручивается вокруг сердечника, образуя витки). Магнитный поток, проходя через все витки, создает ЭДС, что приводит к уменьшению или повышению напряжения и преобразованию тока. После того, как к вторичной обмотке будет подключен приемник, то по ней начнет протекать электрический ток с выходным напряжением. Выходное напряжение всегда будет больше или меньше входного, а точная разница зависит от коэффициента трансформации.

Параллельно в первичной обмотке образуется нагрузочный ток, который суммируется с входным и формирует ток первичной обмотки. Важно, чтобы трансформатор передавал с первичной обмотки на вторичную ток, величина которого совпадает с требованиями приемного устройства.

Устройство трансформаторов

Магнитный сердечник используется для повышения магнитной связи между обмотками двух типов. Обмотки изолируют и друг от друга, и от сердечника. Обмотки бывают высшего и низшего напряжения, но какая будет какой зависит от типа трансформатора. В понижающих трансформаторах первичная обмотка имеет высшее напряжение, а в повышающих – низшее.

Разница между обмотками следующая:

  • Первичная обмотка всегда подключается к источнику питания.
  • Вторичная обмотка – к приемнику, потребляющему электроэнергию.

Трансформаторы ТМГ 12 и других типов могут использоваться и как понижающие, и как повышающие устройства. Понижающие трансформаторы необходимы для преобразования электрической энергии, поступающей с линий высоковольтных передач или с промышленной сети питания до приемлемых значений, требуемых при эксплуатации оборудования, а повышающие – для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Также существуют трансформаторы с тремя обмотками. В таком случае к магнитопроводу крепятся все три обмотки, которые изолированы друг от друга. Одна обмотка подключается к источнику питания, а две другие используются для получения электрического тока разного напряжения, необходимого для питания разных приборов. Самым простым примером такой конструкции можно назвать зарядное устройство, работающее от автомобильного прикуривателя, с двумя портами. Один порт можно выдавать ток 2А, а другой – 5А.

Умная сеть | электросеть

Интеллектуальная электросеть , безопасная, интегрированная, реконфигурируемая система с электронным управлением, используемая для подачи электроэнергии, работающей параллельно с традиционной электросетью. Хотя многие из его компонентов были разработаны, а некоторые реализованы в начале 21 века, по состоянию на 2016 год ни одна интеллектуальная сеть еще не была полностью завершена. Поэтому в этой статье описываются возможности и перспективы интеллектуальной сети в том виде, в каком они были концептуализированы в то время.

Проще говоря, электрическая сеть — это сеть из проводов, трансформаторов, подстанций и машин, которая соединяет электростанции с потребителями. В такой традиционной энергосистеме электроэнергия распределяется в одном направлении, от электростанции к потребителям, через сеть, в которой мало средств контроля за ее транзитом и доставкой. В отличие от этой «глупой сети», «умная» электросеть будет включать в себя набор датчиков, сетей связи, систем управления и компьютеров, которые улучшат эффективность, безопасность и надежность сквозной системы.В частности, интеллектуальная сеть может реагировать на непредвиденные события, такие как отключение электроэнергии, и минимизировать их влияние, давая сети беспрецедентную способность к самовосстановлению. Коммунальные предприятия смогут взимать с клиентов переменные ставки в зависимости от колебаний спроса и предложения, а потребители могут программно регулировать использование электроэнергии для минимизации затрат. Наконец, более сильная и умная сеть могла бы лучше интегрировать энергию ветра и солнечной энергии в электроснабжение, а также могла бы поддерживать систему для зарядки подключаемых к электросети электромобилей.

Самовосстанавливающаяся сеть

Даже самый умный набор датчиков и контроллеров не сможет удержать сильные ветры от сносов линий электропередач. Однако по-настоящему интеллектуальная сеть могла бы, по крайней мере, саморегулироваться и самооптимизироваться в случае повреждения распределительной системы. Эта ограниченная способность к самовосстановлению преследует три основные цели. Самым важным будет постоянный мониторинг и реакция. Датчики, такие как блоки измерения векторов (PMU), будут контролировать электрические параметры, такие как напряжение и ток, несколько раз в секунду и передавать данные операторам диспетчерской.Данные будут иметь отметки времени, географически расположены и доставляться с интервалом в несколько секунд, что позволит сетке постоянно «настраиваться» на оптимальное состояние.

