Трансформаторы виды: Силовые трансформаторы — устройство, характеристики, область применения, ремонт и обслуживание

Содержание

Трансформатор. Виды трансформаторов.

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение - это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить - смотря что требуется. Со вторичных обмоток ( и ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

  • Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.

  • Гальваническая развязка

    электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!

    Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.

    Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на

магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью - это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Понижающие трансформаторы. Виды и работа. Особенности

Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

Особенности конструкции

Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.

Обозначение на схеме

Принцип действия

Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

Разновидности
Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия:

  • Тороидальные. Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
  • Стержневые. На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
  • Броневые. В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
  • Многообмоточные. Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

  • Трехфазные. Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

  • Однофазные. Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, фаза и ноль поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

Основные свойства
Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:
  • Мощность.
  • Напряжение выхода.
  • Частота.
  • Габаритные размеры.
  • Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:
  • Круглая.
  • Прямоугольная (шина).
По способу намотки обмотки делят:
  • Концентрические, на стержне.
  • Дисковые, намотанные чередованием.
Достоинства и недостатки
Достоинства
  • Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
  • Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
  • Компактные размеры.
  • Малая масса.
  • Удобство транспортировки и монтажа.
  • Отсутствие помех.
  • Плавная регулировка напряжения.
  • Незначительный нагрев.
Недостатки
  • Недолгий срок службы.
  • Незначительная мощность.
  • Высокая цена.
Как выбрать понижающие трансформаторы
При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:
  • Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
  • Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
  • Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.
Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:
  • Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
  • Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
  • Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Похожие темы:

Трансформаторы, виды трансформаторов и их описание

Электрические трансформаторы, как таковые, разрабатывались, и в большинстве своем применяются, для изменения напряжения в цепях переменного тока. Классический трансформатор состоит из двух обмоток, электрически друг с другом никак не связанных. Обе обмотки должны быть намотаны на один магнитопровод.
Передача энергии, между обмотками (катушками) происходит при помощи магнитного поля. Согласно закону Ленца для электромагнитной индукции, при пересечении проводника магнитными силовыми линиями, в нем возникает электродвижущая сила заставляющая заряды перемещаться внутри проводника. (Давайте вспомним простой опыт из курса физики, который наглядно  демонстрирует это закон).

На этом законе основана работа всех трансформаторов. Если через одну из обмоток трансформатора пропустить постоянный ток, то во вторичной обмотке не возникнет электродвижущая сила и, следовательно, ток (не считая момента включения). А все потому, что магнитные силовые линии, вызванные в магнитопроводе  током первичной обмотки, не будут пресекать витки вторичной катушки. Нет пересечения – нет тока. По этой причине постоянный ток не трансформируется. Вообще, слово «трансформатор» очень точно характеризует процессы происходящие внутри этого электроприбора. Первоначально электрический ток трансформируется в магнитное поле, а затем это поле преобразуется (трансформируется) опять в электрический ток. Только ток этот должен быть переменным, то возрастающим, то убывающим, или, на крайний случай, пульсирующим.

Для предотвращения потерь энергии в силовых трансформаторах используется система охлаждения. На них сверху устанавливается расширительный бачок и заливается масло.

Бывают трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки являются, как бы частью одной и той же катушки индуктивности. Такие устройства называются автотрансформаторами.

Итак, трансформаторы обычно классифицируются по следующим признакам:

По назначению они бывают:По способу установки:
–      силовые–      стационарные
–      измерительные–      переносные
–      защитные–      наружные
–      лабораторные–      внутренние
–      трансформаторы тока–      шинные
–      трансформаторы напряжения–      опорные.
–      промежуточные.
По числу ступеней различают:По используемому напряжению:
–      одноступенчатые–      высоковольтные
–      каскадные (многоступенчатые).–      низковольтные.
По типу изоляции:По количеству фаз
–      с сухой изоляцией–      однофазные
–      с бумажно-масляной изоляцией–      трехфазные.
–      с компаундной изоляцией.

Для нас, потребителей, наиболее важными из перечисленных, являются силовые высоковольтные стационарные трехфазные трансформаторы, с компаундной изоляцией. Они устанавливаются внутри тяговых подстанций. Именно от их работы зависит, будет ли в нашем доме электричество или нет. Подходящее к тяговой подстанции напряжение, обычно в 10000 вольт, преобразуется в 220 и подается потребителям, то есть нам с вами.

Знать какие бывают трансформаторы и зачем они нужны жизненно необходимо не только электрикам, но и простым гражданам, хотя бы для того, что бы предотвратить техногенные катастрофы. Так, в случае возникновения дыма из высоковольтного трансформатора, или просто громкой его работы (при обычной работе ни не гудят), необходимо срочно позвонить в службу энергосбыта, это, возможно, предотвратит аварию и отключения большого количества потребителей от электроснабжения. Недаром говорили древние: «Знающий человек предупрежден, а предупрежден, значит вооружен».


 

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы используются в электротехнике для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое посредством электромагнитной индукции, с сохранением неизменной частоты при минимальных мощностных потерях.

