Трансформаторная катушка: Трансформатор (катушка) тесла принцип работы, схема, применение

Трансформатор (катушка) тесла принцип работы, схема, применение

Трансформатор (катушка) Тесла (Tesla Coil, TC) — это повышающий высокочастотный резонансный трансформатор — два колебательных контура, настроенных на одинаковую резонансную частоту. В сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства.

Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей.

С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы — это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.

Как работает трансформатор тесла

Катушка Тесла названа так в честь ее изобретателя Николы Тесла (около 1891 года).

История данного изобретения начинается с конца 19 века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, только поставил перед собой задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов. Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году.

Не смотря на то, что существует несколько видов катушек тесла, у всех них есть общие черты.

Трансформатор Тесла – прекрасная игрушка для тех, кто хочет сделать что-то эдакое. Это устройство не перестает поражать окружающих мощью своих огромных разрядов. Более того, сам процесс конструирования трансформатора очень увлекателен – не часто так много физических эффектов сочетаются в одной несложной конструкции.

Несмотря на то, что сама по себе “Тесла” очень проста, многие из тех, кто пытаются ее сконструировать не понимают как работает трансформатор Тесла.

катушка тесла

Принцип действия трансформатора Тесла похож на работу обычного  трансформатора.

  Трансформатор Тела состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную.

трансформатор тесла схема

Вторичная обмотка вместе с собственной паразитной (Cs) емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.

колебания напряжения в трансформаторе Тесла

Тесла обладает тремя основными характеристиками:

1. резонансной частотой вторичного контура,
2. коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток,
3. добротностью вторичного контура.

Коэффициент связи определяет насколько быстро энергия из первичной обмотки передается во вторичную, а добротность – насколько долго колебательный контур может сохранять энергию.

Основные детали  и конструкции трансформатора Тесла

Конструкция трансформатора тесла

Тороид

Тороид – выполняет три функции.

Первая – уменьшение резонансной частоты – это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.

Вторая – накопление энергии перед образованием стримера.

Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии  и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом,  увеличивая его. Для того, чтобы извлечь выгоду из этого явления в теслах с непрерывной накачкой энергии, используют прерыватель.

Третья – формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.

От использования тороидоа больше всего выиграют теслы с импульсной накачкой – SGTC, DRSSTC и теслы с прерывателями. Типичный внешний диаметр тороида – два диаметра вторички.

Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий,

Вторичная обмотка – основная деталь Теслы

Типичное отношение длинны обмотки теслы к ее диаметру намотки 4:1 – 5:1.

Диаметр провода для намотки теслы обычно выбирают так, чтобы на вторичке помещалось 800-1200 витков.

ВНИМАНИЕ!

Не стоит мотать слишком много витков на вторичке тонким проводом. Витки на вторичке нужно распологать как можно плотнее друг к другу.

Для защиты от царапин и от разлезания витков, вторичные обмотки обычно покрывают лаками. Чаще всего для этого применяются эпоксидная смола и полиуретановый лак. Лакировать стоит очень тонкими слоями. Обычно, на вторичку, наносят минимум 3-5 тонких слоев лака.

Мотают вторичную обмотку на воздуховодных (белых) или, что хуже, канализационных (серых) ПВХ трубах. Найти эти трубы можно в любом строительном магазине.

Защитное кольцо

Защитное кольцо – предназначено для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку не вывел электронику из строя. Эта деталь устанавливается на теслу, если длинна стримера больше длинны вторичной обмотки. Представляет собой незамкнутый виток медного провода (чаще всего, немного толще, чем тот из которого изготавливается первичная обмотка трансформатора тесла). Защитное кольцо заземляется на общее заземление отдельным проводом.

Первичная обмотка

Первичная обмотка – обычно изготавливается из медной трубы для кондиционеров. Должна обладать очень маленьким сопротивлением для того, чтобы по ней можно было пропускать большой ток. Толщину трубки обычно выбирают на глаз, в подавляющем большинстве случаев, выбор падает на 6 мм трубку. Так-же в качестве первички используют провода большего сечения.

Относительно вторичной обмотки устанавливается так, чтобы обеспечить нужный коэффициент связи.

Часто играет роль построечного элемента в тех теслах, где первичный контур является резонансным. Точку подключения к первичке делают подвижной и ее перемещением изменяют резонансную частоту первичного контура.

Первичные обмотки обычно делают цилиндрическими, плоскими или  коническим. Обычно, плоские первички используются в SGTC, конические- в SGTC  и DRSSTC, а цилиндрические — в SSTC, DRSSTC и VTTC.

первичные обмотки трансформатора тесла

Заземление

Заземление – как не странно, тоже очень важная деталь теслы. Очень часто задаются вопросом – куда же бьют стримеры? — стримеры бьют в землю!

Стримеры замыкают ток, показанный на картинке синим цветом

Таким образом, если заземление будет плохое, стримерам будет некуда деваться и им придется бить в теслу (замыкать свой ток), вместо того, чтобы извергаться  в воздух.

Поэтому задавая вопрос обязательно ли заземлять теслу?

Заземление для теслы – обязательно.

Существуют трансформаторы Тесла без первичной обмотки. У них питание подается прямо на “земляной” конец вторички. Такой метод питания называется “бэйзфид” (basefeed).

Иногда, в качестве источника бэйзфидного питания используется другой трансформатор Тесла, такой метод питания называют “магниферным” (Magnifier).

Существуют так называемые биполярные теслы, они отличаются тем, что разряд происходит не в в воздух, а между двумя концами вторичной обмотки. Таким образом, путь тока легко может замкнуться и заземление не нужно.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

1. SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на искровом промежутке. Это классическая конструкция, подобную схему изначально применял сам Тесла. В качестве коммутирующего элемента здесь используется разрядник. В конструкциях малой мощности разрядник представляет собой два куска толстого провода, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы этого типа изготавливают если требуется лишь большая длинна стримера, и не важна эффективность.
2. VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.
3. SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.
4. DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Виды эффектов от катушки Тесла

• Дуговой разряд – возникает во многих случаях. Он характерен ламповым трансформаторам.
  Коронный разряд является свечением воздушных ионов в электрическом поле повышенного напряжения, образует голубоватое красивое свечение вокруг элементов устройства с высоким напряжением, а также имеющим большую кривизну поверхности.
• Спарк по-другому называют искровым разрядом. Он протекает от терминала на землю, либо на заземленный предмет, в виде пучка ярких разветвленных полосок, быстро исчезающих или меняющихся.
• Стримеры – это тонкие слабо светящиеся разветвляющиеся каналы, содержащие ионизированные атомы газа и свободные электроны. Они не уходят в землю, а протекают в воздух. Стримером называют ионизацию воздуха, образуемую полем трансформатора высокого напряжения.

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Практическое  применение трансформатор тесла

Величина напряжения на выходе трансформатора Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.

Катушка Тесла нашла практическое применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.

Трансформатор Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.

Иногда на практике такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх.

В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Новое в трансформаторах тесла

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей. Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

схема трансформатора тесла на транзисторе

Схема трансформатора тесла выглядит невероятно просто и состоит из:

1. первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
2. вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
3. разрядника;
4. конденсатора;
5. излучателя искрового свечения.

Главное отличие трансформатора Теслы от всех остальных приборов — в нем не применяются ферросплавы в качестве сердечника, а мощность прибора, независимо от мощности источника питания, ограничена только электрической прочностью воздуха. Суть и принцип действия прибора в создании колебательного контура, который может реализовываться несколькими методами:

1. Генератор колебаний частоты, построенный на основе разрядника, искрового промежутка.
2. Генератор колебания на лампах.
3.  На транзисторах.

 

Видео: Стоячие волны в Трансформаторе Тесла, резонанс, коэффициент трансформации

Видео: Трансформатор ТЕСЛА своими руками

Видео: Трансформатор Тесла

Пошаговое объяснение процесса сборки и запуска одного из самых мощных трансформаторов Тесла в России. Конструктор: Блотнер Борис

Читайте так же:

Однофазный трансформатор — устройство и принцип действия

Для того чтобы представить устройство и принцип действия однофазного трансформатора нужно посмотреть, как выглядит его схема. Если подключить первичную обмотку к источнику переменного напряжения U1, то по первичной обмотке  начнет протекать ток I0 (ток холостой хода) и  в ней будет возникать переменный магнитный поток усиливаемый сердечником. Этот магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке  трансформатора ЭДС (электродвижущую силу самоиндукции) которая проходит сквозь ее витки.

Когда вы подключите к клеммам вторичной обмотки, какой либо потребитель электроэнергии допустим, это будет простая лапочка, то во вторичной обмотке  начнет протекать ток I2 вызванный ЭДС вторичной обмотки (U2) и лампочка загорится, так как через нее начнет протекать ток вторичной обмотки I2.

Когда трансформатор получил нагрузку измениться и ток первичной обмотки I1 который будет уже равен сумме токов холостого хода и тока первичной обмотки.

В этом заключается назначение трансформатора — в преобразовании напряжения, когда напряжение первичной обмотки может существенно отличаться на выходе от напряжения вторичной обмотки.

Что бы осуществилась трансформация одного напряжения в другое, служит стальной магнитопровод, на который наматывают витки первичной и вторичной обмотки. На схеме показан понижающий трансформатор 220/36 вольт, где на первичную обмотку подают 220В, а на вторичной образуется 36В.

В процессе работы могут возникать вихревые токи, которых бесполезно расходуют мощность трансформатора. Поэтому для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник собирается из тонких пластин трансформаторной стали, толщина которых может быть от 0,5 до 0,35 мм изолируемых одна от другой посредством жаростойкого лака.

Трансформаторами в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически.

Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по направлению.

Рис. 1.

На рис. 1а изображен простейший трансформатор, состоящий из двух катушек / и //, расположенных коаксиально одна над другой. К катушке / подводится переменный ток от генератора переменного тока Г. Эта катушка называется первичной катушкой или первичной обмоткой. С катушкою //, называемой вторичной катушкой или вторичной обмоткой, соединяется цепь приемниками электрической энергии.

Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора заключается в следующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают не только создавшую их катушку, но частично и вторичную катушку //. Примерная картина распределения силовых линий, создаваемых первичною катушкою, изображена на рис. 1б.

Как видно из рисунка, все силовые линии замыкаются вокруг проводников катушки /, но часть их на рис. 1б силовые линии 1, 2, 3, 4 замыкаются также вокруг проводников катушки //. Таким образом катушка // является магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.

Степень магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их, зависит от расстояния между ними: чем дальше катушки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними, ибо тем меньше силовых линий катушки / сцепляется с катушкою //.

Так как через катушку / проходит, как мы предполагаем, однофазный переменный ток, т. е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, например по закону синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет меняться во времени по тому же закону.

Например, когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое направление.

В результате изменения тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются магнитным потоком, непрерывно меняющим свою величину и свое направление. Согласно основному закону электромагнитной индукции при всяком изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила. В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила взаимоиндукции.

Если концы катушки // соединить с цепью приемников электрической энергии (см. рис. 1а), то в этой цепи появится ток; следовательно приемники получат электрическую энергию. В то же время к катушке / от генератора направится энергия, почти равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //. Таким образом электрическая энергия от одной катушки будет передаваться в цепь второй катушки, совершенно не связанной с первой катушкой гальванически (металлически). Средством передачи энергии в этом случае является только переменный магнитный поток.

Изображенный на рис. 1а трансформатор весьма несовершенен, ибо между первичной катушкой / и вторичной катушкой // магнитная связь невелика.

Магнитная связь двух обмоток, вообще говоря, оценивается отношением магнитного потока, сцепляющегося с обеими обмотками, к потоку, создаваемому одной катушкой.

Из рис. 1б видно, что только часть силовых линий катушки / замыкается вокруг катушки //. Другая часть силовых линий (на рис. 1б — линии 6, 7, 8) замыкается только вокруг катушки /. Эти силовые линии в передаче электрической энергии от первой катушки ко второй совершенно не участвуют, они образуют так называемое поле рассеяния.

Для того чтобы увеличить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками и одновременно уменьшить магнитное сопротивление для прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов располагают на совершенно замкнутых железных сердечниках.

Первым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 2 однофазный трансформатор так называемого стержневого типа. У него первичные и вторичные катушки c1 и с2 расположены на железных стержнях а — а, соединенных с торцов железными же накладками b — b, называемыми ярмами. Таким образом два стержня а, а и два ярма b, b образуют замкнутое железное кольцо, в котором и проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это железное кольцо называется сердечником трансформатора.

Рис. 2.

Вторым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 3 однофазный трансформатор так называемого броневого типа. У этого трансформатора первичные и вторичные обмотки с, состоящие каждая из ряда плоских катушек, расположены на сердечнике образуемом двумя стержнями двух железных колец а и б. Кольца а и б, окружая обмотки, покрывают их почти целиком как бы бронею, поэтому описываемый трансформатор и называется броневым. Магнитный поток, проходящий внутри обмоток с, разбивается на две равные части, замыкающиеся каждое в своем железном кольце.