Вторая цель — ожидание. Автоматизированная система будет постоянно искать небольшие проблемы, такие как перегрев трансформатора, которые могут вызвать более серьезные нарушения. Компьютеры будут оценивать возможные последствия, определять и оценивать ряд корректирующих действий и представлять наиболее полезные ответы операторам-людям.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Третья цель — быстрая изоляция. Если произошел серьезный сбой, питание могло быть перенаправлено с помощью системы интеллектуальных переключателей. По сути, всю сеть можно было бы разбить на изолированные «острова», каждый из которых реорганизовал бы свои электростанции и потоки передачи, насколько это возможно. Островное отключение может вызвать колебания напряжения или даже небольшие перебои в работе, но оно предотвратит каскады отключений, вызывающих серьезные отключения электроэнергии, такие как серьезное отключение электроэнергии в 2003 году, в результате которого прекратилось обслуживание 50 миллионов клиентов на большей части северо-востока США и востока Канады.По мере того как линейные бригады устраняют неисправности, диспетчеры-люди будут готовить каждый остров к присоединению к более крупной сети.

Уполномоченные потребители

Электроэнергетические системы традиционно строились и эксплуатировались на основе принципа наличия достаточной генерирующей мощности для удовлетворения всех возможных колебаний спроса потребителей. Этот принцип оказал глубокое влияние на проектирование и работу электрических сетей, что привело к так называемым избыточным мощностям для удовлетворения пиков спроса, которые обычно возникают летом.Кроме того, в большинстве энергосистем цена, которую платит большинство потребителей за свою электроэнергию, одинакова во время дорогостоящих периодов пиковой выработки, как и в периоды низкого спроса. Системные операторы, с другой стороны, имеют в своем распоряжении очень мало инструментов для снижения пикового спроса со стороны клиентов, за исключением аварийного отключения нагрузки (отключение электроэнергии в определенных областях) и постоянных отключений электроэнергии — тупые инструменты, которые используются только в самых экстремальных условиях .

Интеллектуальная сеть увеличивает возможность перехода от этой системы «негибких нагрузок» к системе, в которой цена за доставку электроэнергии может меняться по часам и где нагрузки могут немедленно реагировать на меняющиеся условия.Интеллектуальная сеть должна заканчиваться в месте нахождения потребителя в устройстве, известном как интеллектуальный счетчик. Подобно традиционному счетчику, этот прибор будет измерять потребление электроэнергии потребителем в киловатт-часах, но он также будет рассчитывать цену, которую покупатель платит каждый час. Так называемые интеллектуальные устройства (возможно, связанные с интеллектуальным счетчиком с помощью беспроводного сигнала) можно запланировать для автоматической работы в часы низкого спроса в сети, что позволит снизить затраты клиента до минимума.Такая система могла бы привести к «сглаженной» кривой нагрузки, что позволило бы уменьшить количество дорогостоящего генерирующего и распределительного оборудования, которое необходимо было бы установить просто для подачи электроэнергии в периоды пиковой нагрузки.

Распределенные энергоресурсы

Электромобили с подзарядкой от электросети (PEV) получат большую выгоду от интеллектуальных систем измерения, особенно PEV, которые имеют дополнительную возможность отправлять энергию обратно в сеть от своих аккумуляторов во время простоя транспортных средств. В таких случаях автомобили по сути служат запоминающими устройствами для энергосистемы.Чтобы минимизировать затраты или даже максимизировать прибыль, интеллектуальные измерения могут затем запланировать, когда владельцы транспортных средств покупают и продают энергию.

PEV, которые накапливают энергию и продают ее обратно в сеть, будут формой распределенного энергетического ресурса. Другим примером могут быть микросети, которые представляют собой небольшие энергосистемы мощностью несколько мегаватт или меньше, которые обслуживают небольшие сообщества или даже такие учреждения, как университеты. Микросети могут работать как взаимосвязанными, так и изолированными от традиционных распределительных систем.Интеллектуальная сеть будет включать автоматизированные системы, позволяющие локальным сетям определять, когда они должны оставаться взаимосвязанными с микросетями, а когда они должны стать изолированными.