Существуют различные типы трансформаторов по количеству фаз, числу обмоток, типу изоляции и виду охлаждения. Распространенная классификация устройств основана на том, куда погружается магнитная система (сердечник), то есть, по типу охлаждения. В этом случае выделяют трансформаторы:

  • Масляные – погружение сердечника происходит в трансформаторное масло с диэлектрическими свойствами (оно находится в корпусе прибора)
  • Сухие – в обмотку заливается эпоксидная смола
  • Жидкостные – в качестве охлаждающей среды используются различные органические жидкости, то есть негорючие диэлектрики

Охлаждение для всех трех видов трансформаторов имеет свои нюансы. Для вашего удобства мы свели их в таблицу:

Вид трансформатора Тип охлаждения Обозначение
Сухие Естественное воздушное – для открытого исполнения С
Аналогично – для защищенного исполнения СЗ
Аналогично – для герметичного исполнения СГ
Воздушное с дутьем СД
Масляные Естественная циркуляция воздуха и масла М
2 вида циркуляции – принудительная для воздуха и естественная для масла Д
2 вида циркуляции – естественная для воздуха и принудительная для масла МЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла ДЦ
2 вида циркуляции – принудительная для воды и естественная для масла МВ
Принудительная циркуляция воды и масла Ц
Жидкостные Естественное охлаждение – негорючий жидкий диэлектрик Н
Охлаждение негорючим жидким диэлектриком посредством дутья НД


Среди этих трех типов наиболее популярны последние. Почему – об этом вы можете прочесть здесь, в одном из наших материалов. Мы же расскажем об основных критериях классификации трансформаторов по типам и чуть подробнее остановимся на сухих разновидностях.

Основные параметры классификации трансформаторов

  • Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

  • М – масляное
  • Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
  • Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
  • С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

  • Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
  • Номинальная мощность + класс напряжения
  • Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
  • Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

  • Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

  • Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

  1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
  2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
  3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
  4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров
  • Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

  • Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

  • Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

  • Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

  • 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
  • 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
  • 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
  • 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
  • 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
  • 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

  • Наличие/отсутствие регулятора выходного напряжения.
  • Без расширителей, с азотной подушкой для защиты

Сухие трансформаторы

Несмотря на то, что масляные трансформаторы пользуются большой популярностью, широко востребованы силовые трансформаторы и сухого типа, в частности:

  • Силовые трехфазные с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)
  • Силовые трехфазный ТС и ТСЗ
  • Сухие ТС и ТСЗ
  • Трансформаторы собственных нужд (сухого типа) ТСКС

Назначение трехфазных сухих трансформаторов с воздушным охлаждением – преобразование электроэнергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Предельная мощность сухих трансформаторов – 2500 кВА.

Такие трансформаторы монтируются на производстве и в общественных зданиях – на любых объектах, где действуют повышенные требования в области пожарной безопасности, взрывозащищенности и экологичности, то есть, где использование масляного трансформатора является потенциальным риском. Единственное неудобство от сухих приборов – повышенный шум при работе.

Измерительные трансформаторы: установка + фото

На сегодняшний день правительство проводит и придерживается политики энергосбережения. Теперь каждый пользователь обязательно должен вести учет всей потребляемой энергии. Существующие приборы учета электричества просто не могут работать с высоким напряжением. Поэтому здесь вам на помощь придут устройства, которые могут преобразовывать электричество с высокого напряжения в низкое. Эти устройства называются измерительные трансформаторы.

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока способны изолировать цепь электрических приборов от высокого напряжения к низкому. Их конструкция значительно упрощается, так как они могут работать с меньшим напряжением и током. Измерительные трансформаторы также способны преобразовывать большое напряжение в ток незначительной величины. Благодаря этому у пользователей появляется возможность применять стандартные измерительные приборы для замера тока.

Виды измерительных трансформаторов

По своей конструкции измерительные трансформаторы могут быть нескольких видов. К основным видам относят:

  • Встроенный – это устройство, у которого вместо первичной обмотки имеется ввод электричества.
  • Опорный – это прибор, который устанавливается на опоре.
  • Проходной – это трансформатор, который используется в качестве входа.
  • Шинный – это прибор, которому первичной обмоткой служит одна или несколько шин.
  • Разъемный – устройство, цепь которого будет размыкаться, и замыкаться вокруг проводника.
  • Трансформатор Тесла.

Измерительный трансформатор напряжения может иметь следующие основные показатели:

  • Показатель коэффициента трансформации.
  • Диапазон рабочей частоты.
  • Класс точности измерения трансформаторов.
  • Максимальный первичный ток.
  • Значения погрешности.

Отличия измерительных трансформаторов от других приборов

Измерительные трансформаторы значительно отличаются от других приборов. Принцип работы трансформатора измерительного может немного отличаться от других устройств. Основное отличие заключается в том, что он включается первичной обмоткой в измеряемую цепь. Вторичная обмотка полностью будет пропорциональна первичному току, который будет измеряться. Обычно вторичную обмотку в этих приорах рассчитывают под ток в 5 А. К ней могут подключаться:

  1. Амперметры.
  2. Ваттметры.