Рис.3

Применением железных замкнутых магнитных цепей у трансформаторов добиваются значительного снижения потока рассеяния. У таких трансформаторов потоки, сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, почти равны друг другу. Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции для мгновенных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих выражениях w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина изменения пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени dt, следовательно есть скорость изменения магнитного потока. Из последних выражений можно получить следующее отношение:

т. е. индиктируемые в первичной, и вторичной катушках / и // мгновенные электродвижущие силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее заключение справедливо не только по отношению к мгновенным значениям электродвижущих сил, но и к их наибольшим и действующим значениям.

Электродвижущая сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой самоиндукции, почти целиком уравновешивает приложенное к той же катушке напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной катушке, равна в рассматриваемом случае напряжению на концах этой катушки.

Если, аналогично предыдущему, через E2 и U2 обозначить действующие значения электродвижущей силы вторичной катушки и напряжения на ее концах, то можно написать:

Следовательно, приложив к одной катушке трансформатора некоторое напряжение, можно на концах другой катушки получить любое напряжение, стоит только взять подходящее отношение между числами витков этих катушек. В этом и заключается основное свойство трансформатора.

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации мы будем обозначать kт.

Следовательно можно написать:

Трансформатор, у которого коэффициент трансформации меньше единицы, называется повышающим трансформатором, ибо у него напряжение вторичной обмотки, или так называемое вторичное напряжение, больше напряжения первичной обмотки, или так называемого первичного напряжения. Трансформатор, у которого коэффициент трансформации больше единицы, называется понижающим трансформатором, ибо у него вторичное напряжение меньше первичного.

Видео: КАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА

Виды конструкций однофазных трансформаторов

Конструкция однофазного трансформатора может быть выполнены стержневого типа так и броневого или тороидального.

конструкция стержневого трансформатора

Однофазный двух обмоточный трансформатор стержневого типа, представляет собой два стержня на которые располагаются обе обмотки. Объединяет эти стрежни, стальное ярмо, на котором и происходит соединение магнитных потоков двух обмоток.

Тип однофазного броневого трансформатора  представляет собой один стержень (сердечник), который как бы бронируется, защищается с обеих сторон ярмом от внешних механических воздействий. Магнитный поток проходящий по ярму броневого  меньше в два раз чем в стержне, поэтому ярма делают в два раза меньше, уменьшая тем самым габаритные размеры и вес.

 

Сборка трансформатора

Собирают магнитопроводы трансформаторов встык или в нахлест.

1- пластины Ш-образного профиля, 2 — пластины прямоугольного профиля, 3 — стержневые шпильки

Сборка внахлест пластины сердечника выполняют одна за другой укладывая их плотно в разных точках разреза полос. Монтаж и демонтаж такого трансформатора более трудоемок, но зато это позволяет сильно уменьшить магнитное сопротивление, снижает реактивные потери на вихревые токи и нагрев стали.

ленточный магнитопровод

Существуют также и ленточные магнитопроводы которые делают из холоднокатаной стали как стержневого типа так броневого типа. Магнитная проницаемость трансформаторной холоднокатаной стали больше чем у горячекатаной, но только при направлении которая совпадает с направлением проката стали. В связи с этим такие трансформаторы собирают внахлестку, уже из лент разной длины (пакеты) и затем соединяют вместе предварительно пропитывая для изоляции жаростойким лаком. Особенность такого трансформаторов, что они обязательно требуют установки изоляционной прокладки на месте стыка двух магнитопроводов или изоляцией лаком. Это предотвращает замыкания пластин, в результате чего не возникает чрезмерный нагрев сердечника трансформатора токами вихревыми. Такой нагрев может приводить к плавлению стали в одну сплошную массу.

Мощные силовые трансформаторы часто делают только стержневыми так у них проще выполнить изоляцию обмоток высшего напряжения от низшего.
Трансформаторы малой мощности, сетевые трансформаторы  делаю из броневого магнитопровода. Обмотки у броневых  трансформаторов располагаются на одном стержне, а не отдельно одна  от другой. Как правило, первичная обмотка располагается ближе к сердечнику, а вторичная мотается поверх первой. Токи первичной и вторичной обмотки маломощного трансформатора невелики, так что усиленной изоляцией можно пренебречь.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Любой трансформатор имеет расчетные показатели в виде номинальной мощности P и его напряжение вторичной и первичной обмотки U1 и U2, а также токи I1 и I2 при номинальном токе нагрузки I наг.

Номинальная мощность трансформатора – это мощность, отдаваемая всеми его вторичными обмотками P при нормальной расчетной нагрузки. Измеряют вольтамперах и киловольтамперах.

Активная мощность — эта мощность учитывающая активные потери на нагрев, механическую энергию и т.п. выраженную в Ваттах (Вт) или КилоВаттах (кВт).
Сечение проводов обмотки рассчитывается с учетом не активной мощности, а всей полной мощности трансформатора, учитывая токи протекающие в каждой обмотке.

Для трансформаторов малой мощности не имеет значение расчета удельной поверхности охлаждения. Такие трансформаторы охлаждаются естественной циркуляцией окружающего воздуха.

Мощные силовые трансформаторы изготовляют с масляным охлаждением, с металлическими баками, наполненными трансформаторным маслом. Для усиления охлаждения мала на поверхности приваривают стальные трубы (радиаторы). Чаще всего используют пассивное охлаждение баков масляных трансформаторов.

Принцип действия трансформатора — устройство и назначение, схема конструкции

Трансформатор – это электрическая статическая машина, предназначаемая для изменения характеристик напряжения или тока. Название говорящее – трансформировать – значит преобразовывать. Впрочем, трансформации подвергаются только силовые характеристики тока, частота и форма при этом не изменяются.

Состоит эта машина из нескольких основных частей:

1. Корпус или магнитопровод – представляет собой сердечник из металлических пластинок, плотно сжатых между собой, изготавливаются из мягкой трансформаторной стали, а в отдельных случаях, из специального состава ферромагнетика.
2. Первичной обмотки – катушка, размещенная на магнитопроводе, по ней пропускается ток, характеристики которого нужно изменить;
3. Вторичная обмотка – также катушка, но с проводами других характеристик, в которой индуцируется ток с другими, заранее рассчитанными параметрами.

Принцип работы и область применения

В электромагнитную схему трансформатора входят две обмотки и замкнутый сердечник, выполняемый из трансформаторных листовых материалов. Ток, проходящий по первичной катушке, возбуждает в сердечнике электромагнитную индукцию.

Пересекая провода вторичной катушки, она индуцирует в ней ток, соответствующий параметрам вторичной обмотки. Таких катушек может быть несколько с разными характеристиками (количество витков, сечение провода, материал), соответственно и результат индукции будет различным.

Трансформаторы используются в энергообеспечении народного хозяйства в различных областях:

1. Для передачи и преобразования электроэнергии:
   • Передача электроэнергии на далекие расстояния и ее разделение между пользователями. Передача электричества по сетям непосредственно после генерации связана с большими его потерями. Генераторы дают напряжение 6-24 кВ, а передача, во избежание потерь, осуществляется при напряжении от 110 до 750 кВ. Для получения таких характеристик применяются повышающие трансформаторы.
   • Когда электроэнергия по ЛЭП доходит до потребителя, она поступает на понижающие трансформаторные станции, где производится понижение напряжения и мощности в соответствии с потребностями для группы потребителей, а затем распределяется на другие трансформаторные подстанции, например, районного значения. Дальнейшее распределение энергии зависит от потребности того или иного объекта или их группы.
2. Для правильного включения вентилей в преобразователях, что позволяет согласовать величину напряжения на выходах и входах устройства. Их название – преобразовательные.
3. Для выполнения различных операций технологических процессов, например – сварки, в электролизных производствах, в обеспечении работы электросталеплавильных агрегатов и других.
4. Обеспечение работы схем и приборов радиоаппаратуры, электроники, средств связи, бытового электрооборудования и многого прочего.
5. Для подключения электроизмерительных приборов и отдельных аппаратов (реле, коммандеры и др.) в цепи высокого напряжения для обеспечения измерений и электробезопасности объектов. Такие трансформаторы образуют отдельный класс – измерительные.

Устройство

Магнитная схема

Сердечник трансформатора

Конфигурация магнитной схемы разделяет эти устройства на три класса:

• тороидальные;
• броневые;
• стержневые;

Стержень представляет собой ту часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, остальная часть называется «ярмо». В виде стержневых изготавливаются трансформаторы большой и средней мощности.

Это связано также с более простой схемой охлаждения такой машины. Магнитопроводы обычно производятся из листовой электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм. Листовые детали соединяются между собой электротехническим изолирующим лаком. Это делается для уменьшения влияния вихревых токов на работу магнитопровода.

Маломощные и микротрансформаторы обычно производят броневыми, поскольку они в изготовлении дешевле стержневых из-за меньшего числа катушек и технологичности изготовления.

Одним из преимуществ тороидальных трансформаторов является магнитная схема без зазоров. Этим обусловлено низкое магнитное сопротивление магнитопровода таких преобразователей.

Обмотки

Чем ближе расположены обмотки по отношению друг к другу, тем надежнее магнитная связь между ними. Поэтому их принято наматывать одну поверх другой. Такие катушки называются концентрическими.

В зависимости от конструкции, обмотки могут быть расположены последовательно. Эти называются дисковыми. Исполнение зависит от особенностей трансформатора и его назначения.

Мощные статические машины выделяют много тепла и нуждаются в интенсивном охлаждении.

Виды преобразователей

Силовой трансформатор

Предназначается для изменения параметров потока электричества в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с потребностью понижения мощности (до 760 кВ) подводящих сетей в потребительскую мощность городского хозяйства (220/380 В). Силовой преобразователь переменного тока предназначается для изменения силы тока прямым воздействием в сети.

Автотрансформатор

Отличен от предыдущего тем, что обмотки в нем соединяются не только через индукционные потоки, но и непосредственно одна с другой. Вторичная обмотка имеет несколько выводов (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях ведет к получению различного напряжения.

Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, потому что изменению подвергается только часть энергии. Это эффективно при небольшом различии напряжений на входе и выходе.

Несовершенство этих устройств состоит в том, что между обмотками нет изоляции. Применение оправдано при надежном заземлении в сетях до 115 кВ и небольшим коэффициентом трансформации – в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток у таких машин меньше, следовательно, они экономичнее в производстве.

Трансформатор напряжения

Этот вид преобразователя питается от соответствующего источника. Применяется обычно для изменения высокого напряжения на пониженное в цепях автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью ограждения низковольтных участков схем от повышенного напряжения.

Трансформаторы тока

Здесь первичная катушка получает питание от источника тока. Применяется для понижения тока в устройствах релейной защиты и измерителях. Вместе с тем, производится гальваническая развязка. Как правило, ток на вторичной катушке составляет величину 1А или 5А.

Первичную катушку включают в одну цепь с нагружением, подлежащем контролю, а к вторичной катушке подключаются приборы контроля, либо релейные устройства. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если происходит замыкание вторичной катушки, возникающее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

Разделительные трансформаторы

Обмотки таких машин не связаны между собой. Такие преобразователи применяются для улучшения условий безопасности функционирования сетей при замыкании, срабатывает гальваническая развязка.

Импульсные преобразователи

Предназначаются для реформирования сигналов в виде коротких (до 10 миллисекунд) импульсов с максимальным сохранением их формы. В основном применяется для передачи импульсов, характерных прямоугольной формой. Как правило, главное требование к этому преобразователю – передача кратковременного импульса в максимально сохраненной форме, при этом, изменение его амплитуды и полярности несущественно.

Согласующие трансформаторы

Используются при согласовании нагрузок различных участков с максимальным сохранением формы сигнала. Вместе с тем, использование такого преобразователя дает гальваническую развязку разных участков электронных схем.

Пик-трансформатор

Машина, обеспечивающая изменение синусоидальных напряжений в импульсные. При этом, происходит изменение полярности в каждом полупериоде.

Сдвоенный дроссель

Конструктивно выполняется в виде преобразователя с одинаковыми обмотками. Учитывая индуктивное влияние катушек друг на друга, он заметно эффективнее обычного дросселя. Распространены как входные фильтры БП блоков питания в звуковых схемах.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Урок-9. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ — ТРАНСФОРМАТОРЫ

КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ — ТРАНСФОРМАТОРЫ

В этом уроке будут рассмотрены такие радиокомпоненты как катушки индуктивности и трансформаторы. То, что без них не обходится практически ни одно современное радиотехническое устройство, вы в этом убедитесь позже. Я постарался совместить рассказ о катушках индуктивности и трансформаторах переменного тока в одном уроке, именно потому что эти компоненты имеют много общего, соответственно и рассматривать их проще по аналогии друг с другом. Практическая работа будет весьма интересная и очень полезная, а именно, изготовление простейшего лабораторного блока питания (БП) с применением регулируемого параметрического стабилизатора. Из предыдущих уроков, вы наверное заметили что использовать батарейки не совсем удобно, да и не всегда есть под рукой батарейка с подходящим напряжением. Вот поэтому мы и займемся изготовлением универсального блока питания с регулируемым напряжением от 0,5 до 12В. На первых порах нам этого будет вполне достаточно.