Аналогичным образом интеллектуальные сети будут способствовать интеграции возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца. Эти ресурсы сокращают потребление ископаемого топлива обществом, но, как известно, они зависят от метеорологических условий и, следовательно, их подача непостоянна, что создает особые проблемы для интеграции в традиционные электрические сети.

Безопасность сети

Взаимодействие — одна из самых сильных сторон интеллектуальной сети, но совместимость также делает систему энергоснабжения уязвимой для атак, и количество целей только увеличивается по мере того, как в систему добавляется больше компонентов. Первая проблема безопасности любой электрической инфраструктуры — это физическая атака или атака на инфраструктуру, и в этом случае задача устрашающая. Например, энергосистема Северной Америки настолько велика и сложна, что невозможно защитить всю взаимозависимую инфраструктуру от начала до конца.

Между тем угрозы из киберпространства, в том числе вредоносный код, вторжения или атаки типа «отказ в обслуживании», быстро увеличиваются и развиваются. Хотя по состоянию на 2016 год было известно, что только одно крупное нарушение энергоснабжения, которое произошло в Украине в декабре 2015 года и затронуло 225 000 человек, было вызвано кибератакой, публичное раскрытие уязвимостей в энергосистеме сделало эти системы более привлекательными в качестве целей. Прежде чем можно будет приступить к масштабному развертыванию и внедрению интеллектуальной сети, необходимо будет преодолеть серьезные проблемы в области безопасности как от кибер-, так и от физических атак.Надлежащая безопасность будет включать в себя многоуровневую стратегию защиты для предотвращения выхода из строя всей системы из-за отдельных точек отказа. В контексте интеллектуальной сети каждая автономная система должна будет хранить информацию о своих соседях и реагировать самозащитой при приближении угроз. Если какая-либо часть сквозной системы была скомпрометирована, система могла бы перенастроить себя, чтобы защитить себя, локализовать атаку и отразить ее.

С. Масуд Амин

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • электроэнергия

    Электроэнергия, энергия, генерируемая путем преобразования других форм энергии, например механической, тепловой или химической энергии.Электроэнергия не имеет себе равных во многих сферах применения, таких как освещение, работа с компьютером, движущая сила и развлечения. Для других целей он конкурентоспособен, например, для многих промышленных систем отопления, приготовления пищи, помещений…

  • провод

    Проволока, резьба или тонкий стержень, обычно очень гибкие и круглые в поперечном сечении, сделанные из различных металлов и сплавов, включая железо, сталь, латунь, бронзу, медь, алюминий, цинк, золото, серебро и платину.Используемые процессы в основном одинаковы. Первое известное письмо, касающееся проволоки и ее изготовления, появилось в…

    .
  • трансформатор

    трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи переменного тока в одну или несколько других цепей, увеличивая (повышая) или понижая (понижая) напряжение.Трансформаторы используются для самых разных целей; например, для снижения напряжения обычных силовых цепей для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и…

Однофазный трансформатор

: схема, принцип работы и применение

Что такое однофазный трансформатор?

Однофазный трансформатор — это трансформатор, работающий от однофазного источника питания. Трансформатор — это пассивное электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой посредством процесса электромагнитной индукции.Чаще всего он используется для увеличения («повышения») или уменьшения («понижения») уровней напряжения между цепями.

Однофазный трансформатор состоит из магнитного железного сердечника, служащего частью магнитного трансформатора, и медной обмотки трансформатора, служащей электрической частью.

Однофазный трансформатор — это высокоэффективное электрическое оборудование, и его потери очень низкие, поскольку в его работе отсутствует механическое трение.

Трансформаторы используются практически во всех электрических системах от низкого до самого высокого уровня напряжения.Он работает только с переменным током (AC), потому что постоянный ток (DC) не создает никакой электромагнитной индукции.

В зависимости от электрической сети, в которой установлен трансформатор, существует два типа трансформаторов: трехфазные трансформаторы и однофазные трансформаторы .

Принцип действия однофазного трансформатора следующий: источник переменного напряжения подает переменный ток через первичную обмотку трансформатора.

Переменный ток генерирует переменное электромагнитное поле.Силовые линии магнитного поля проходят через железный сердечник трансформатора и составляют вторичную цепь трансформатора.

Таким образом, во вторичной обмотке индуцируется напряжение с той же частотой, что и напряжение на первичной стороне. Величина наведенного напряжения определяется законом Фарадея.