Также достаточно часто измерительные трансформаторы используются в качестве релейной защиты. Релейная защита предназначается для защиты электрических систем от короткого замыкания. Информация о повышении напряжения поступает от измерительного трансформатора и реле.

Во вторичную обмотку измерительных трансформаторов достаточно легко можно подключить несколько разных приборов. Их ограничение будет зависеть от величины общего сопротивления. Это число не должно превышать 2 Ома. Если это число будет выше, тогда значительно может снизиться точность измерения. Даже незначительное увеличение сопротивления может привести к изменению класса точности. При размыкании вторичной цепи у вас также возрастет ЭДС на конце обмотки. Если ЭДС возрастет, тогда может произойти пробой изоляции. При размыкании электрической сети ток будет равным нулю. В первичной обмотке он меняться не будет, а во вторичной обмотке это может привести к увеличению ЭДС.

Как правило, в трехфазных сетях измерительные трансформаторы можно устанавливать как в двух, так и в трех фазах. Если вы его установите в двух фазах, тогда вторичная обмотка будет соединена в виде «неполной звезды». Если напряжение сети будет составлять выше 35 кВт, тогда измерительные трансформаторы тока будут установлены во всех трех фазах. Если трансформаторы использовать для дифференциальной защиты, тогда вторичную обмотку необходимо соединить в виде «треугольника».

Также читайте: силовой трансформатор.

Трансформатор - это... Что такое Трансформатор?

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 - Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока (ГОСТ 16110-82).

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.[1]

Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).[1]

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.[1]

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока[2].

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.[1]

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[2]. В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.[3]

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).[4]

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.[5]

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.[5]

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке,
N2 — число витков во вторичной обмотке,
Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,
N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение[6]:

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[7]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[8]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[9] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью[10] компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе на холостом ходу при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 б).

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке. Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе с нагрузкой при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 в).

Теория трансформаторов

Уравнения линейного трансформатора.

Пусть i1, i2 — мгновенные значения тока в первичной и вторичной обмотке соответственно, u1 — мгновенное напряжение на первичной обмотке, RH — сопротивление нагрузки. Тогда

Здесь L1, R1— индуктивность и активное сопротивление первичной обмотки, L2, R2— то же самое для вторичной обмотки, L12— взаимная индуктивность обмоток. Если магнитный поток первичной обмотки полностью пронизывает вторичную, то есть если отсутствует поле рассеяния, то . Индуктивности обмоток в первом приближении пропорциональны квадрату количества витков в них.

Мы получили систему линейных дифференциальных уравнений для токов в обмотках. Можно преобразовать эти дифференциальные уравнения в обычные алгебраические, если воспользоваться методом комплексных амплитуд.

Для этого рассмотрим отклик системы на синусоидальный сигнал u1=U1 e-jω t (ω=2π f, где f — частота сигнала, j — мнимая единица). Тогда i1=I1 e-jω t и т. д., сокращая экспоненциальные множители получим

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jω L12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

Метод комплексных амплитуд позволяет исследовать не только чисто активную, но и произвольную нагрузку, при этом достаточно заменить сопротивление нагрузки Rн её импедансом Zн. Из полученных линейных уравнений можно легко выразить ток через нагрузку, воспользовавшись законом Ома— напряжение на нагрузке, и т. п.

Т-образная схема замещения трансформатора.

На рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с подключенной нагрузкой, как он видится со стороны первичной обмотки.

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — индуктивности первичной и вторичной обмотки, связанные с рассеянием,R1п, R2п — активные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.

КПД трансформатора

КПД трансформатора находится по следующей формуле:

        

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении
PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе
P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку
n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

Виды трансформаторов

Трансформатор Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово "силовой" отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (100-750 кВ), городских электросетей (как правило 6 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала!

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса[12]. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.[13] Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации[14][15]. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — выполняется из электротехнической стали, пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2, 4 и более "подков". Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень[16]

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо[16]

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции[17].

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Y-соединение ("звезда"), где каждая обмотка соединена одним из концов с общей точкой, называемой нейтральной. Различают "звезду" с выводом от общей точки (обозначение Y0 или Yn) и без него (Y)
  • Δ-соединение ("треугольник"), где три фазных обмотки соединены последовательно
  • Z-соединение ("зигзаг"). При данном способе соединения каждая фазная обмотка состоит из двух одинаковых частей, размещенных на разных стержнях магнитопровода и соединенных последовательно, встречно. Полученные три фазные обмотки соединяются в общей точке, аналогично "звезде". Обычно применяется "зигзаг" с отводом от общей точки (Z0)

Как первичная, так и вторичная обмотки трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше, в любых комбинациях. Конкретный способ и комбинация определяются назначением трансформатора.