Катушки индуктивности колебательных контуров

Катушки индуктивности обладают свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. Совместно с конденсаторами они используются для создания фильтров, осуществляющих частотную селекцию (способность выделять — отфильтровывать) электрических сигналов, а так же для создания элементов задержки сигналов и запоминающих элементов, осуществления связи между цепями через магнитный поток и т. д. В отличие от резисторов и конденсаторов они не являются стандартизованными изделиями, а изготавливаются для конкретных целей и имеют такие параметры, которые необходимы для осуществления тех или иных преобразований электрических сигналов, токов и напряжений. Функционирование катушек индуктивности основано на взаимодействии тока и магнитного потока. Известно, что при изменении магнитного потока в проводнике, находящемся в магнитном поле, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока. В колебательных контурах приемников радиолюбители обычно используют как готовые, так и самодельные катушки самых различных конструкций. Для намотки катушек кроме проводов марок ПЭВ, ПЭЛ, используют обмоточные провода таких марок: ПВО — провод в хлопчатобумажной одинарной оплетке; ШЛО — провод в шелковой одинарной оплетке; ПШД — то же в двойной оплетке; ПЭЛШО — провод в эмалевой лако — стойкой изоляции и шелковой одинарной оплетке. Многие катушки промышленных приборов намотаны так называемым литцендратом — проводом в эмалевой изоляции, которые скручены жгутом и все вместе имеют одинарную или двойную шелковую оплетку. Такой провод, если надо, можно самому свить с помощью дрели. Практически для контурных катушек самодельных приемников пригоден провод любой марки, лишь бы надежна была его изоляция, но не слишком толстый, иначе катушка получается громоздкой. Катушки, предназначенные для приема радиовещательных станций средневолнового и длинноволнового диапазонов, наматывают обычно проводом диаметром от 0,1 до 0,3 мм, коротковолновые — проводом 0,8-1 мм, ультракоротковолновые — проводом до 3 мм. Существует правило, которое надо запомнить: чем короче длина радиоволн, на которые рассчитывается катушка, тем более толстым проводом она должна быть намотана. Если имеется провод, диаметр которого неизвестен, его можно приближенно определить так: намотайте провод виток к витку на карандаш, а затем разделите длину намотки на число витков. Точность определения диаметра провода таким способом будет тем выше, чем больше намотано витков. Если нет провода того диаметра, который рекомендуется, но есть другой, близкого к нему диаметра, обычно его можно использовать. Так, например, вместо провода диаметром 0,18 мм можно использовать провод диаметром 0,15 или 0,2 мм. В зависимости от размеров каркасов и диапазона принимаемых радиоволн катушки содержат от нескольких витков до нескольких сотен витков. Чем длиннее радиоволны и чем меньше диаметр катушки, тем больше витков она должна содержать. Для детекторных (устройство и принцип работы детекторного приемника будет рассмотрен позже) приемников иногда рекомендуют однослойные катушки, намотанные на больших каркасах сравнительно толстым проводом. И это не случайно, в таких катушках меньше потерь высокочастотной энергии. А чем меньше этих потерь, тем лучше работает приемник. Катушки транзисторных и ламповых приемников чаще всего наматывают на каркасах сравнительно небольших размеров и более тонким, чем катушки детекторных приемников, проводом. При этом провод в длинноволновых катушках укладывают в несколько слоев. Это — многослойные катушки. Они компактнее однослойных. Потери высокочастотной энергии в таких катушках несколько больше, чем в катушках больших размеров, но они компенсируются введением в катушки высокочастотных сердечников, усилительными свойствами транзисторов, радиоламп. Многослойные катушки контуров многих промышленных приемников наматывают особым способом, носящим наименование «универсаль». При такой намотке, имеющей должное взаимное пересечение витков, уменьшается внутренняя (межвитковая) емкость катушки, что увеличивает перекрытие контуром диапазона частот. Радиолюбители подобные катушки наматывают на бумажных или картонных шпульках «внавал», умышленно не укладывая провод ровными рядами. При такой намотке внутренняя емкость катушки также относительно невелика. Для примера расскажу, как изготовить контурную катушку подобной конструкции, которую можно использовать для наиболее простого транзисторного или лампового радиоприемника — (рис. 1). Каркасом служит картонная трубка 18 — 20 мм. в диаметре, склеинная из плотной бумаги. Сама же катушка состоит из двух секций: L2 — основной и L1 — подстроечной. Бортики секции L2 — картонные кружки, надетые на каркас и приклеенные к нему. Наружный диаметр кружков 32 — 35 мм, внутренний — по диаметру каркаса, расстояние между ними 4 — 5 мм. Секция L1 намотана на шпульке, которая с небольшим трением может перемещаться по каркасу.

Рис. 1 Контурная катушка с подстроечной секцией.

Шпулька для нее делается так. Нужно обернуть каркас полоской плотной бумаги шириной 6 — 8 мм. Поверх полоски на каркас насаживаются картонные кружки, расположив их на растоянии 2 — 3 мм друг от друга. Не сдвигая кружков, их приклеивают к бумажному кольцу. Когда клей высохнет, осторожно обрезают выступающие наружу края бумажного кольца — получится шпулька. Для секций катушки подойдет провод диаметром 0,2 — 0,3 мм. с любой изоляцией. Секция L1 должна содержать 40 — 50 витков, намотанных внавал, а секция L2 — 250 — 260 витков, намотанных таким же способом, но с отводами от 50 — го и 150 — го витков. Отводы нужны для грубой настройки контура, в котором катушки будут работать. Выводы и отводы выпускайте наружу через проколы в картонных бортиках. Конец секции L1 соедини с началом секции L2. Индуктивность такой катушки зависит от взаимного расположения ее секций. Если витки обеих секций направлены в одну сторону и секция L1 вплотную придвинута к секции L2, индуктивность катушки наибольшая. В этом случае контур будет настроен на наименьшую частоту (наибольшую длину волны). По мере отдаления секции L1 от L2 общая индуктивность катушки станет уменьшаться, а приемник будет перестраиваться на большую частоту (более короткую волну). Секцию L1 можно снять с каркаса, перевернуть и надеть на каркас другой стороной. Теперь витки Секций катушки будут направлены в разные стороны, и если сближать их, то индуктивность катушки будет плавно уменьшаться, а контур настраиваться на станции, работающие на волнах меньшей длины. Таким образом, эта конструкция представляет собой простейший вариометр — катушку с переменной индуктивностью. Грубая настройка контура осуществляется переключением отводов секции а точная — изменением расстояния и расположения витков секции L1 относительно витков секции L2. Настроив контур на радиостанцию, можно шпульку секции L1 приклеить к каркасу — получится приемник с фиксированной настройкой на одну радиостанцию. Катушки подобных конструкций хороши тем, что они просты. Однако предпочтительнее катушки с высокочастотными сердечниками. Сердечник, повышающий добротность катушки и тем самым снижающий потери в ней, позволяет значительно уменьшить число витков и размеры катушки. А если сердечник подстроечный, т. е. может перемещаться внутри катушки, то он, кроме того, позволяет в некоторых пределах изменять индуктивность катушки и, таким образом, настраивать контур на нужную частоту. Самые распространенные магнитные высокочастотные сердечники — ферритовые и карбонильные. Их выполняют в виде стержней, колец, чашек. Одна из возможных конструкций самодельной секционированной катушки с подстроечным сердечником диаметром 9 мм показана на (рис. 2). Увеличение индуктивности катушки достигается ввертыванием сердечника в ее каркас, а уменьшение — вывертыванием его. Каркас для такой катушки склеивается из полоски плотной бумаги шириной 40 мм на круглой болванке, стеклянной трубке или пробирке диаметром 9,5 — 10 мм. На расстоянии 6 — 7 мм от верхнего края готового и хорошо высушенного каркаса острым ножом прорезается в нем с двух противоположных сторон прямоугольные отверстия. В местах вырезов каркас обматывается в один слой толстой ниткой; ее витки будут выполнять роль нарезки для ввертывания сердечника. Щечки катушки вырезаются из тонкого гетинакса, текстолита или плотного картона толщиной 0,3 — 0,5 мм., насаживаются на каркас и приклеиваются к нему. Катушка наматывается внавал проводом ПЭВ — 1 0,12 — 0,18 мм. Если катушка средневолновая, то она должна содержать всего 135 витков (три секции по 45 витков), а длинноволновая — 450 витков (три секции по 150 витков).

Рис. 2 Самодельная катушка с подстроечным сердечником.

Рис.3 Средневолновая (а) и длиноволновая (б) катушки с ферритовым стержнем.

Сначала между двумя верхними щечками наматывается первая секция, переводится провод на участок между средними щечками и наматывается вторая секция, потом между нижними щечками наматывается третья секция. Выводы катушки пропускаются через проколы в щечках. Крепить такую катушку на панели приемника можно с помощью фанерного кольца, приклеенного к панели, или вклейкой нижнего конца каркаса в отверстие в панели. Катушку колебательного контура можно намотать на бумажной гильзе и насадить ее на отрезок ферритового стержня марки 400НН или 600НН диаметром 8 и длиной 25 — 30 мм (рис. 3). Для приема радиостанций средневолнового диапазона она должна содержать 70 — 80 витков провода ПЭВ — 1 0,12 — 0,2 мм, намотанных в один ряд, а для радиостанции длинноволнового диапазона — 225 — 250 витков такого же провода, но намотанных четырьмя — пятью секциями по 45 — 50 витков в каждой секции. Наибольшая индуктивность такой катушки будет тогда, когда она находится на середине ферритового стержня. По мере перемещения к одному из концов стержня индуктивность катушки уменьшается. Таким образом, перемещая катушку по стержню, можно подстраивать контур на необходимую частоту наиболее длинноволнового участка диапазона.

Рис. 4 Каркасы с ферритовыми кольцами и подстроечными стержневыми сердечниками.

Во многих промышленных приемниках используются катушки, намотанные на унифицированных (стандартных) пластмассовых секционированных каркасах с ферритовыми кольцами и стержневыми подстроечными сердечниками (рис. 4, а). Катушка, намотанная на таком каркасе, оказывается между двумя ферритовыми кольцами, увеличивающими ее индуктивность. Стержневой сердечник, скрепленный с резьбовым цилиндриком, можно ввертывать отверткой (отвертка должна быть из немагнитного материала) на разную глубину внутрь каркаса и тем самым подстраивать индуктивность катушки. Аналогичный самодельный каркас, который может быть использован для катушек различного назначения, показан на (рис. 4, б). Для изготовления его нужны два кольца из феррита марки 600НН с внешним диаметром 8 — 9 и внутренним 3 — 3,5 мм и стержневой подстроечный сердечник той же марки диаметром 2,7 и длиной 15 мм. Основой каркаса служит бумажная гильза длиной 12 мм и диаметром, равным внутреннему диаметру колец. Кольца приклеиваються клеем БФ — 2 к гильзе на расстоянии 6 мм. Выступающий снизу конец гильзы будет вставлятся в отверстие монтажной платы (или шасси) и приклеиваться к ней. Подстроечный сердечник удерживается внутри каркаса бумажной или матерчатой прокладкой. Число витков и провод для катушки, намотанной на такой каркас, зависит от ее назначения.

Трансформаторы — трансформация переменного тока

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тока тем, что он хорошо поддается трансформированию, т.е. преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низкого напряжения, или наоборот. Трансформаторы позволяют передавать переменный ток по проводам на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого переменное напряжение, вырабатываемое на электростанциях генераторами, с помощью трансформаторов повышают до напряжения в несколько сотен тысяч вольт и «посылают» по линиям электропередачи (ЛЭП) в различных направлениях. С повышением напряжения уменьшается сила тока в ЛЭП при одной и той же передаваемой мощности, что и приводит к снижению потерь и позволяет применять провода меньшего сечения. В городах и селах на расстоянии сотен и тысяч километров от электростанций это напряжение понижают трансформаторами до более низкого, которым и питают лампочки освещения, электродвигатели и другие электрические приборы. Трансформаторы широко применяют и в радиотехнике. Схематическое устройство простейшего трансформатора показано на (рис. 5). Он состоит из двух катушек из изолированного провода, называемых обмотками, насаженных на магнитопровод, собранный из пластин специальной, так называемой трансформаторной стали. Обмотки трансформатора изображают на схемах так же, как катушки индуктивности, а магнитопровод — линией между ними. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, текущий по одной из обмоток трансформатора, создает вокруг нее и в магнитопроводе переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора, индуцируя в ней переменное напряжение той же частоты. Если к этой обмотке подключить какую — либо нагрузку, например лампу накаливания, то в получившейся замкнутой цепи потечет переменный ток — лампа станет гореть. Обмотку, к которой подводится переменное напряжение, предназначаемое для трансформирования, называют первичной, а обмотку, в которой индуцируется переменное напряжение — вторичной.