Где,
f → частота Гц
N → количество витков обмотки
Φ → плотность потока Wb

Если нагрузка подключена со стороны вторичного трансформатора, ток будет течь через вторичную обмотку.В основном однофазные трансформаторы могут работать как повышающие трансформаторы или понижающие трансформаторы.

Основными частями трансформатора являются обмотки, сердечник и изоляция. Обмотки должны иметь малое сопротивление и обычно они сделаны из меди (реже из алюминия). Они наматываются на сердечник и должны быть изолированы от него.

Также необходимо изолировать витки обмотки друг от друга. Сердечник трансформатора изготовлен из очень тонких стальных пластин с высокой проницаемостью.Пластины должны быть тонкими (от 0,25 до 0,5 мм) из-за уменьшения потерь мощности (известных как потери на вихревые токи).

Они должны быть изолированы друг от друга, и обычно для этой цели используется изоляционный лак. Изоляция трансформатора может быть как сухой, так и заполненной жидкостью. Изоляция сухого типа обеспечивается синтетическими смолами, воздухом, газом или вакуумом.

Применяется только для малогабаритных трансформаторов (ниже 500 кВА). Жидкая изоляция обычно подразумевает использование минеральных масел.

Масло имеет длительный срок службы, хорошие изоляционные характеристики, перегрузочную способность, а также обеспечивает охлаждение трансформатора. Масляная изоляция всегда используется для больших трансформаторов.

Однофазный трансформатор содержит две обмотки, одна на первичной, а другая на вторичной стороне. В основном они используются в однофазных системах электроснабжения.

Применение трехфазной системы означает использование трех однофазных блоков, соединенных в трехфазной системе.Это более дорогое решение, и оно используется в высоковольтных энергосистемах.

Применение однофазного трансформатора

Преимуществами трех однофазных блоков являются транспортировка, техническое обслуживание и наличие запасных частей. Однофазные трансформаторы широко используются в коммерческих низковольтных устройствах в качестве электронных устройств.

Они работают как понижающий трансформатор напряжения и понижают значение домашнего напряжения до значения, подходящего для питания электроники.На вторичной стороне обычно подключается выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное, которое используется в электронике.

Законы электромагнитной индукции Фарадея: первый и второй закон

Что такое закон Фарадея

Закон электромагнитной индукции Фарадея (называемый закон Фарадея ) — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрическая цепь для создания электродвижущей силы (ЭДС).Это явление известно как электромагнитная индукция.

Закон Фарадея гласит, что ток будет индуцироваться в проводнике, который подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля. Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что направление этого индуцированного тока будет таким, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током , противодействует начальному изменяющемуся магнитному полю, которое его породило. Направление этого тока можно определить с помощью правила правой руки Флеминга.

Закон индукции Фарадея объясняет принцип работы трансформаторов, двигателей, генераторов и индукторов. Закон назван в честь Майкла Фарадея, который провел эксперимент с магнитом и катушкой. Во время эксперимента Фарадей обнаружил, как в катушке индуцируется ЭДС при изменении потока, проходящего через катушку.

Эксперимент Фарадея

В этом эксперименте Фарадей берет магнит и катушку и подключает гальванометр через катушку. При запуске магнит находится в состоянии покоя, поэтому гальванометр i не прогибается.e стрелка гальванометра находится в центральном или нулевом положении. Когда магнит перемещается к катушке, стрелка гальванометра отклоняется в одном направлении.

Когда магнит удерживается в неподвижном положении в этом положении, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. Теперь, когда магнит удаляется от катушки, наблюдается некоторое отклонение стрелки, но в противоположном направлении, и снова, когда магнит становится неподвижным в этой точке относительно катушки, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.Точно так же, если магнит удерживается в неподвижном состоянии, а катушка движется в сторону магнита, гальванометр аналогичным образом показывает отклонение. Также видно, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет наведенная ЭДС или напряжение в катушке.

удерживается неподвижно в том же положении (рядом с катушкой)
Положение магнита Отклонение гальванометра
Магнит в состоянии покоя Отсутствие отклонения гальванометра
Магнит движется по направлению к катушке Отклонение в гальванометре144 в одном направлении Нет отклонения в гальванометре
Магнит перемещается от катушки Отклонение гальванометра, но в противоположном направлении
Магнит остается неподвижным в том же положении ( от катушки) Нет отклонения в гальванометре

Вывод: из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда есть относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение в потоке индуцирует напряжение на катушке.