Y-соединение обычно применяется для обмоток, работающих под высоким напряжением. Это объясняется многими причинами:

- обмотки трехфазного автотрансформатора могут быть соединены только "звездой";

- когда вместо одного сверхмощного трехфазного трансформатора применяют три однофазных автотрансформатора соединить их иным способом невозможно;

- когда вторичная обмотка трансформатора питает высоковольтную линию, наличие заземленной нейтрали снижает перенапряжения при ударе молний. Без заземления нейтрали невозможна работа дифференциальной защиты линии, в части утечки на землю. При этом первичные обмотки всех принимающих трансформаторов на этой линии не должны иметь заземленной нейтрали;

- существенно упрощается конструкция регуляторов напряжения (переключателей отпаек). Размещение отпаек обмотки с "нейтрального" конца обеспечивает минимальное количество групп контактов. Снижаются требования к изоляции переключателя, т.к. он работает при минимальном напряжении относительно Земли;

- это соединение наиболее технологично и наименее металлоемко.

Соединение в "треугольник" применяется в трансформаторах, где одна обмотка уже соединена "звездой", в особенности с выводом нейтрали.

Эксплуатация все еще широко распространенных трансформаторов со схемой Y/Y0 оправдана, если нагрузка на его фазы одинаковая (трехфазный двигатель, трехфазная электропечь, строго рассчитанное уличное освещение и пр.) Если же нагрузка несимметричная (бытовая и прочая однофазная), то магнитный поток в сердечнике выходит из равновесия, а нескомпенсированный магнитный поток (так называемый "поток нулевой последовательности") замыкается через крышку и бак, вызывая их нагрев и вибрацию. Первичная обмотка не может этот поток скомпенсировать, т.к. её конец соединен с виртуальной нейтралью, не соединенной с генератором. Выходные напряжения будут искажены (возникнет "перекос фаз"). Для однофазной нагрузки такой трансформатор по сути является дросселем с разомкнутым сердечником, и полное его сопротивление велико. Ток однофазного короткого замыкания будет сильно занижен по сравнению с расчетным (для трехфазного к.з.), что делает ненадежной работу защитной аппаратуры.

Если же первичная обмотка соединена треугольником (трансформатор со схемой Δ/Y0), то обмотки каждого стержня имеют два вывода как к нагрузке, так и к генератору, и первичная обмотка может подмагничивать каждый стержень в отдельности, не влияя на два других и не нарушая магнитное равновесие. Однофазное сопротивление такого трансформатора будет близко к расчетному, перекос напряжения практически устранен.

С другой стороны, у обмотки треугольником усложняется конструкция переключателя отпаек (контакты под высоким напряжением).

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей и кратным ей гармоникам тока внутри кольца, образованного тремя последовательно соединёнными обмотками. Замыкание токов третьей гармоники необходимо для снижения сопротивления трансформатора несинусоидальным токам нагрузки (нелинейная нагрузка)и поддержания его напряжения синусоидальным. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов[18][19] (не закончена, в работе)
Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряжения
холостого хода*
Условное
обозначение
ВН НН
У/Д-11

Примечание: на диаграмме зелёным цветом обозначены векторы обмотки Звезда, синим — Треугольник, красным смещение вектора AB.

В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

Бак

Бак в первую очередь представляет собой резервуар для масла, а также обеспечивает физическую защиту для активного компонента. Он также служит в качестве опорной конструкции для вспомогательных устройств и аппаратуры управления.

Перед заполнением маслом бака с активным компонентом внутри из него выкачивается весь воздух, который может подвергнуть опасности диэлектрическую прочность изоляции трансформатора (поэтому бак предназначен для выдерживания давления атмосферы с минимальной деформацией).

Ещё одним явлением, учитываемым при проектировании баков, является совпадение звуковых частот, вырабатываемых сердечником трансформатора, и частот резонанса деталей бака, что может усилить шум, излучаемый в окружающую среду.

Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Чаще всего устанавливается отдельный расширительный бачок, который также называется расширителем.

При увеличении номинальной мощности трансформатора воздействие больших токов внутри и снаружи трансформатора оказывает влияние на конструкцию. То же самое происходит с магнитным потоком рассеяния внутри бака. Вставки из немагнитного материала вокруг сильноточных проходных изоляторов снижают риск перегрева. Внутренняя облицовка бака из высокопроводящих щитков не допускает попадания потока через стенки бака. С другой стороны, материал с низким магнитным сопротивлением поглощает поток перед его прохождением через стенки бака.

Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивание син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

В схемах трёхфазных трансформаторах «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

Применение в источниках электропитания

Компактный сетевой трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

Другие применения трансформатора

  • Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
  • Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
  • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
  • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
  • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
  • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2 раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформатор T1. Трансформатор T2 суммирует выходные импульсы VT1 и VT2 в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

  • Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широкодоступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

Эксплуатация

Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

  1. Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.
  2. Технический срок службы

Работа в параллельном режиме

Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери холостого хода, поэтому вместо него подключают несколько трансформаторов меньшей мощности, которые отключаются, если в них нет необходимости.

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее[20]:

  1. Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями.
  2. Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.
  3. Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению.
  4. Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %.
  5. Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3.
  6. Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе.

Другими словами, это значит, что следует использовать наиболее схожие трансформаторы. Одинаковые модели трансформаторов являются лучшим вариантом. Отклонение от вышеприведенных требований возможны при использовании соответствующих знаний.

Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При этом необходимо принять во внимание, что возможно потребуется заменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Регулирование напряжения трансформатора

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети.[21]

Диагностика причин неисправности

Вид неисправности Причина
Перегрев Перегрузка
Перегрев Низкий уровень масла
Перегрев Замыкания
Перегрев Недостаточное охлаждение
Пробой Перегрузка
Пробой Загрязнение масла
Пробой Низкий уровень масла
Пробой Старение изоляции витков
Обрыв Плохое качество пайки
Обрыв Сильные электромеханические деформации при КЗ
Повышенное гудение Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода
Повышенное гудение Перегрузка
Повышенное гудение Несимметричная нагрузка
Повышенное гудение КЗ в обмотке
Появление воздуха в газовом реле (с термосифонным фильтром) Заглушен термосифонный фильтр, воздух появляется в газовом реле через заглушку

Перенапряжения трансформатора

Виды перенапряжений

В процессе использования трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие параметры. Данные перенапряжения классифицируются по их продолжительности на две группы:

  • Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.
  • Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Трансформатор также может быть подвергнут комбинации кратковременных и переходных перенапряжений. Кратковременные перенапряжения могут следовать сразу за переходными перенапряжениями.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

  • Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.
  • Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключаются или подключаются к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.
Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Трансформаторы должны пройти определённые испытания электрической прочности изоляции перед выпуском с завода. Прохождение данных испытаний свидетельствуют о вероятности бесперебойной эксплуатации трансформатора.

Испытания описаны в международных и национальных стандартах. Трансформаторы, прошедшие испытания, подтверждают высокую надёжность эксплуатации.

Дополнительным условием высокой степени надёжности является обеспечение приемлемых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут более серьёзным перенапряжениям по сравнению с условиями тестовых испытаний.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайную важность планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут возникнуть в силовой системе. Для нормального выполнения данного условия необходимо понимание происхождения различных типов перенапряжений. Величина различных типов перенапряжений является статистической переменной. Способность изоляции выдерживать перенапряжения также является статистической переменной.

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 Харламова Т. Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учебное пособие.-СПб: СЗТУ, 2006. 126 с.
  2. 1 2 Кислицын А. Л. Трансформаторы: Учебное пособие по курсу «Электромеханика».- Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 76 с ISBN 5-89146-202-8
  3. Силовые трансформаторы: основные вехи развития к.т. н. Савинцев Ю.М. Доступно на 25.01.2010
  4. Силовой трансформатор: этапы эволюции. Д.т. н., проф. Попов Г. В. на transform.ru. Доступно на 02.08.2008
  5. 1 2 История трансформатора на energoportal.ru. Доступно на 02.08.2008
  6. Winders Power Transformer Principles and Applications. — P. 20–21.
  7. Толмачёв — лекция 8
  8. История Трансформатора
  9. Flanagan William M. Handbook of Transformer Design and Applications. — McGraw-Hill Professional. — P. Chap. 1, p. 1–2. — ISBN 0070212910
  10. В случае достаточной индуктивности трансформатора и частоты тока.
  11. 1 2 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm Дубовицкий Г. П. Трансформаторы
  12. Словарь Бензаря
  13. ГОСТ 30030-93 Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования (МЭК 742-83)
  14. Ассоциативное запоминающее устройство — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  15. Не стоит путать с «трансфлюктором», который выполняет роль фильтра.
  16. 1 2 ГОСТ 16110-82. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Термины и определения
  17. ABB Transformer Handbook
  18. ГОСТ 11677-85. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ: Общие технические условия
  19. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Учебник для техникумов для электротехнических и энергетических специальностей. М., "Высшая школа", 1971, 416с.
  20. IEC 60076-8. Силовые трансформаторы — Руководство по применению, пункт 6, страницы 81-91.
  21. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

Нормативные документы

Литература

  1. Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.
  2. Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.
  3. Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
  4. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989—352 с ISBN 5-06-000450-3
  5. Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.
  6. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981—392 с.
  7. Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.
  8. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976. — 544 с.
  9. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. С. В. Котенев, А. Н. Евсеев. — М.: Горячая линия — Телеком, 2011. — 287 с.

Ссылки

Трансформатор

Виды трансформаторов

 

Типы трансформаторов

Условные обозначения
Трансформатор с двумя обмотками и железным сердечником.
Понижающий или повышающий трансформатор. Символ показывает, какая обмотка имеет больше витков, но обычно не указывает точное соотношение.
Трансформатор с тремя обмотками. Точки показывают относительную конфигурацию обмоток.
Трансформатор с электростатическим экраном, предотвращающим емкостную связь между обмотками.

Электротрансформаторы различных типов изготавливаются для различных целей. Несмотря на различия в конструкции, различные типы основаны на одном и том же базовом принципе, открытом в 1831 году Майклом Фарадеем, и имеют несколько общих функциональных частей.

Трансформаторы силовые

Ламинированный сердечник

Трансформатор с ламинированным сердечником

Это наиболее распространенный тип трансформатора, широко используемый в бытовой технике для преобразования сетевого напряжения в низкое для силовой электроники.