Рис. 5 Трансформатор с магнитопроводом из стали: а — усторйство в упрощенном виде; б — схематическое изображение.

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке приблизительно равно напряжению, подведенному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подводимого к первичной обмотке. В первом случае трансформатор будет понижать, во втором повышать переменное напряжение. Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, можно довольно точно подсчитать по отношению чисел витков обмоток трансформатора: во сколько раз она имеет большее (или меньшее) число витков по сравнению с числом витков первичной обмотки, во столько же раз напряжение на ней будет больше (или меньше) по сравнению с напряжением, подводимым к первичной обмотке. Так, например, если одна обмотка трансформатора имеет 1000 витков, а вторая 2000 витков, то, включив первую обмотку в сеть переменного тока с напряжением 220 В, мы получим во второй обмотке напряжение 440 В — это повышающий трансформатор. Если же напряжение 220 В подвести к обмотке, имеющей 2000 витков, то в обмотке, содержащей 1000 витков, мы получим напряжение 220 В — это понижающий трансформатор. Обмотка, имеющая 2000 витков, в первом случае будет вторичной, а во втором случае — первичной. Но, пользуясь трансформатором, вы не должны забывать о том, что мощность тока (P = UI), которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Это значит, что получить от вторичной обмотки одну и ту же мощность можно, повышая напряжение и уменьшая ток, либо потребляя от нее пониженное напряжение при увеличенном токе. Следовательно, повышая напряжение мы проигрываем в значении тока, а выигрывая в значении тока, обязательно проигрываем в напряжении. Для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока часто используют трансформаторы с несколькими вторичными обмотками с различным числом витков (рис. 6).

Рис. 6 Примеры промышленных трансформаторов.

С помощью таких трансформаторов, называемых сетевыми, или трансформаторами питания, получают несколько напряжений, питающих разные цепи. Наибольшая мощность тока, которая может быть трансформирована, зависит от размера магнитопровода трансформатора и диаметра провода, из которого выполнены обмотки. Чём больше объем магнитопровода, тем большая мощность может быть трансформирована. Практически же в трансформаторе всегда бесполезно теряется часть мощности. Поэтому мощность в цепи вторичной обмотки (или сумма мощностей, получаемых от всех вторичных обмоток) всегда несколько меньше мощности, потребляемой первичной обмоткой. Нужно запомнить: трансформаторы постоянный ток не трансформируют. Если, однако, в первичной обмотке трансформатора течет пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение, частота которого равна частоте пульсаций тока в первичной обмотке. Это свойство трансформатора используется для индуктивной связи между разными цепями, разделения пульсирующего тока на его составляющие и ряда других целей, о которых разговор будет впереди. Все трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов (пермаллоя) называют низкочастотными трансформаторами, так как они пригодны только для преобразования переменного напряжения низкочастотного диапазона. На схемах низкочастотные трансформаторы обозначают буквой Т, а их обмотки — римскими цифрами. Принцип действия высокочастотных трансформаторов, предназначаемых дня трансформации колебаний высокой частоты, также основан на электромагнитной индукции. Они могут быть как с сердечниками, так и без сердечников. Их обмотки (катушки) располагают на одном или разных каркасах, но обязательно близко одну к другой (рис. 7). При появлении тока высокой частоты в одной из катушек вокруг нее возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует во второй катушке напряжение такой же частоты. Как и в низкочастотных трансформаторах, напряжение во вторичной катушке зависит от соотношения чисел витков в катушках.

Рис. 7 Высокочастотные трансформаторы без сердечников (слева — катушки трансформатора с общим каркасом; справа — катушки трансформатора на отдельных каркасах; в центре — обозначение на схемах).

Рис. 8 Высокочастотные трансформаторы с магнитодиэлектрическими сердечниками (слева со — стержневым, справа с кольцевым (тороидальным) сердечником).

Для усиления связи между катушками в высокочастотных трансформаторах используют сердечники в виде стержней или колец (рис. 8), представляющие собой спрессованную массу из неметаллических материалов. Их называют магнитодиэлектрическими или высокочастотными сердечниками. Наиболее распространены ферритовые сердечники. Ферритовый сердечник не только усиливает связь между катушками, но и повышает их индуктивность, поэтому они могут иметь меньше витков по сравнению с катушками трансформатора без сердечника. Магнитодиэлектрический сердечник высокочастотного трансформатора не зависимо от его конструкции и формы обозначают на схемах так же, как магнитопровод низкочастотного трансформатора, — прямой линией между катушками, а обмотки, как и катушки индуктивности, — латинскими буквами (L).

Практическая работа

Как я говорил в предисловии к уроку, займемся конструированием универсального радиолюбительского блока питания.

В первую очередь определимся со схемой. Естественно за ней далеко ходить не нужно, она находится в разделе Источники питания этого сайта, которая так и называется «Простой регулируемый блок питания». Там же и его подробное описание с возможной заменой применяемых радиоэлементов. Затруднений при его изготовлении у вас не должно возникнуть, т. к. все то, из чего состоит схема представленного БП нам по предыдущим урокам хорошо знакомо и изучено, я надеюсь. Принципы работы отдельных его узлов мы тоже рассматривали. Единственное что здесь может вызвать затруднение в понимании, это усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Пока принимайте это как должное, подобные схемы и примеры в дальнейшем мы будем рассматривать и тогда к вам придет миг озарения. Здесь главное при монтаже не допустить ошибок. По поводу монтажа: — вообще всю эту конструкцию можно смонтировать не на печатной плате как предлагается, (хотя это идеальный вариант) а на кусочке плотного картона (пресшпанте), при условии, что вы будете эксплуатировать его в домашних условиях, т. е. в условиях с нормальной влажностью. Делается это просто. Размещаются все радиоэлементы на картонке определенного размера (который зависит от габаритов применяемых радиодеталей и будущего корпуса), кроме трансформатора и выходного транзистора VT3, т. к. трансформатор крепится отдельно к шасси корпуса, а транзистор на радиаторе (дюралевая пластина). Радиатор транзистора VT3 должен быть изолирован от корпуса, если он металлический. Далее в местах выводов радиоэлементов с помощью тонкого шила прокалываются отверстия в которые вставляются выводы радиоэлементов. После того как вставили деталь в отверстие выводы нужно разогнуть в стороны, чтобы деталь не выпадала из отверстий при дальнейших манипуляциях с т. н. платой. После этого остается с помощью проводников с обратной стороны нашей картонки (со стороны загнутых выводов) распаять все радиодетали в соответствии со схемой. Отдельно остановлюсь на трансформаторе и микроамперметре: в этом блоке питания можно применить любой трансформатор мощностью от 20 до 60 Вт., с переменным напряжением на вторичной обмотке от 12 до 14 В. Например; очень хорошо для данной конструкции подходит ТВК 110 — трансформатор кадровой развертки от старых, ламповых черно — белых телевизоров. Для ориентира см. (рис. 9, 10).

Рис. 9 Вид сверху.

Рис. 10 Вид сбоку.

Микроамперметр; который применяется здесь в качестве вольтметра, можно выдрать из любого старого бобинного магнитофона или ему подобных, который там применяется в качестве индикатора уровня сигнала, с любым током отклонения, потому как с помощью добавочного резистора R6 (подбирается экспериментально, в зависимости от используемого микроамперметра) мы сможем отрегулировать границы показания максимального предела измеряемого напряжения. И еще, у вас конечно возникнут затруднения с проверкой и контролем выходного напряжения, потому как мы еще не изучали основные приемы работы с такими измерительными приборами как вольтметр, амперметр и омметр. Можно пойти и более простым путем, отказавшись от микроамперметра и просто зделать контрольные надписи напротив метки регулятора напряжения.Приступайте и помните что на первичной обмотке трансформатора будет находиться переменное напряжение в 220 В, КОТОРОЕ ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!

 

Переходим к следующему уроку !

Электрическая Схема Катушки — tokzamer.ru

Для борьбы с этим используются снабберные цепи, чаще всего из резистора и конденсатора , установленного параллельно ключу.


Катушки применяются в электромагнитах контакторах , пускателях и реле, расцепителей автоматических выключателей, электрических тормозов, в электроизмерительных приборах, в пуско-регулирующих аппаратах люминесцентных ламп в качестве дросселей, в блоках питания аппаратуры автоматики и радиоэлектроники также в виде дросселей. Величина наведенной таким способом ЭДС пропорциональна индукции запасенного магнитного поля и скорости его исчезновения, а также числу витков в обмотках.

При этом с сердечником индуктивность будет в разы больше, чем если его нет.
Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Правильно будет присоединить к резистору проволоку на короткий срок. Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество.

Катушки индуктивности намотаны проводом ПЭЛ-0,5 — 1,5 мм. Так магнитопровод у такого дросселя общий, а катушки индуктивности электрически не связаны, то на схемах такой дроссель обозначают так.

Иногда с целью упростить задачу применяется специальная программа расчета и измерения нужных параметров. Кроме того, в контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания с катушками типа Б, Б, у которых обмотки имеют трансформаторную связь, предотвращается выход из строя силового транзистора коммутатора.

Электромагнит диаметром примерно 1,5 метра просто цепляется крюком подъемного крана, запитывается, как правило, трехфазным переменным напряжением, и можно оперативно вести погрузку ферромагнитных материалов или каких-нибудь железных изделий. Это бывает важно, так как это влият на направление магнитного потока.

Перегрев катушки ведет к увеличению активного сопротивпения провода, уменьшению тока и силы, притягивающей сердечник электромагнита, что может вызвать ложное срабатывание реле, увеличение воздушного зазора между якорем сердечником и еще больший перегрев катушки и сгорание изоляции ее обмотки.

Правильное подключение катушки зажигания и не только.

Трансформатор Тесла: принцип действия

Не было бы трансформаторов катушек индуктивности в роли первичной и вторичной обмоток — не было бы ни передачи, ни распределения электроэнергии. Для соединения используется последовательное подключение. Тем не менее, вот вам снова применение катушки индуктивности, главного ее свойства. На втором этапе колебания высокой частоты генерируются в первичном контуре.

Для постоянного тока катушка не является сопротивлением, разве что сопротивление ее провода выступает активным сопротивлением, а вот для тока переменного, да высокочастотного коим являются например коммутационные помехи — катушка станет препятствием.

Эти варианты очень удобны тем, что в них в качестве реактивных элементов применяются конденсаторы, электропотери которых очень малы и могут не учитываться в расчетах. То есть можно получить нужную индуктивность не увеличением числа витков, что ведёт к увеличению сопротивления, а использовать катушку с меньшим числом витков, но использовать ферритовый сердечник.

Давайте рассмотрим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу применения.

Для чего нужны и какие бывают В зависимости от того, где применяется катушка индуктивности и её функциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. В данном случае катушка индуктивности работает одновременно и как трансформатор, и как колебательный контур, и как приемная антенна с открытой емкостью.

Регулируя ток в обмотках, схема изменяет параметры суммарного магнитного поля всех катушек системы, в результате лучу создается определенный путь для попадания в точно рассчитанное место на экране. Их сердечник изготавливают обычно из феррита.

Фото — принцип работы Помимо этого, индуктивные каркасные и бескаркасные катушки обладают свойством самоиндукции, его расчет производится исходя из данных номинальной сети. И так далее.
Подключение автомобильный катушки зажигания

Читайте также: По каким документам делают энергетический паспорт здания

Конструкция катушки Тесла

Иногда сердечник изготавливают в виде пакета из отрезков отожженной стальной проволоки. Поэтому при провождении замены или выполнении ремонта нужно соблюдать правила техники безопасности.

При образовании искры цепь разрывается коммутатором.

Для защиты от действия влажности применяется герметизация или пропитка и обволакивание обмотки негигроскопичными составами. Разновидностей катушек индуктивности существуют десятки. Роторы и статоры двигателей и генераторов В двигателях и генераторах статор и ротор — это модифицированные катушки индуктивности.

Собственная емкость. Способ намотки и конструкция влияют на конечные размеры изделия.

Часто для увеличения индуктивности внутрь каркаса вводят сердечник из ферромагнетика, а для уменьшения индуктивности сердечник должен быть латунным. ТКИ катушки определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса.

Конструкция

Приблизительно по такому принципу работают некоторые электрические замки, электромагнитные клапана и, как пример, втягивающее реле автомобильного стартера, перемещающее бендикс, и удерживающее его некоторое время в рабочем положении, пока двигатель не будет пущен. При высокой температуре возможны обрывы провода при разном температурном расширении провода и каркаса катушки. Основные характеристики этих катушек: малое сопротивление постоянному току и высокое переменному. Катушка с подстроечным сердечником вживую выглядит так.

Маркировка катушек индуктивности определяется по количеству витков и цвету корпуса. Для такой системы не нужны высоковольтные провода, которые являются источником радиопомех.