Майкл Фарадей сформулировал два закона на основе вышеупомянутых экспериментов. Эти законы называются законами электромагнитной индукции Фарадея .

Первый закон Фарадея

Любое изменение магнитного поля катушки с проволокой вызовет индукцию ЭДС в катушке. Эта индуцированная ЭДС называется индуцированной ЭДС, и если цепь проводника замкнута, ток также будет циркулировать по цепи, и этот ток называется индуцированным током.
Метод изменения магнитного поля:

  1. Путем перемещения магнита по направлению к катушке или от нее
  2. Путем перемещения катушки в магнитное поле или из него
  3. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле
  4. Вращая катушку относительно магнита

Второй закон Фарадея

Он утверждает, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, который связывается с катушкой.Потоковая связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея

Рассмотрим, магнит приближается к катушке. Здесь мы рассматриваем два момента времени T 1 и время T 2 .

Потоковая связь с катушкой в ​​момент времени,

Потоковая связь с катушкой во время,

Изменение магнитной связи,

Пусть это изменение в потокосцеплении будет,

Итак, изменение магнитной связи

Теперь скорость изменения магнитной связи

Возьмите производную в правой части, мы получим

Скорость изменения магнитной связи

Но согласно закону электромагнитной индукции Фарадея скорость изменения магнитной связи равна наведенной ЭДС .

С учетом закона Ленца.

Где:

  • Поток Φ в Вт = BA
  • B = напряженность магнитного поля
  • A = площадь катушки

Как увеличить ЭДС, индуцированную в катушке

  • Путем увеличения количества витков в катушке катушка, то есть N, из приведенных выше формул легко увидеть, что если количество витков в катушке увеличивается, наведенная ЭДС также увеличивается.
  • За счет увеличения напряженности магнитного поля, то есть B, окружающего катушку. Математически, если магнитное поле увеличивается, увеличивается поток, а если увеличивается поток, индуцированная ЭДС также увеличивается.Теоретически, если катушка проходит через более сильное магнитное поле, будет больше силовых линий, которые катушка может разрезать, и, следовательно, будет больше индуцированной ЭДС.
  • За счет увеличения скорости относительного движения между катушкой и магнитом — Если относительная скорость между катушкой и магнитом увеличивается по сравнению с ее предыдущим значением, катушка будет обрезать линии потока с большей скоростью, поэтому больше наведенной ЭДС будет произведено.

Применение закона Фарадея

Закон Фарадея — один из самых основных и важных законов электромагнетизма.Этот закон находит свое применение в большинстве электрических машин, промышленности, медицины и т. Д.

  • Силовые трансформаторы работают на основе закона Фарадея
  • Основным принципом работы электрического генератора является закон взаимной индукции Фарадея.
  • Индукционная плита — самый быстрый способ готовки. Он также работает по принципу взаимной индукции. Когда ток течет через катушку с медной проволокой, расположенную под посудой, он создает изменяющееся магнитное поле.Это переменное или изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в проводящем контейнере, и мы знаем, что поток тока всегда выделяет в нем тепло.
  • Электромагнитный расходомер используется для измерения скорости определенных жидкостей. Когда магнитное поле прикладывается к электрически изолированной трубе, по которой протекают проводящие жидкости, в соответствии с законом Фарадея в ней индуцируется электродвижущая сила. Эта индуцированная ЭДС пропорциональна скорости течения жидкости.
  • Формируя основы электромагнитной теории, идея Фарадея о силовых линиях используется в хорошо известных уравнениях Максвелла. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля, и обратное этому используется в уравнениях Максвелла.
  • Он также используется в музыкальных инструментах, таких как электрогитара, электрическая скрипка и т. Д.

Взаимная индукция и взаимная индуктивность с точечной конвенцией

Определение взаимной индукции

индуцируется ЭДС через него из-за скорости изменения тока в соседней катушке таким образом, что поток одной катушки получает связь с другой катушкой.

Определение взаимной индуктивности

Взаимная индуктивность — это отношение между наведенной ЭДС на катушке и скоростью изменения тока другой соседней катушки таким образом, что две катушки могут иметь потокосцепление.