  • Широко доступен с номинальной мощностью от мВт до МВт
  • Изолированный ламинат минимизирует потери на вихревые токи
  • В небольших приборах и электронных трансформаторах может использоваться разъемная бобина, обеспечивающая высокий уровень изоляции между обмотками.
  • Прямоугольная жила
  • Штамповки из ламината с сердечником обычно имеют пары форм EI.Иногда используются другие пары форм
  • Могут быть установлены экраны из мю-металла для уменьшения EMI (электромагнитных помех).
  • Между двумя силовыми обмотками иногда используется экранная обмотка
  • Небольшие трансформаторы для бытовой техники и электроники могут иметь встроенный термовыключатель.
  • Иногда встречается в низкопрофильном формате для использования в ограниченных пространствах
  • Ламинированный сердечник из кремнистой стали с высокой проницаемостью

Тороидальный

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы в форме пончика используются для экономии места по сравнению с сердечниками EI, а иногда и для уменьшения внешнего магнитного поля.В них используется кольцевой сердечник, медные обмотки, намотанные вокруг этого кольца (и, таким образом, продетые через кольцо во время намотки), и лента для изоляции.

Тороидальные трансформаторы по сравнению с трансформаторами с сердечником EI:

  • Нижнее внешнее магнитное поле
  • Меньше для данной номинальной мощности
  • В большинстве случаев стоимость выше, так как для намотки требуется более сложное и медленное оборудование.
  • Менее прочный
  • Центральное крепление либо
    • болт, большие металлические шайбы и резиновые прокладки
    • болт и заливочная смола
  • Чрезмерная затяжка центрального крепежного болта может привести к короткому замыканию обмоток.
  • Повышенный пусковой ток при включении

Автотрансформатор

Основная статья: Автотрансформатор

Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая в некоторой точке обмотки отводится.Переменное или импульсное напряжение прикладывается к части обмотки, а более высокое (или более низкое) напряжение создается на другой части той же обмотки. Более высокое напряжение будет подключено к концам обмотки, а более низкое напряжение - от одного конца к отводу. Например, трансформатор с отводом в центре обмотки можно использовать с напряжением 230 В по всей обмотке и 115 В между одним концом и отводом. Его можно подключить к источнику питания 230 В для управления оборудованием 115 В или реверсировать для управления оборудованием 230 В от 115 В.Поскольку ток в обмотках ниже, трансформатор меньше, легче, дешевле и эффективнее. Для соотношений напряжений, не превышающих примерно 3: 1, автотрансформатор дешевле, легче, меньше по размеру и более эффективен, чем изолирующий (двухобмоточный) трансформатор того же номинала. Трехфазные автотрансформаторы большой мощности используются в системах распределения электроэнергии, например, для соединения подсетей 33 кВ и 66 кВ.

Variac

Открыв часть катушек обмотки автотрансформатора и подключив вторичную обмотку через скользящую угольную щетку, можно получить автотрансформатор с почти непрерывно регулируемым соотношением витков, позволяющим регулировать напряжение в широких пределах с очень небольшими приращениями.

Индукционный регулятор

Основная статья: Индукционный регулятор

Индукционный регулятор аналогичен по конструкции асинхронному двигателю с фазным ротором, но по сути представляет собой трансформатор, выходное напряжение которого изменяется путем вращения вторичной обмотки относительно первичной обмотки, то есть изменения углового положения ротора. Его можно рассматривать как силовой трансформатор, использующий вращающиеся магнитные поля. Основное преимущество индукционных регуляторов заключается в том, что они, в отличие от вариаторов, подходят для трансформаторов мощностью более 5 кВА.Следовательно, такие регуляторы находят широкое применение в высоковольтных лабораториях. [1]

Трансформатор рассеянного поля

Трансформатор поля рассеяния имеет значительное поле рассеяния или (иногда регулируемый) магнитный байпас в сердечнике. Он может действовать как трансформатор с внутренним ограничением тока из-за его более низкой связи между первичной и вторичной обмотками, что нежелательно в большинстве других случаев. Выходной и входной токи достаточно малы, чтобы предотвратить тепловую перегрузку при любых условиях нагрузки, даже если вторичная обмотка закорочена.

Трансформаторы поля рассеяния используются для дуговой сварки и высоковольтных разрядных ламп (люминесцентные лампы с холодным катодом, последовательно соединенные до рабочего напряжения переменного тока до 7,5 кВ). Он действует как трансформатор напряжения и как магнитный балласт.

Трансформаторы многофазные

Пример соединения Y Y

Для трехфазного питания можно использовать три отдельных однофазных трансформатора или все три фазы можно подключить к одному многофазному трансформатору. Три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе.Наиболее распространенные соединения - Y-Delta, Delta-Y, Delta-Delta и Y-Y. Векторная группа указывает конфигурацию обмоток и разность фаз между ними. Если обмотка подключена к земле (заземлена), точка заземления обычно является центральной точкой Y-образной обмотки. Если вторичная обмотка представляет собой обмотку треугольником, заземление может быть подключено к центральному ответвлению на одной обмотке (высокое положение треугольника) или одна фаза может быть заземлена (треугольник с заземленным углом). Многофазный трансформатор специального назначения - это зигзагообразный трансформатор.Существует множество возможных конфигураций, которые могут включать больше или меньше шести обмоток и различных соединений отводов.