Их часто используют в виде фильтра для различных радиотехнических приборов, устанавливают для контроля помех в антенны и т. К примеру, простейший колебательный контур состоит из катушки и конденсатора, он рассчитывается по следующей формуле: Формула — формула колебательного контура Где L — это сам элемент, накапливающая магнитную энергию. В отличие от подстроечных катушек, регулируемые катушки индуктивности допускают многократную регулировку положения сердечника, а, следовательно, и индуктивности. Обмотки катушки пропитаны компаундом и опрессованы полипропиленом, из пропилена выполнены также корпус, гнезда высоковольтных и низковольтных выводов.
Как сделать катушку зажигания

Обозначение, параметры и разновидности катушек индуктивности

В свече цилиндра происходит образование искры. Примечательной особенностью катушки индуктивности для электрических схем является то, что её можно намотать как в несколько слоев, так и нированно, т.

Способ намотки и конструкция влияют на конечные размеры изделия. Для работы в цепи переменного тока низкой частоты, на звуковых частотах, во входных фильтрах блоков питания, в цепях питания осветительного электрооборудования применяются катушки с достаточно большой индуктивностью.

При замене катушки зажигания на ее место подбирают катушку со схожими рабочими параметрами, которые не должны отличаться более чем на

Я думаю, что пользоваться ее вы умеете. Сейчас это редкость.

Смотрите также: Объем и нормы испытания электроооборудования

Принцип действия

Влажность вызывает увеличение собственной емкости и диэлектрических потерь, а также понижает стабильность катушки. Индуктивность соленоида определяет формула: Формула — индуктивность катушки-соленоида Помимо этого, уровень индуктивности имеет определенную зависимость от температуры на плате. На него наматывается изолированный проводник, который может быть как одножильным, так и многожильным.

Импульс тока подается на обмотку дросселя, дроссель запасает энергию в магнитном поле. Первое кольце иногда делают шире остальных.

Величина этих зазоров может достигать Также прибор зависит от ТИК — температурного коэффициента.

При низкой частоте вращения, когда сила первичного тока к моменту его прерывания успевает достигнуть максимального значения, сопротивление вариатора также максимально. Кроме того, исключается холостая искра. Катушки, работающие на высоких частотах, можно разделить на катушки контуров, катушки связи и дроссели высокой частоты. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергии она запасает в своем магнитном поле. При сборке обмотки заливаются эпоксидным компаундом 8.
ЗАЧЕМ НУЖНА КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ [РадиолюбительTV 63]

Основы электроники. Индуктивность и трансформатор.

На нашем сайте вышел обновленный курс по электронике! Мы рады предложить Вам новые статьи по этой теме:

Продолжаем изучать электронику! Напоминаю, что начать мы решили с самого легкого, но в то же время самого важного, а именно с азов электроники, с основных элементов, которые можно встретить в любой принципиальной схеме. И вот сегодня пришло время поговорить про индуктивности.

Для того, чтобы не было недопонимания, сразу поясню, что термин индуктивность может означать как физическую величину, так и элемент схемы – катушку индуктивности. В принципе, точно так же конденсаторы называют емкостями, а резисторы сопротивлениями 🙂

Итак, единицей измерения индуктивности является Генри, но на практике чаще встречаются катушки с емкостями в мГн или мкГн. Для понимания работы индуктивности как элемента, давайте сравним ее с конденсатором. Поехали!

В конденсаторе – если пропустить через него ток, то это вызовет нарастание напряжения на нем. В катушке – если приложить к ней напряжение, то произойдет увеличение тока через индуктивность. Если в двух словах, то индуктивность, по сути – противоположность конденсатора (это сравнение условно, только для пояснения принципов работы). В конденсаторе скорость изменения напряжения зависит от протекающего тока. А в катушке? Правильно, наоборот! Скорость изменения тока зависит от приложенного напряжения.

Практическое применение индуктивностей настолько обширно, что не будем сейчас это обсуждать отдельно 🙂 Кстати, совсем забыл! Вот обозначение катушек индуктивности на схемах:

И, по традиции, давайте приведем формулы для расчета общей индуктивности при последовательном и параллельном соединении. Там все просто, так же как и при соединении резисторов.

• Последовательное соединение: L_{общ} = L_1 + L_2 + L_3.
• Параллельное соединение: \frac{1}{L_{общ}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \frac{1}{L_3}.

Вот так вот все просто! Идем дальше…

Итак, катушки индуктивности – это очень нужные и полезные элементы! А что может быть круче индуктивности? Конечно две индуктивности! Почему? А все просто, две связанные катушки индуктивности представляют собой полезнейшее устройство – трансформатор!

Катушки, входящие в трансформатор, называют первичной и вторичной обмотками трансформатора. Принцип работы трансформатора заключается в следующем.

Мы подаем на первичную обмотку трансформатора входное напряжение, а со вторичной снимаем уже другое напряжение, причем коэффициент трансформации (изменения) пропорционален отношению числа витков катушек. Очень важным свойством трансформаторов является то, что мощность на его выходе практически равна мощности на входе. Что это нам дает? А то, что, если у нас есть, например, понижающий трансформатор, то на выходе мы получим рост тока при уменьшении напряжения. Мощность при этом естественно не изменится.

Давайте теперь прикинем, где бы мы могли использовать трансформаторы и для чего.

• Во-первых, катушки в трансформаторе электрически изолированы друг от друга, а, значит, трансформатор может помочь нам защитить нашу схему от непосредственного контакта с силовой сетью.
• А, во-вторых, при помощи этого замечательного устройства мы можем преобразовать переменное напряжение сети к другому значению, как к большему, так и к меньшему. К слову, чаще всего напряжение сети понижается при помощи трансформатора. Это, пожалуй, основное применение этих устройств.

Вот так вот кратко обсудили мы индуктивности и трансформаторы, в принципе, для понимания сути работы этих элементов этого вполне достаточно, а нам как раз это и нужно. А практическое применение всех элементов, разработку схем с нуля, а также разводку плат, все это мы рассмотрим в будущем, и вот тогда нам очень пригодится то, что мы изучили сегодня. Опять повторюсь, что очень важно понять, именно понять, а не запомнить основополагающие принципы работы основных элементов 🙂 В общем, до скорой встречи в будущих статьях!