Взаимная индукция

Всякий раз, когда в катушке есть изменяющийся во времени ток, изменяющийся во времени поток будет связываться с самой катушкой и вызовет самоиндуцированную ЭДС в катушке. Эта ЭДС рассматривается как падение напряжения на катушке или катушке индуктивности.Но непрактично, чтобы катушка была связана только с ее собственным изменяющимся потоком. Когда переменный во времени ток течет в другой катушке, расположенной рядом с первой, поток, создаваемый второй катушкой, также может связывать первую. Эта изменяющаяся магнитная связь от второй катушки также будет индуцировать ЭДС на первой катушке. Это явление называется взаимной индукцией , а ЭДС, индуцированная в одной катушке из-за изменяющегося во времени тока, протекающего в любой другой катушке, называется взаимно индуцированной ЭДС .Если первая катушка также подключена к изменяющемуся во времени источнику, чистая ЭДС первой катушки является результатом самоиндуцированной и взаимно индуцированной ЭДС.

Коэффициент взаимной индукции или взаимной индуктивности

Рассмотрим одну катушку самоиндукции L 1 и другую катушку собственной индуктивности L 2 . Теперь мы также будем учитывать, что существует магнитный сердечник с низким сопротивлением, который связывает эти обе катушки таким образом, что весь поток, создаваемый одной катушкой, будет связывать другую катушку.Это означает, что в системе не будет утечки флюса.
Теперь мы подадим изменяющийся во времени ток на катушку 1, сохраняя катушку 2 разомкнутой. Напряжение, индуцированное на катушке 1, будет равно
. Теперь мы будем держать первую катушку открытой и подавать изменяющийся во времени ток в катушку 2. Теперь поток, создаваемый катушкой 2, будет связывать катушку 1 через магнитный сердечник и, как результат, индуцированная ЭДС. в катушке 1 будет
Здесь M — коэффициент взаимной индукции или короче взаимной индуктивности. Теперь, не мешая источнику на катушке 2, мы подключаем к катушке 1 изменяющийся во времени источник тока.В этой ситуации будет самоиндуцированная ЭДС в катушке 1 из-за собственного тока, а также взаимно индуцированная ЭДС в катушке 1 для тока в катушке 2. Таким образом, результирующая ЭДС, индуцированная в катушке 1, равна
Взаимно индуцированная ЭДС. может быть аддитивным или вычитающим в зависимости от полярности катушки. Выражение M равно

Это выражение оправдано только тогда, когда весь поток, создаваемый одной катушкой, будет связывать другую катушку, но практически не всегда возможно связать весь поток одной катушки с другой.Величина фактической взаимной индуктивности зависит от фактической величины магнитного потока одной катушки, соединяющей другую. Здесь k — коэффициент, который необходимо умножить на M, чтобы получить фактическое значение взаимной индуктивности.

Dot Convention

Как мы уже сказали, будет ли взаимно индуцированная ЭДС аддитивной или вычитающей, зависит от относительной полярности взаимно связанных катушек. Относительная полярность двух или более взаимно связанных катушек обозначена условным обозначением точек. Он представлен точечной меткой на обоих концах катушки.Если в какой-то момент ток входит в катушку через точечный конец, то взаимно индуцированная ЭДС на другой катушке будет иметь положительную полярность на пунктирном конце последней. По-другому можно сказать, что если ток покидает катушку через точечный конец, то взаимно индуцированная ЭДС на другой катушке будет иметь отрицательную полярность на пунктирном конце последней.

Что такое трансформатор? | FierceElectronics

Трансформатор — это электрическое устройство, в котором используется принцип электромагнитной индукции для передачи энергии от одной электрической цепи к другой.Он предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения между цепями при сохранении частоты тока. Трансформаторы делают это без проводящего соединения между двумя цепями. Это возможно благодаря применению закона индукции Фарадея, который описывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Базовый трансформатор состоит из трех частей: магнитопровода, первичной обмотки и вторичной обмотки.Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока под напряжением. Это создает переменное магнитное поле, окружающее обмотку. Это вызывает ЭДС во вторичной обмотке. Если цепь вторичной обмотки замкнута, то по ней будет протекать переменный ток. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник, который обычно изготавливается из многослойных стальных листов и обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного поля. Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками.В понижающем трансформаторе вторичная обмотка будет иметь меньше витков, чем первичная, а в повышающем трансформаторе — больше.