Резонансные трансформаторы

Обратный трансформатор 25 кВ используется для создания дуги.

Резонансный трансформатор работает на резонансной частоте одной или нескольких катушек и (обычно) внешнего конденсатора. Резонансная катушка, обычно вторичная, действует как катушка индуктивности и последовательно соединена с конденсатором. Когда первичная катушка приводится в действие периодическим источником переменного тока, например прямоугольной или пилообразной волной на резонансной частоте, каждый импульс тока способствует возникновению колебаний во вторичной катушке.Из-за резонанса во вторичной обмотке может развиваться очень высокое напряжение, пока оно не будет ограничено каким-либо процессом, например электрическим пробоем. Эти устройства используются для генерации высокого переменного напряжения, а доступный ток может быть намного больше, чем ток от электростатических машин, таких как генератор Ван де Граафа или машина Вимшерста.

Примеры:

Другие применения резонансных трансформаторов - это связь между каскадами супергетеродинного приемника, где избирательность приемника обеспечивается настроенными трансформаторами усилителей промежуточной частоты.

Трансформатор постоянного напряжения

За счет настройки определенных магнитных свойств сердечника трансформатора и установки цепи феррорезонансного резервуара (конденсатор и дополнительная обмотка) трансформатор может быть устроен так, чтобы автоматически поддерживать относительно постоянное напряжение вторичной обмотки для изменения первичного питания без дополнительных схем или ручная регулировка. Феррорезонансные трансформаторы нагреваются сильнее, чем стандартные силовые трансформаторы, потому что регулирующее действие зависит от насыщения сердечника, что снижает эффективность.Форма выходного сигнала сильно искажается, если не принять меры для предотвращения этого. Трансформаторы насыщения обеспечивают простой надежный метод стабилизации источника питания переменного тока.

Ферритовый сердечник

Силовые трансформаторы

с ферритовым сердечником широко используются в импульсных источниках питания (ИИП). Порошковый сердечник обеспечивает высокочастотную работу и, следовательно, гораздо меньшее отношение размера к мощности, чем трансформаторы из ламинированного железа.

Ферритовые трансформаторы

не используются в качестве силовых трансформаторов на частоте сети, поскольку ламинированные железные сердечники стоят меньше, чем эквивалентный ферритовый сердечник.

Планарный трансформатор
Планарный трансформатор Покомпонентное изображение: спиральная первичная «обмотка» на одной стороне печатной платы (спиральная вторичная «обмотка» находится на другой стороне печатной платы)

Производители вытравливают спиральные узоры на печатной плате для формирования «обмоток» планарного трансформатора . (Производители буквально наматывают куски проволоки на какой-либо сердечник или бобину, чтобы сформировать обмотки других типов трансформаторов).

Некоторые планарные трансформаторы коммерчески продаются как дискретные компоненты - трансформатор - единственное, что есть на этой печатной плате.Другие планарные трансформаторы - это один из многих компонентов на одной большой печатной плате.

  • намного тоньше, чем другие трансформаторы, для низкопрофильных применений (даже когда несколько печатных плат установлены друг на друга) [2]
  • почти все используют планарный ферритовый сердечник

Трансформатор с масляным охлаждением

Для больших трансформаторов, используемых в распределительных сетях или электрических подстанциях, сердечник и катушки трансформатора погружены в масло, которое охлаждает и изолирует.Масло циркулирует по каналам в змеевике и вокруг узла змеевика и сердечника, перемещаясь за счет конвекции. Масло охлаждается за пределами бака в небольших номиналах, а в больших номиналах используется радиатор с воздушным охлаждением. Если требуется более высокая мощность или трансформатор используется в здании или под землей, масляные насосы используются для циркуляции масла, а также может использоваться теплообменник масло-вода. [3] Раньше внутренние трансформаторы требовали обеспечения огнестойкости используемых жидкостей для печатных плат; поскольку они сейчас запрещены, вместо них используются огнестойкие жидкости, например силиконовые масла.

Трансформаторы с литой изоляцией

Силовые трансформаторы с литой изоляцией покрывают обмотки эпоксидной смолой. Эти трансформаторы упрощают установку, поскольку они сухие, без охлаждающего масла и поэтому не требуют противопожарной защиты для установки внутри помещений. Эпоксидная смола защищает обмотки от пыли и агрессивных сред. Однако, поскольку формы для отливки катушек доступны только фиксированных размеров, конструкция трансформаторов менее гибкая, что может сделать их более дорогостоящими, если требуются индивидуальные особенности (напряжение, коэффициент передачи, ответвители).

Разделительный трансформатор

Основная статья: Разделительный трансформатор

Большинство трансформаторов изолируются, то есть вторичная обмотка не подключена к первичной. Но это верно не для всех трансформаторов.