P. S. Предыдущие статьи серии тут и вот тут.

повышающие трансформаторы MC объяснены

Повышающие трансформаторы для картриджей с подвижной катушкой — это наиболее загадочная и неправильно понимаемая вещь в мире Hi-Fi, и это частично объясняет, почему они так редко используются. Это очень досадно, потому что использование хорошего трансформатора дает наилучшие характеристики картриджа с подвижной катушкой. Эта статья предназначена для демистификации предмета и позволяет читателю с уверенностью выбрать подходящий трансформатор.Заранее приносим свои извинения, если некоторые математические расчеты немного сбивают с толку и вызывают больше путаницы, а не меньше. Несмотря на кажущуюся сложность, выводы довольно просты, и вы можете просто перейти к нижней части страницы для получения рекомендаций. Для получения информации о трансформаторах, специально предназначенных для картриджей Denon, щелкните здесь. Принцип действия картриджа Картриджи с подвижными магнитами, как следует из их названия, содержат магниты, которые перемещаются кантилевером иглы, и движение индуцирует напряжение сигнала в неподвижных катушках в непосредственной близости от магнитов.В картриджах с подвижной катушкой роли поменялись местами, поэтому теперь магниты зафиксированы, а катушки перемещаются. Большим преимуществом движущихся катушек является то, что катушки намного легче магнитов, поэтому они гораздо более чувствительны к движению иглы. Большим недостатком является то, что выходное напряжение картриджей с подвижной катушкой примерно на 20 дБ ниже, чем у подвижных магнитов, поэтому требуется дополнительное усиление на 20 дБ. Дополнительное усиление может быть обеспечено с помощью фонокорректора, внешнего устройства, называемого налобным усилителем, или трансформатора.Наиболее распространенное решение — увеличить коэффициент усиления фонового каскада, но повышающие трансформаторы по-прежнему являются лучшим решением там, где стоимость не имеет значения. зачем вообще использовать трансформатор? Раньше было невозможно добиться хорошего отношения сигнал / шум с помощью картриджа с подвижной катушкой без повышающего трансформатора. Дополнительные 20 или 30 децибел усиления не было проблемой, но сделать это с низким уровнем шума с использованием вентилей, транзисторов или операционных усилителей было проблемой.Современные транзисторы и операционные усилители теперь могут предложить гораздо лучшее соотношение сигнал / шум, но клапанам по-прежнему обычно требуются трансформаторы для успешной работы с картриджами с подвижной катушкой с малой выходной мощностью. Альтернативой повышающему трансформатору является налобный усилитель (или предусилитель). Это транзисторный усилитель или усилитель на операционном усилителе, который увеличивает выходную мощность картриджей с подвижной катушкой до уровня подвижного магнита. Rothwell предлагает Headspace как высококачественный малошумный налобный фонарь. Помимо шума, качество звука трансформаторов — это то, чем клянутся их защитники.Искажения, создаваемые аудиотрансформаторами, имеют совершенно другую природу, чем искажения, создаваемые транзисторным усилителем. Гармонические искажения в трансформаторах максимальны на самых низких частотах и ​​быстро падают при повышении частоты, тогда как в транзисторных усилителях искажения чаще возрастают при повышении частоты. Что еще более важно, интермодуляционные искажения в трансформаторах обычно ниже, чем в транзисторных усилителях. В результате, хотя трансформаторы не являются абсолютно свободными от искажений (нет ничего), искажения очень мягкие по сравнению с искажениями, создаваемыми многими транзисторными усилителями.Это объясняет, почему звук, производимый при использовании картриджа с подвижной катушкой с хорошим трансформатором, настолько возвышен и может создать открытую и просторную звуковую сцену с удивительным разделением инструментов. Дело против трансформаторов — это просто дело стоимости. Транзисторы могут стоить всего несколько копеек (или меньше при покупке в достаточном количестве), тогда как трансформаторы всегда стоят намного больше, в несколько тысяч раз, из-за дорогих материалов, используемых в сердечнике, и стоимости медные обмотки с точки зрения как материала, так и труда. загрузка картриджа Прежде чем рассматривать вопрос о том, как согласовать картридж с подвижной катушкой с трансформатором, стоит рассмотреть влияние различных нагрузок на картриджи с подвижной катушкой. Когда любой источник сигнала подключен к любому сопротивлению нагрузки, делитель потенциала формируется выходным сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки. (Выходной импеданс также известен как импеданс источника или внутренний импеданс. Импеданс нагрузки также известен как входной импеданс.) Источником сигнала может быть фонокорректор, микрофон, проигрыватель компакт-дисков, микшер и т. Д., Это не имеет значения. Нагрузкой может быть фонокорректор, смеситель, трансформатор или просто резистор — опять же, это не имеет значения. Делитель потенциала, образованный импедансом источника и нагрузки, действует как аттенюатор или предварительно установленный регулятор громкости. Если импеданс нагрузки намного больше, чем импеданс источника, затухание будет низким, а эффективный предварительно установленный регулятор громкости близок к максимальному. Обычное правило для звукового оборудования в целом — подавать сигнал на нагрузку, по крайней мере, в десять раз превышающую импеданс источника, чтобы избежать каких-либо значительных потерь сигнала, и это относится как к картриджам с подвижной катушкой, так и ко всему остальному.Если импеданс нагрузки в 10 раз больше, чем импеданс источника, сигнал, потерянный «предварительно установленным регулятором громкости», будет меньше 1 дБ, то есть почти весь сигнал, генерируемый источником, доступен следующему усилителю. Любая потеря сигнала на интерфейсе источник / нагрузка обычно считается плохой, так как это ухудшает отношение сигнал / шум. Больше сигнала теряется, т. Е. Предварительно установленный регулятор громкости становится более низким, если импеданс нагрузки не на значительно превышает импеданс источника.Когда импедансы источника и нагрузки равны, потеря сигнала составляет 6 дБ. Когда полное сопротивление источника в 9 раз превышает сопротивление нагрузки, потеря сигнала составляет 20 дБ. Большинство современных картриджей с подвижной катушкой имеют импеданс источника около 10 Ом, и правило «импеданс нагрузки в десять раз превышает импеданс источника» предполагает, что 100 Ом является хорошим выбором для импеданса нагрузки и вызывает потерю сигнала менее 1 дБ. Это хорошо согласуется с рекомендациями многих производителей картриджей (см. Таблицу данных ниже).Все, что выше 100 Ом, должно быть одинаково подходящим. Меняется ли тональный баланс картриджа с импедансом нагрузки? Конечно, это так, если картридж представляет собой тип движущегося магнита, но картриджи с подвижной катушкой малой мощности намного менее чувствительны к изменениям импеданса нагрузки. Пользователи иногда заявляют, что более высокие импедансы нагрузки производят более яркий звук, чем более низкие, но производители картриджей, как правило, не указывают рекомендуемые импедансы нагрузки, часто рекомендуя широкий диапазон или просто что-либо выше минимального импеданса. Рекомендация Rothwell Audio Products соответствует Ortofon, Audio Technica и большинству других производителей картриджей — что 100 Ом является хорошим значением для большинства картриджей, и что точное значение не критично, если оно намного выше источника картриджа. импеданс. Одно можно сказать наверняка, и это то, что импеданс нагрузки , а не должен быть равен импедансу источника картриджа. Это приведет к потере сигнала на 6 дБ (когда для начала часто всего несколько сотен микровольт) и серьезно ухудшит соотношение сигнал / шум.Идея о том, что импеданс нагрузки, равный импедансу источника, обеспечивает идеальное «согласование», ошибочен и является наиболее распространенным мифом о картриджах с подвижной катушкой. Это также вызывает большую путаницу, связанную с повышающими трансформаторами и тем, как выбрать правильный для любого данного картриджа. Причины мифа о «согласованном импедансе» рассматриваются ниже. отношение витков трансформатора и коэффициент импеданса Коэффициент витков трансформатора — это отношение количества витков провода на первичной обмотке к числу витков провода на вторичной обмотке, а напряжение на первичной обмотке равно увеличивается (или уменьшается) в той же пропорции, что и передаточное число, и отображается на вторичной обмотке.Например, трансформатор с соотношением витков 1:10 повысит напряжение на первичной обмотке в десять раз. Однако, поскольку трансформаторы являются полностью пассивными устройствами, не имеющими источника питания для получения энергии, трансформатор не может производить дополнительную мощность, и повышение напряжения будет сопровождаться соответствующим уменьшением тока. Это то, что дает начало концепции отношения импедансов. Отношение импеданса является квадратом отношения витков и заставляет импеданс вторичной обмотки трансформатора восприниматься источником, питающим первичную обмотку, как импеданс, преобразованный в квадрат отношения витков.Сам трансформатор не имеет импеданса, скорее, импеданс с одной стороны будет выглядеть как другой импеданс с другой стороны (он работает в обоих направлениях). В случае, например, повышающего трансформатора 1:10, полное сопротивление вторичной обмотки 20 кОм будет равно сопротивлению первичной обмотки 200 Ом (20 000, разделенные на 10 в квадрате, равны 200). Повышающий трансформатор 1: 2 с нагрузкой 100 кОм на вторичной обмотке будет иметь входное сопротивление для источника, управляющего первичной обмоткой, равным 25 кОм (100 кОм, разделенные на 2 в квадрате, равны 25 кОм). Таким образом, казалось бы логичным, что картридж с выходным напряжением, например, 0,5 мВ, при использовании с повышающим трансформатором с соотношением витков 1:10 будет выдавать 5 мВ на выходе трансформатора. Да, было бы, если бы импеданс источника картриджа (также известный как его внутренний импеданс или импеданс катушки) был равен нулю. На практике, с картриджами с низким сопротивлением около 10 Ом или меньше и трансформаторами с низким коэффициентом передачи (менее примерно 1:20) выходное напряжение трансформатора составляет , что очень близко к выходному напряжению картриджа, умноженному на отношение витков, и может безопасно использоваться. как хорошее приближение первого порядка для руководства.Однако импеданс источника картриджа может быть низким, но никогда не равен нулю, и для более точного анализа необходимо учитывать преобразованную вторичную нагрузку. Рассмотрим в качестве примера трансформатор с соотношением 1:10 и картридж с катушкой 10 Ом. Если нагрузка на вторичной обмотке трансформатора представляет собой фонокорректор MM с импедансом 47 кОм, эта нагрузка представляется картриджу как 470 Ом (47 000, разделенные на 10 в квадрате), и должна управляться катушкой на 10 Ом. Нагрузка 470 Ом и источник 10 Ом образуют делитель потенциала («предварительно установленный регулятор громкости», описанный в предыдущем разделе), при этом часть напряжения картриджа падает на его собственное внутреннее сопротивление 10 Ом.Пропорция внутреннего снижения составляет 10 / (470 + 10) = 0,0208, что совсем немного — всего 0,2 дБ. Отклонение от первого приближения невелико и, вероятно, не стоит беспокоиться, но оно есть. Эффект потенциального делителя становится значительным, когда используются более высокие отношения витков с более высоким импедансом источника. Рассмотрим картридж с катушкой на 40 Ом и трансформатор с соотношением 1:30. Нагрузка 47 кОм на вторичной стороне теперь выглядит как 52 Ом с первичной стороны. При питании от источника 40 Ом делитель напряжения формируется на 52 Ом и 40 Ом.Следовательно, доля сигнала, падающего на катушку картриджа, составляет 40 / (40 + 52) = 0,43, что очень важно — почти половина напряжения, создаваемого картриджем, теряется внутри. В то время как в предыдущем примере было потеряно только 0,2 дБ, здесь потеря сигнала составляет 5 дБ, и вместо достижения напряжения сигнала на выходе трансформатора, в 30 раз превышающего выходное значение картриджа, выходное напряжение составляет всего 0,43×30 раз от выходного сигнала картриджа, т. Е. повышение напряжения всего в 13 раз, а не , а не 30 раз.Очевидно, что увеличение коэффициента трансформации трансформатора в X раз не увеличивает выходное напряжение в такой же раз. По мере увеличения отношения витков увеличение выходного напряжения становится все меньше и меньше, поскольку нагрузка на картридж становится все более и более значительной, пока не будет достигнута точка, в которой дальнейшее увеличение отношения витков фактически вызывает падение выходного напряжения. Точка, в которой достигается максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, возникает, когда преобразованная нагрузка равна импедансу источника.В случае вторичной нагрузки 47 кОм (обычное сопротивление нагрузки фонового каскада MM) и картриджа MC с сопротивлением 40 Ом, соотношение витков должно быть 1: 34,28, чтобы получить абсолютное максимальное выходное напряжение. Это связано с тем, что 40×34,28×34,28 = 47000 Именно поэтому возникает ошибочное представление о том, что трансформатор должен «соответствовать» импедансу картриджа. Да, это может быть правдой, что согласование импедансов дает максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, но в системе Hi-Fi мы , а не , ищем абсолютное максимальное напряжение от трансформатора, мы ищем напряжение подходит для подачи на следующие фонокорректоры MM и , которые мы ищем для максимальной точности воспроизведения.Это редко (если вообще когда-либо) достигается согласованием импедансов. Напряжение сигнала, подходящее для миллиметрового фонокорректора, составляет около 5 мВ. Более высокое напряжение на фоновом каскаде уменьшит запас по уровню и увеличит искажения. Более низкое напряжение ухудшит отношение сигнал / шум. Целью повышающего трансформатора должно быть достижение 5 мВ на фоновом каскаде (с максимальной точностью). Большая ошибка, которую чаще всего совершают при выборе трансформатора для картриджа с подвижной катушкой, заключается в том, что упускают из виду напряжение, необходимое на входе фонового каскада, и вместо этого пытаются согласовать импедансы, так что, например, картридж с сопротивлением источника 5 Ом видит Нагрузка 5 Ом на входе трансформатора.При таком подходе импеданс картриджа является наиболее важным фактором, тогда как на самом деле им должно быть выходное напряжение картриджа. Чтобы продемонстрировать, насколько ошибочным может быть подход «согласованного импеданса», возьмем в качестве примера картридж Ortofon Vivo Red с импедансом источника 5 Ом. Чтобы «согласовать импеданс», 47000 Ом на вторичной стороне трансформатора должны выглядеть как 5 Ом на первичной стороне. Это означает, что коэффициент импеданса должен быть 9400 (потому что 47000, разделенные на 5, равны 9400) и следовательно, коэффициент витков должен быть квадратным корнем из 9400, что составляет 97.Поэтому мы должны найти повышающий трансформатор с соотношением витков 1:97. Однако выходное напряжение Vivo Red составляет 0,5 мВ, а напряжение, подаваемое на фонокорректор от трансформатора 1:97, составляет 24 мВ. Этого было бы достаточно, чтобы перегрузить большинство фоностанов и было бы далеко от оптимального. Гораздо лучший подход к поиску подходящего коэффициента трансформации — это работа с выходным напряжением картриджа. Vivo Red имеет выходную мощность 0,5 мВ, а фонокорректору требуется около 5 мВ для наилучшей работы, поэтому соотношение 1:10 будет намного лучше.Приближение первого порядка предполагает, что соотношение 1:10 даст нам 5 мВ. Верно ли это, если мы также рассмотрим импеданс источника картриджа 5 Ом и импеданс нагрузки, представленный трансформатором? Да. Трансформатор 1:10 с нагрузкой 47 кОм на вторичной обмотке передает на патрон нагрузку 470 Ом. Делитель напряжения, образованный импедансом источника 5 Ом и отраженной нагрузкой 470 Ом, означает, что на внутреннем импедансе картриджа падает только 5 / (470 + 5), а фактическое напряжение на выходе трансформатора равно 4.95 мВ, т.е. очень близко к оценке приближенным методом. Нагрузка 470 Ом, которую видит картридж, полностью совместима с рекомендованной Ortofon нагрузкой> 10 Ом. Метод «согласования импеданса» с использованием трансформатора с соотношением 1:97 даст картриджу сопротивление нагрузки 5 Ом, что выходит за рамки рекомендаций производителя. Кроме того, по причинам, описанным ниже, трансформатор 1:97 будет иметь значительно более низкие характеристики по сравнению с трансформатором 1:10. Теперь рассмотрим другой картридж, Dynavector Karat17D3 с катушкой на 38 Ом.Используя подход согласования импеданса, чтобы найти лучший коэффициент трансформации, мы получаем соотношение 1:35, и выход картриджа 0,3 мВ становится 5,25 мВ на выходе трансформатора. На этот раз подход «согласования импеданса», похоже, сработал хорошо, но действительно ли это лучшее соотношение витков? Может быть, нет, потому что рекомендуемая нагрузка Dynavector составляет 100 Ом, а трансформатор 1:35 даст картриджу нагрузку 38 Ом. В этом случае было бы лучше использовать более низкое передаточное число. Например, трансформатор 1:20 даст картриджу нагрузку 117.5 Ом и имеют выходное напряжение 4,5 мВ. Кроме того, трансформатор 1:20, вероятно, будет иметь лучшие характеристики, чем трансформатор 1:35, как объясняется ниже. настоящие трансформаторы Приведенные выше расчеты предполагают идеальные трансформаторы. Это означает, что трансформаторы намотаны проводом с нулевым сопротивлением, с нулевой емкостью между обмотками, с нулевой индуктивностью рассеяния, с бесконечной первичной индуктивностью и т. Д. И т. Д., Что дает широкую полосу пропускания, охватывающую не менее 20 Гц — 20 кГц. Однако в реальном мире мы должны жить в рамках ограничений, которые природа накладывает на нас, и работать с материалами, у которых действительно есть сопротивление, емкость и т. Д.У всех трансформаторов есть ограничения, и у трансформаторов с более высоким коэффициентом увеличения обычно больше ограничений, чем у трансформаторов с более низким коэффициентом увеличения. Это связано с тем, что более высокое соотношение требует большего количества витков провода на вторичной обмотке, а большее количество витков означает большее сопротивление и большую емкость между обмотками. Эти факторы в сочетании с любой индуктивностью рассеяния приводят к ухудшению высокочастотной характеристики трансформатора. Обычно это проявляется в виде звонка на осциллограмме (см. Ниже) и более раннего спада высоких частот. В качестве альтернативы, чтобы сохранить высокочастотную характеристику, более высокое отношение витков может быть достигнуто за счет меньшего количества витков провода на первичной обмотке, но это снижает индуктивность первичной обмотки и ухудшает низкочастотную характеристику трансформатора. Как правило, когда все остальные факторы равны, более низкий коэффициент увеличения дает лучшую производительность, чем более высокий коэффициент увеличения. Довольно часто более низкий коэффициент увеличения, дающий только на 1 или 2 дБ меньше выходного сигнала, может дать гораздо более широкую полосу пропускания. Для получения наилучших характеристик по возможности выбирайте меньшее передаточное число. нагрузка трансформатора Идея о том, что оптимальная производительность достигается за счет согласования импеданса нагрузки с импедансом картриджа (показанное выше, несколько случайное), также порождает другое заблуждение — нагрузку трансформатора. Ошибочная теория, которую иногда пропагандируют на веб-сайтах и ​​форумах, гласит, что нагрузочный резистор на вторичной обмотке трансформатора можно использовать для «правильной загрузки картриджа» или «согласования трансформатора с картриджем».Это действительно очень сомнительная теория, поэтому давайте проанализируем, что происходит на самом деле. В качестве примера рассмотрим рассмотренный выше картридж Ortofon Vivo Red (полное сопротивление источника 5 Ом, выходное напряжение 0,5 мВ). Как уже было определено, трансформатор 1:10 даст нам напряжение, необходимое для фонового каскада MM, но сторонники «правильной загрузки» могут быть уверены, что картридж лучше всего работает с конкретной нагрузкой, несмотря на то, что рекомендованная производителем нагрузка составляет что-нибудь более 10 Ом. Итак, что такое «правильная нагрузка»? Часто утверждается, что он совпадает с импедансом источника картриджа, поэтому достигается «согласование».Как показано выше, соотношение витков 1:97 будет представлять нагрузку на картридж 5 Ом, но что, если такой трансформатор не может быть найден? Что делать, если ближайший доступный трансформатор 1:36? Можно ли сделать так, чтобы «картридж правильно соответствовал»? Трансформатор с нормальной нагрузкой 47 кОм даст картриджу нагрузку в 36 Ом (и даст выходное напряжение 15,8 мВ). Чтобы этот трансформатор соответствовал картриджу с импедансом нагрузки на первичной обмотке 5 Ом, можно было бы использовать нагрузку на вторичной обмотке 6480 Ом вместо 47 кОм, обычно встречающихся на фоновом каскаде MM.Это не только обеспечит импеданс нагрузки для картриджа 5 Ом, но и снизит выходное напряжение до 9 мВ. Сделал ли дополнительный нагрузочный резистор систему оптимальной? Нет, это не так. Картридж теперь имеет половину минимального импеданса, рекомендованного производителем, а напряжение сигнала на фоновом каскаде MM по-прежнему достаточно, чтобы значительно уменьшить его запас. Ясно, что это не оптимально, но намного лучше, чем было с трансформатором 1:36 и без дополнительного нагрузочного резистора.Любой, кто применяет эмпирический подход к оптимизации своей системы и экспериментирует с нагрузочными резисторами, основываясь на идее «согласования импеданса», как пропагандируется на некоторых веб-сайтах, может прийти к выводу (по понятным причинам), что их система теперь звучит лучше, потому что «картридж загружен правильно». На самом деле это звучит лучше, потому что фонокорректор перегружается меньше, чем был раньше. Было бы еще лучше, если бы использовался трансформатор 1:10, вместо того, чтобы пытаться заставить трансформатор со слишком высоким коэффициентом передачи «соответствовать» чему-либо, подправляя его резисторами. Мифы о «правильной нагрузке» или «согласовании нагрузки» подпитываются случайным побочным продуктом нагрузки трансформатора дополнительным резистором — затухающим звоном, более подробно анализируемым ниже.