Базовая конструкция трансформатора Shutterstock

Первый трансформатор был изобретен в 1884 году в Англии и произвел революцию в способах использования переменного тока. Этот трансформатор был впервые использован на первой электростанции переменного тока, паровой электростанции Рим-Черки, в 1886 году. С помощью трансформатора можно было генерировать и подавать мощность переменного тока при высоком напряжении (от 1400 до 2000 вольт), а затем понижать на более безопасное и пригодное для использования напряжение для использования в домах и на предприятиях.

Хотя эта оригинальная базовая конструкция используется и сегодня, современные трансформаторы используются для самых разных целей. Те, которые используются на электростанциях, могут быть высотой в несколько этажей и использоваться для передачи энергии при высоком напряжении, что более эффективно, чем при низком напряжении, поскольку снижает потери мощности из-за тепла. Преобразователи сигналов и аудио намного меньше по размеру и используются для согласования выхода микрофонов и других аудиоустройств с входом усилителей. Измерительные трансформаторы преобразуют мощность основной линии электропередачи в более низкое напряжение, которое затем можно измерить для определения выходной мощности без повреждения чувствительного оборудования.Импульсные трансформаторы доставляют импульсы из первичной цепи во вторичную цепь для передачи цифровой информации на логические вентили или драйверы в электронных устройствах.

Большинство приведенных выше приложений описывает однофазные трансформаторы. Этот тип трансформатора имеет одну первичную обмотку и одну вторичную обмотку. Однако трансформаторы также бывают трехфазными. Трехфазные трансформаторы имеют три набора обмоток. Эти трансформаторы используются для питания промышленных нагрузок и генерации трехфазной энергии.

Для обзора вот основы трансформатора:

  • Трансформатор использует электромагнитную индукцию для передачи переменного тока от одной цепи к другой, увеличивая или уменьшая напряжение.
  • Базовый трансформатор состоит из трех частей: первичной обмотки, вторичной обмотки и магнитопровода.
  • Существуют трансформаторы всех типов размеров и применений, от массивных трансформаторов, используемых на электростанциях, до
  • .
  • крошечных трансформаторов, используемых в электронике.

Разные способы изображения трансформеров Getty Images

    Источники:

    1. https://www.galco.com/comp/prod/trnsfmrs.htm

    2. https://www.dfliq.net/blog/the-basics-of-electrical-transformers/

    3. https://www.electrical4u.com/what-is-transformer-definition-working-principle-of-transformer/

    Трансформатор


    2

    Исследования могут снизить экономические потери электростанций после землетрясений

    Октябрь1 января 2020 г. — На силовых трансформаторах установлены системы вводов, которые играют решающую роль в снабжении населенных пунктов электричеством. Однако эти объекты также подвержены разрушению во время землетрясений. …


    Без привязки: максимальное повышение эффективности беспроводной зарядки с использованием нескольких передатчиков

    5 декабря 2020 г. — Ученые разработали стратегию управления, которая позволяет передавать энергию по беспроводной сети через несколько катушек передатчика с максимальной эффективностью.В отличие от традиционных подходов, в которых только …


    Ученые связывают намагниченность со сверхпроводимостью для квантовых открытий

    6 сентября 2019 г. — В недавнем исследовании ученые создали миниатюрную сверхпроводящую схему на основе микросхемы, которая связывает квантовые волны магнитных спинов, называемые магнонами, с фотонами эквивалентного …


    Использование возможностей спин-орбитальной связи в кремнии: масштабирование квантовых вычислений

    Декабрь7, 2018 — Исследовательские группы изучают несколько способов масштабирования вычислительных архитектур на основе атома с использованием спин-орбитальной связи, продвигаясь к своей цели создания квантового ядра на основе кремния …


    Спинами электронов в медленно движущихся квантовых точках могут управлять электрические поля

    15 января 2020 г. — В новой статье представлен теоретический анализ электронных спинов в движущихся полупроводниковых квантовых точках, показывающий, как ими можно управлять с помощью электрических полей, что предполагает их применимость…