Азия .ru

Каталог Запросы: 1226239 Компании: sql Бытовая электроника и электротехника (144240) Аудио и видео оборудование, Домашняя техника, Кухонная техника, Источники питания, … Электронные компоненты и детали (31323) Электроустановочные компоненты и материалы, Электронные компоненты, Электронные компоненты оборудование, … Компьютеры, программное обеспечение и периферия (50962) Устройства хранения данных, Периферийные устройства, Компьютерные аксессуары, Силовые устройства, … Средства связи / сети / телефонии (47447) Телефония, Оборудование для проводных сетей, Оборудование для беспроводных сетей, Спутниковое / навигационное оборудование, … Промышленное оборудование (148134) Другие промышленные материалы, Другое промышленное оборудование, Запасные части для промышленного оборудования, Металлообрабатывающее оборудование, … Оргтехника (56945) Стационарный, Оборудование системы безопасности, Расходные материалы, Офисная мебель, … Детские товары (55498) Игрушки, Детская одежда, Детские аксессуары, Детские коляски, … Транспортные средства, запасные части и аксессуары (85614) Запчасти и аксессуары для автомобилей, Мото техники, Двигатели и двигатели, Автомобиль, … Спорт и отдых (82486) Летние виды спорта, Досуг и развлечения, Туристическая амуниция, Фитнес, … Одежда, обувь, материалы и аксессуары (380100) Материалы для пошива и обуви, Повседневная одежда, Другая одежда, Обувь и аксессуары, … Хозтовары (167378) Аксессуары для кухни, Мебель и аксессуары для мебели, Дизайн и интерьер, Товары для дома, … Химические материалы и продукты (26431) Химические агенты, Пластиковые материалы, Прочие химические продукты, Химические реагенты, … Медицина и фармацевтика (34261) Фармацевтические препараты, Медицинское оборудование, Медицинские изделия и материалы, Медицинские инструменты и аксессуары, … Драгоценности, бижутерия и подарки (68874) Подарки и подарки, Ювелирные украшения, Бижутерия, … Галантерея (30167) Женские сумки, Прочие галантерейные товары, Сумки, Рюкзаки, … Товары для личного пользования (30243) Косметические средства, Средства для ухода за волосами, Часы, Прочие личные аксессуары, … Сырье (12475) Железная сталь, Продукция из цветных металлов, Другое сырье, Металлы Минералы, … Ремонт и строительство (131841) Сантехника, водоснабжение и канализация, Инструменты для билдинга, Металлопрокат, металлоконструкции и ковка, Плитка, мрамор и гранит, … Оптическое и оптическое оборудование и аксессуары (9486) Очки, Оптические материалы и аксессуары, Микроскопы, Другое оптическое оборудование, … Сфера услуг (30328) Бизнес-услуги, Рекламные услуги, Другие услуги, Издательские услуги, … Продовольственные товары (61824) Сельскохозяйственные продукты, свежие или охлажденные, Табак, вино, кофе, чай и напитки, Фрукты, Замороженные продукты, … Вторичные материалы (963) Металлические отходы, Текстильные отходы, Прочие переработанные материалы, Макулатура, … Сельское хозяйство (47248) Оборудование и материалы для аквакультуры, Экстракт животных, Семена растений, Агрохимикаты, … Недвижимость (412) Другая недвижимость, Квартира (Виллы), Земля, Офисное здание,

Трансформатор

Эта статья про электрическое устройство.Для франшизы игрушечной линии см Трансформеры. Для использования в других целях, см Трансформатор (значения). Распределительный трансформатор на опоре с центральным отводом вторичной обмотки. Этот тип трансформатора обычно используется в Соединенных Штатах для обеспечения «двухфазного» питания 120/240 В для жилого и небольшого коммерческого использования. Обратите внимание, что центральная «нейтральная» клемма заземлена на «бак» трансформатора, а заземленный провод (справа) используется для одной ветви первичного фидера.

Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой через индуктивно связанные проводники — катушки трансформатора.Переменный ток в первой или первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора и, таким образом, изменяющееся магнитное поле через вторичную обмотку . Это изменяющееся магнитное поле индуцирует изменяющуюся электродвижущую силу (ЭДС) или «напряжение» во вторичной обмотке. Этот эффект называется индуктивной связью.

Если нагрузка подключена ко вторичной обмотке, электрический ток будет течь во вторичной обмотке, а электрическая энергия будет передаваться от первичной цепи через трансформатор к нагрузке.В идеальном трансформаторе индуцированное напряжение во вторичной обмотке ( В, , _, ) пропорционально первичному напряжению ( В, , _p ) и определяется соотношением количества витков во вторичной обмотке. ( N _с ) на количество витков в первичной обмотке ( N _p ) следующим образом:

При соответствующем выборе соотношения витков трансформатор, таким образом, позволяет «повышать» напряжение переменного тока (AC), делая N _s больше, чем N _p , или «понижать» сделав N _s меньше N _p .

В подавляющем большинстве трансформаторов обмотки представляют собой катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, трансформаторы с воздушным сердечником являются заметным исключением.

Трансформаторы

различаются по размеру от соединительного трансформатора размером с миниатюру, скрытого внутри сценического микрофона, до огромных устройств весом в сотни тонн, используемых для соединения частей электрических сетей. Все они работают по одним и тем же основным принципам, хотя диапазон конструкций широк. Несмотря на то, что новые технологии устранили необходимость в трансформаторах в некоторых электронных схемах, трансформаторы по-прежнему используются почти во всех электронных устройствах, предназначенных для бытового («сетевого») напряжения.Трансформаторы необходимы для передачи электроэнергии высокого напряжения, что делает передачу на большие расстояния экономически целесообразной.

История

Дискавери

Эксперимент Фарадея с индукцией между витками проволоки ^[1]

Явление электромагнитной индукции было независимо открыто Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году. Однако Фарадей был первым, кто опубликовал результаты своих экспериментов и, таким образом, получил признание за открытие. ^[2] Взаимосвязь между электродвижущей силой (ЭДС) или «напряжением» и магнитным потоком была формализована в виде уравнения, теперь называемого «законом индукции Фарадея»:

.

где — величина ЭДС в вольтах, а Φ _B — магнитный поток, проходящий через цепь (в веберах). ^[3]

Фарадей провел первые эксперименты по индукции между катушками проволоки, в том числе намотал пару катушек на железное кольцо, создав таким образом первый тороидальный трансформатор с замкнутым сердечником. ^[4]

Индукционные катушки

Кольцо-трансформер Фарадея

Первым типом трансформатора, который получил широкое распространение, была индукционная катушка, изобретенная преподобным Николасом Калланом из Мэйнут-колледжа, Ирландия, в 1836 году. Он был одним из первых исследователей, которые осознали, что чем больше витков вторичной обмотки, чем первичная обмотка, тем больше увеличивается ЭДС. Индукционные катушки возникли в результате усилий ученых и изобретателей по получению более высоких напряжений от батарей.Поскольку батареи вырабатывают постоянный ток (DC), а не переменный ток (AC), индукционные катушки основывались на вибрирующих электрических контактах, которые регулярно прерывали ток в первичной обмотке для создания изменений магнитного потока, необходимых для индукции. Между 1830-ми и 1870-ми годами усилия по созданию улучшенных индукционных катушек, в основном путем проб и ошибок, постепенно раскрыли основные принципы работы трансформаторов.

К 1870-м годам были доступны эффективные генераторы, вырабатывающие переменный ток (генераторы переменного тока), и было обнаружено, что переменный ток может питать индукционную катушку напрямую, без прерывателя.В 1876 году русский инженер Павел Яблочков изобрел систему освещения на основе набора индукционных катушек, в которой первичные обмотки были подключены к источнику переменного тока, а вторичные обмотки могли быть подключены к нескольким собственным «электрическим свечам» (дуговым лампам). дизайн. ^{[5] [6]} Катушки, которые использовал Яблочков, функционировали в основном как трансформаторы. ^[5]

В 1878 году компания Ganz в Венгрии начала производство оборудования для электрического освещения и к 1883 году установила более пятидесяти систем в Австро-Венгрии.Их системы использовали исключительно переменный ток и включали в себя дуговые лампы и лампы накаливания, а также генераторы и другое оборудование. ^[7]

Люсьен Голлард и Джон Диксон Гиббс впервые представили устройство с открытым железным сердечником, названное «вторичным генератором», в Лондоне в 1882 году, а затем продали идею компании Westinghouse в США. ^[8] Они также представили изобретение в Турине, Италия, в 1884 году, где оно было применено для системы электрического освещения. ^[9] Однако эффективность их биполярного устройства с открытым сердечником оставалась очень низкой. ^[10]

Индукционные катушки с разомкнутыми магнитными цепями неэффективны для передачи мощности нагрузкам. Примерно до 1880 года парадигма передачи энергии переменного тока от источника высокого напряжения к нагрузке низкого напряжения была последовательной схемой. Трансформаторы с открытым сердечником с соотношением около 1: 1 были последовательно соединены с их первичными обмотками, чтобы обеспечить возможность использования высокого напряжения для передачи при подаче низкого напряжения на лампы.Неотъемлемым недостатком этого метода было то, что отключение одной лампы влияло на напряжение, подаваемое на все остальные в той же цепи. Многие конструкции регулируемых трансформаторов были введены для компенсации этой проблемной характеристики последовательной цепи, включая те, которые используют методы регулировки сердечника или обхода магнитного потока вокруг части катушки. ^[11]

Эффективные и практичные конструкции трансформаторов не появлялись до 1880-х годов, но в течение десятилетия трансформаторы сыграли важную роль в «Войне токов» и в том, что системы распределения переменного тока одержали победу над своими аналогами постоянного тока, и в этом положении они остались доминирующими. с тех пор. ^[12]

Трансформаторы с закрытым сердечником и внедрение параллельного подключения

Чертеж прототипа компании Ganz 1885 года. Мощность: 1400 ВА, частота: 40 Гц, коэффициент напряжения: 120/72 В Прототипы первых в мире трансформаторов с высоким КПД. Их построила компания Z.B.D. 16 сентября 1884 г. ^[13]

Осенью 1884 года, ^[14] Инженеры компании Ganz Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери определили, что устройства с открытым сердечником нецелесообразны, поскольку они не могут надежно регулировать напряжение.В их совместной заявке на патент на «Z.B.D.» трансформаторы, они описали две конструкции с замкнутыми магнитными цепями: трансформаторы с «замкнутым сердечником» и «оболочка-сердечник». В замкнутом сердечнике первичная и вторичная обмотки были намотаны на замкнутое железное кольцо; в оболочке-сердечнике обмотки прошли через железный сердечник . В обеих конструкциях магнитный поток, соединяющий первичную и вторичную обмотки, почти полностью проходил внутри железного сердечника без какого-либо намеренного пути через воздух.Новый Z.B.D. трансформаторы достигли КПД 98%, что было в 3,4 раза выше, чем у биполярных устройств с открытым сердечником Голара и Гиббса. ^[15] Патент также включает пункт об использовании своего изобретения в параллельных системах снабжения и распределения потребителей. ^[16] Когда они использовали его в параллельно соединенных системах распределения электроэнергии, трансформаторы с замкнутым сердечником наконец сделали технически и экономически целесообразным обеспечение электроэнергией для освещения в домах, на предприятиях и в общественных местах. ^{[17] [18]} Блати предложил использовать закрытые сердечники, Зиперновски — шунтирующие соединения, а Дери проводил эксперименты; ^[19] Блати также открыл формулу трансформатора Vs / Vp = Ns / Np. ^{[ необходима ссылка ]} Подавляющее большинство трансформаторов, используемых сегодня, основаны на основных принципах, открытых тремя инженерами. Сообщается, что они также популяризировали слово «трансформатор» для описания устройства для изменения ЭДС электрического тока, ^{[17] [20]} , хотя этот термин уже использовался к 1882 году. ^{[21] [22]} В 1886 году компания Ganz установила первую в мире электростанцию, которая использовала генераторы переменного тока для питания параллельно соединенной общей электрической сети — паровой электростанции Рим-Черки. ^[23]

Конструкция Стэнли 1886 года для индукционных катушек с открытым сердечником и регулируемым зазором ^[24]

Хотя Джордж Вестингауз купил патенты Голларда и Гиббса в 1885 году, Edison Electric Light Company владела опционом на права США на Z.B.D. трансформаторы, требующие от Westinghouse разработки альтернативных конструкций на тех же принципах. Он поручил Уильяму Стэнли разработать устройство для коммерческого использования в Соединенных Штатах. ^[25] Первая запатентованная конструкция Стэнли была для индукционных катушек с одиночными сердечниками из мягкого железа и регулируемыми зазорами для регулирования ЭДС, присутствующей во вторичной обмотке. (См. Рисунок слева.) ^[24] Эта конструкция впервые была коммерчески использована в США в 1886 году. ^[12] Но вскоре его команда Вестингауза работала над конструкцией, ядро ​​которой представляло собой стопку тонких «E-образных» «железные пластины, разделенные по отдельности или попарно тонкими листами бумаги или другого изоляционного материала.Затем предварительно намотанные медные катушки можно было вставить на место и уложить прямые железные пластины для создания замкнутой магнитной цепи. Вестингауз подал заявку на патент на новый дизайн в декабре 1886 года; он был предоставлен в июле 1887 года. ^{[19] [26]}

Другие ранние трансформаторы

В 1889 году инженер русского происхождения Михаил Доливо-Добровольский разработал первый трехфазный трансформатор в Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft («General Electricity Company») в Германии. ^[27]

В 1891 году Никола Тесла изобрел катушку Тесла, резонансный трансформатор с воздушным сердечником и двойной настройкой для генерации очень высоких напряжений на высокой частоте. ^{[28] [29]}

Преобразователи звуковой частоты («повторяющиеся катушки») использовались первыми экспериментаторами при разработке телефона. ^{[ необходима ссылка ]}

Основные принципы

Трансформатор основан на двух принципах: во-первых, электрический ток может создавать магнитное поле (электромагнетизм), а во-вторых, изменяющееся магнитное поле внутри катушки с проволокой индуцирует напряжение на концах катушки (электромагнитная индукция). .Изменение тока в первичной катушке изменяет создаваемый магнитный поток. Изменяющийся магнитный поток индуцирует напряжение во вторичной катушке.

Идеальный трансформер. Вторичный ток возникает из-за воздействия вторичной ЭДС на импеданс нагрузки (не показан).

Идеальный трансформатор показан на рисунке рядом. Ток, проходящий через первичную катушку, создает магнитное поле. Первичная и вторичная обмотки намотаны вокруг сердечника с очень высокой магнитной проницаемостью.

Трансформаторы с литой катушкой — Эдисон, Нью-Джерси

(нажмите на уменьшенное изображение, чтобы увеличить)

Трансформаторы с литой катушкой

Трансформаторы с литой катушкой

Трансформаторы с литой катушкой

Трансформаторы с литой катушкой

Трансформаторы с эпоксидным литьем AFP и имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными трансформаторами сухого типа.Трансформаторы с эпоксидным литьем могут выдерживать большие скачки напряжения в результате более высоких номинальных значений BIL. Змеевики отливаются непосредственно в форму под давлением, вместо того, чтобы использовать пропитку под вакуумом для нанесения смолы на катушки. Катушка глубоко заделана в эпоксидный материал, защищая катушки от загрязнений и удерживая обмотки на месте во время скачков напряжения. Вторичные змеевики стандартного типа сухого типа обработаны полиэфирной смолой в процессе VPI.

Эпоксидный материал прочен и не требует особого ухода.В трансформаторе сухого типа отсутствуют опасные жидкости или материалы, представляющие угрозу безопасности. Поскольку они не содержат опасных материалов, трансформаторы с эпоксидным литьем не требуют трансформаторных сводов, которые ограничивают возможности размещения и значительно увеличивают стоимость жидких трансформаторов.

AFP Transformers производит широкий спектр трансформаторов от 600 В до 34,5 кВ классов напряжения. Трансформаторы с эпоксидным литьем используются во множестве применений, включая трансформаторы мощности управления, распределительные трансформаторы, устанавливаемые на площадку, и трансформаторы заземления нейтрали, используемые в коммунальных сетях и шкафах.Для получения дополнительной информации об этом продукте см. Таблицу ниже или свяжитесь с нами напрямую.

Перекрестная ссылка на детали ITI Запрос информации

Возможности трансформатора с эпоксидным литьем

Тип трансформатора

Управляющие силовые трансформаторы
Трансформаторы заземления нейтрали

Распределительные трансформаторы
Трансформаторы силовые

Характеристики

Невоспламеняющийся
Превосходное сопротивление короткому замыканию
Низкое / не требуется обслуживание

Герметичность
Запрет на использование опасных материалов

Тип питания

Однофазный

Трехфазный

Класс напряжения

600 В
5 кВ

15 кВ
34.5 кВ

Конструкция

Литая катушка (Epoxycast®)

Материал обмотки

Стандартный медный провод

Дополнительные конфигурации по запросу

Номинал BIL

От 60 кВ до 170 кВ
Зависит от номинального напряжения трансформатора

Тестирование и проверка

100% тестирование продукции
IEEE C57.12.91 Special, Standard или Custom
Сохраненные параметры тестирования

• Напряжение
• Ток
• Вт
• Вар
• ВА
• Коэффициент мощности
• КПД

Испытание приложенного потенциала (HiPot) до 100 кВ переменного тока RMS
БИЛ мощностью до 300 кВ
Тестирование частичного разряда

• Приложенный потенциал до 100 кВ
• Наведенный потенциал более 70 кВ

Тестирование по запросу клиента

Программы складирования

Канбан
JIT Доставка

Мин-Макс
Custom

Объем производства

Прототип
Низкий объем

Большой объем

Время выполнения

Обычно от 3 до 6 недель

Ускоренный ремонт всего за 1 неделю

Дополнительная информация

Отрасль и приложения

Производители распределительных устройств
Производители центра управления двигателем
Коммунальные услуги
Производители оборудования для коррекции коэффициента мощности
Производители оборудования для кондиционирования электроэнергии

• Производители PDU
• Производители ИБП
• Производители регуляторов напряжения
• ЦП центров обработки данных

Производители промышленного отопительного оборудования

• Печи
• Источники питания для индукционного нагрева
• ВЧ- и СВЧ-нагреватели

Производители горных машин
Очистка сточных вод
OEM-производители машин

• Станкостроители
• Упаковочные машины
• Производители полупроводниковых машин
• Производители машин для обработки рулонов

Отраслевые стандарты

IEEE C57.12.01
Общие требования к распределительным и силовым трансформаторам сухого типа, включая литые
IEEE C57.12.91
Стандартный тестовый код для сухих распределительных и силовых трансформаторов
UL 508
Стандарт UL для промышленного управляющего оборудования
UL 506
Стандарт UL для специальных трансформаторов
UL 1561
Промышленный стандарт для сухих трансформаторов общего назначения и силовых трансформаторов, класс 600 В
UL 1562
Промышленный стандарт для сухих трансформаторов общего назначения и силовых трансформаторов среднего напряжения, до 34.5 кВ
NEMA ST 20
Стандарт для сухих трансформаторов общего назначения
NEMA TR1
Код испытаний для трансформаторов, регуляторов и реакторов
NEMA ICS 2
Промышленный стандарт для контроллеров, контакторов, реле перегрузки и сопутствующего оборудования. (Автотрансформаторы и реакторы для пуска двигателей)
Международные стандарты
IEC 60076
Силовой трансформатор и реакторы — среднее напряжение
IEC 61558
Силовые трансформаторы и реакторы — 600 В, класс
Сертификация CE в соответствии со стандартами IEC
Морские стандарты
ABS
Американское судовое бюро
DNV
Det Norske Veritas

В начало

Промышленная дроссельная катушка | Электрический трансформатор | Синфазный дроссель

Промышленное применение ： Наши продукты используются в различных отраслях, в том числе: Транспорт (автомобиль, мотоцикл, лодка, рельсовая система, лифт) ； Энергия (солнечные системы) ； Телекоммуникационные системы ； Медицинское оборудование ； Промышленное (испытательное оборудование, робототехника) ； Освещение (светодиоды, люминесцентные компоненты) ； Потребительская электроника

Использование силового трансформатора

Производство электроэнергии низкого уровня напряжения очень рентабельно.Теоретически эта мощность низкого уровня напряжения может быть передана на приемный конец. Эта мощность низкого напряжения, если она передается, приводит к большему току в линии, что действительно вызывает большие потери в линии. Но если уровень напряжения мощности увеличивается, ток мощности уменьшается, что приводит к снижению потерь I2R в системе, уменьшению площади поперечного сечения проводника, то есть снижению капитальных затрат на систему, а также улучшает регулировка напряжения системы. Из-за этого необходимо увеличивать мощность низкого уровня для эффективной передачи электроэнергии.Это выполняется повышающим трансформатором на передающей стороне сети энергосистемы. Поскольку эта мощность высокого напряжения не может быть распределена между потребителями напрямую, ее необходимо понизить до желаемого уровня на принимающей стороне с помощью понижающего трансформатора. Таким образом, силовой трансформатор играет жизненно важную роль в передаче энергии.
Двухобмоточные трансформаторы обычно используются там, где соотношение высокого и низкого напряжения превышает 2. Экономически выгодно использовать автотрансформатор, когда соотношение между высоким и низким напряжением меньше 2.Опять же, единичный трехфазный трансформатор более экономичен, чем блок из трех однофазных трансформаторов в трехфазной системе. Но единичный трехфазный трансформатор немного сложно транспортировать, и его необходимо полностью вывести из строя, если одна из фазных обмоток выходит из строя.

Электрический силовой трансформатор

Электрический силовой трансформатор, распределительный трансформатор и измерительный трансформатор — Силовые трансформаторы обычно используются в передающих сетях для повышения или понижения уровня напряжения.Он работает в основном при высоких или пиковых нагрузках и имеет максимальную эффективность при полной или близкой к ней нагрузке. Распределительный трансформатор понижает напряжение для распределения между бытовыми или коммерческими потребителями. Он имеет хорошую регулировку напряжения и работает 24 часа в сутки с максимальной эффективностью при 50% полной нагрузки. Измерительные трансформаторы включают трансформаторы тока и напряжения, которые используются для снижения высокого напряжения и тока до меньших значений, которые могут быть измерены обычными приборами.
Двухобмоточный трансформатор и автотрансформатор — бывший в употреблении обычно используется там, где соотношение между высоким и низким напряжением больше 2.Его рентабельно использовать позже, когда соотношение между высоким и низким напряжением меньше 2.
Трансформатор для наружной установки и трансформатор для внутренней установки — Трансформаторы, предназначенные для установки вне помещения, представляют собой трансформаторы наружной установки, а трансформаторы, предназначенные для установки в помещении, — это трансформаторы внутри помещения.
Трансформатор с масляным охлаждением и сухим типом — В трансформаторе с масляным охлаждением охлаждающей средой является трансформаторное масло, тогда как трансформатор сухого типа имеет воздушное охлаждение.
Трансформатор с сердечником, оболочкой и трансформатором типа Берри — в трансформаторе с сердечником он имеет две вертикальные ветви или ветви с двумя горизонтальными секциями, называемыми ярмом.Сердечник прямоугольной формы с общим магнитопроводом. Цилиндрические катушки (HV и LV) размещены на обеих конечностях. Трансформатор оболочечного типа: имеет центральную и две внешние ветви. Обе катушки ВН и НН размещены на центральном плече. Двойная магнитная цепь присутствует. Трансформатор ягодного типа: сердечник похож на спицы колес. Для размещения этого типа трансформатора используются плотно подогнанные резервуары из листового металла с заполненным внутри трансформаторным маслом.

Что такое дроссельная катушка?

Дроссельная катушка — это часть, используемая в электрических цепях, чтобы пропускать постоянный ток и блокировать прохождение переменного тока.Эти катушки используются в ряде электрических устройств. Когда он используется как часть схемы радио, он попадает в один из двух частотных классов: аудио или радио. В схемах с более высокими частотами используются материалы сердечника, отличные от материалов, используемых в схемах с более низкой частотой.

.