    Физики открыли новый магнитоэлектрический эффект

    14 сентября 2020 г. — Обнаружен специальный материал, который демонстрирует новый удивительный эффект: его электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля. Этот эффект работает совершенно иначе, чем обычно. Это может быть …


    Повышение коэффициента магнитосопротивления открывает дверь в высокочувствительные датчики магнитного поля

    20 декабря 2018 г. — Создав новую многослойную структуру с улучшенным коэффициентом магнитосопротивления, исследователи показывают, что можно повысить чувствительность к магнитному полю…


    Осмысление гибких сенсорных систем

    28 января 2020 г. — Группа исследователей разработала самую тонкую и легкую в мире матричную систему магнитных датчиков, которая визуализирует двумерное распределение магнетизма на различных поверхностях с …


    Концерт магнитных моментов

    13 июня 2019 г. — Исследователи открыли новый способ, с помощью которого спины электронов в слоистых материалах могут …


    Сохранение хладнокровия с помощью квантовых ям

    Октябрь3 января 2019 г. — Исследовательская группа изобрела систему с полупроводниковыми квантовыми ямами, которая может эффективно охлаждать электронные устройства с использованием установленных методов производства. Эта работа может позволить уменьшить и ускорить умные …


    ▷ Что такое трансформатор?

    Вот статья Насира, одного из членов сообщества. Если вы также хотите отправить статью, отправьте нам письмо .

    Трансформатор — это устройство, которое передает электрический ток от одной цепи к другой, обычно по принципу взаимной индукции.Во время этого процесса частота остается постоянной, а напряжение можно увеличивать или уменьшать в зависимости от необходимости.

    Эта передача электричества происходит с помощью двух катушек. Одна из них, известная как первичная катушка, подключена к источнику переменного тока. Другой известен как вторичная катушка, и он подключен к внешней цепи. Это составляет базовую структуру трансформатора и показано ниже:


    Принцип работы трансформатора

    Трансформатор работает по принципу закона взаимной индукции Фарадея.Этот принцип гласит, что скорость изменения потока прямо пропорциональна индуцированному электромагнитному потоку.

    Точно так же в трансформаторе, когда переменный ток течет через одну из катушек, он создает вокруг нее магнитное поле, которое постоянно создает изменяющийся магнитный поток, и поэтому, когда другая катушка приближается к ней, часть ЭДС также индуцируется и во вторичной катушке. Поскольку вторичная обмотка образует замкнутый контур, ЭДС также создает в нем ток.

    Короче говоря, эта взаимная индукция между катушками отвечает за передачу электроэнергии.


    Эти обмотки обычно делаются на железном сердечнике, чтобы усилить магнитное поле, а затем ламинируются, чтобы поток не ослаблялся из-за воздуха, который является идеальным изолятором. Но все же наблюдаются некоторые потери мощности, такие как потери на вихревые токи и потери на гистерезис.

    Типы трансформаторов

    Классифицируемые по возрастанию напряжения, мы в первую очередь классифицируем трансформаторы на две основные категории:

      1) Повышающий трансформатор
      2) Понижающий трансформатор

    Если мы увеличим количество витков во вторичной катушке, так что они станут больше, чем количество витков в первичной обмотке, индуцированное напряжение может быть увеличено в прямом связь.то есть, если количество витков во вторичной обмотке в десять раз превышает количество витков в первичной обмотке, то индуцированное напряжение также будет в десять раз больше, чем в первичной обмотке.

    Аналогично, если количество витков в первичной катушке больше, чем количество витков во вторичной катушке, индуцированное напряжение будет меньше исходного напряжения.

    Это свойство трансформатора действительно полезно при передаче электроэнергии, особенно на большие расстояния. Чтобы избежать потерь мощности, сначала используется понижающий трансформатор, а на приемном конце используется повышающий трансформатор, который повышает напряжение до необходимого уровня.Такие типы трансформаторов известны как однофазные, двухобмоточные трансформаторы напряжения.

    Но также могут быть созданы двухфазные, трехфазные или более высокие трансформаторы, особенно для коммерческих и промышленных целей, где нагрузка достаточно велика, в основном используются три фазы. Подключения трансформатора в 3-х фазном режиме показаны ниже:


    Как видно из рисунка, трехфазный трансформатор будет иметь три первичные обмотки и три вторичные обмотки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.