Однако термин «разделительный трансформатор» обычно применяется к сетевым трансформаторам, обеспечивающим изоляцию, а не преобразование напряжения. Это просто трансформаторы с ламинированным сердечником 1: 1. Иногда добавляются ответвители дополнительного напряжения, но, чтобы получить название «изолирующий трансформатор», ожидается, что они обычно будут использоваться с соотношением 1: 1.

Измерительные трансформаторы

Трансформаторы тока

Основная статья: Трансформатор тока

Трансформатор тока (ТТ) - это измерительное устройство, предназначенное для обеспечения тока во вторичной обмотке, пропорционального току, протекающему в первичной обмотке. Трансформаторы тока обычно используются в измерительных реле и защитных реле в электроэнергетике, где они позволяют безопасно измерять большие токи, часто в присутствии высокого напряжения. Трансформатор тока надежно изолирует схему измерения и управления от высокого напряжения, обычно присутствующего в измеряемой цепи.

Трансформаторы тока часто конструируются путем пропускания одного витка первичной обмотки (либо изолированного кабеля, либо неизолированной шины) через хорошо изолированный тороидальный сердечник, намотанный множеством витков провода. ТТ обычно описывается соотношением тока от первичной к вторичной. Например, трансформатор тока 4000: 5 обеспечит выходной ток 5 ампер, когда первичная обмотка проходит 4000 ампер. Вторичная обмотка может иметь одно передаточное отношение или иметь несколько точек отвода для обеспечения диапазона передаточных чисел.Необходимо следить за тем, чтобы вторичная обмотка не была отключена от нагрузки, пока в первичной обмотке протекает ток, так как это создаст опасно высокое напряжение на открытой вторичной обмотке и может навсегда повлиять на точность трансформатора.

Специально сконструированные широкополосные трансформаторы тока также используются, обычно с осциллографом, для измерения высокочастотных сигналов или импульсных токов в импульсных энергосистемах. Один тип обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное измеренному току; другой, называемый поясом Роговского, требует внешнего интегратора для обеспечения пропорционального выхода.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения (VT) или трансформаторы напряжения (PT) - это еще один тип измерительных трансформаторов, используемых для измерения и защиты в высоковольтных цепях. Они предназначены для обеспечения незначительной нагрузки на измеряемый источник питания и обеспечения точного соотношения напряжений для точного понижения высокого напряжения, чтобы измерительное и защитное реле могло работать при более низком потенциале. Обычно вторичная обмотка трансформатора напряжения рассчитана на 69 В или 120 В при номинальном первичном напряжении, чтобы соответствовать входным характеристикам защитных реле.

Точки подключения высокого напряжения обмотки трансформатора обычно обозначаются как H 1 , H 2 (иногда H 0 , если он заземлен изнутри) и X 1 , X 2 и иногда X 3 Может присутствовать кран . Иногда на том же трансформаторе напряжения может быть и вторая изолированная обмотка (Y 1 , Y 2 , Y 3 ). Сторона высокого напряжения (первичная) может быть соединена фазой с землей или фазой с фазой.Низкочастотная сторона (вторичная) обычно заземлена.

Идентификаторы терминала (H 1 , X 1 , Y 1 и т. Д.) Часто называют полярностью. Это относится и к трансформаторам тока. В любой момент клеммы с одинаковым суффиксом имеют одинаковую полярность и фазу. Правильная идентификация клемм и проводки важна для правильной работы реле измерения и защиты.

Некоторые счетчики работают непосредственно с вторичным рабочим напряжением 600 В.ТН обычно используются для более высоких напряжений (например, 765 кВ для передачи электроэнергии) или там, где требуется изоляция между измерителем и измеряемой цепью.

Импульсные трансформаторы

Импульсный трансформатор - это трансформатор, оптимизированный для передачи прямоугольных электрических импульсов (то есть импульсов с быстрым нарастанием и спадом и относительно постоянной амплитудой). Небольшие версии, называемые сигналом Типы используются в цифровых логических и телекоммуникационных схемах, часто для согласования логических драйверов с линиями передачи.Средняя мощность версии используются в схемах управления мощностью, таких как контроллеры вспышки камеры. Более мощные версии Power используются в отрасли распределения электроэнергии для сопряжения схемы управления низкого напряжения с высоковольтными затворами силовых полупроводников. Специальные высоковольтные импульсные трансформаторы также используются для генерации импульсов высокой мощности для радаров, ускорителей частиц или других приложений с высокой импульсной мощностью.

Для минимизации искажения формы импульса импульсный трансформатор должен иметь низкие значения индуктивности рассеяния и распределенной емкости, а также высокую индуктивность холостого хода.В силовых импульсных трансформаторах низкая емкость связи (между первичной и вторичной обмотками) важна для защиты схемы на первичной стороне от мощных переходных процессов, создаваемых нагрузкой. По той же причине требуется высокое сопротивление изоляции и высокое напряжение пробоя. Хорошая переходная характеристика необходима для сохранения прямоугольной формы импульса на вторичной обмотке, потому что импульс с медленными фронтами создает потери переключения в силовых полупроводниках.

Произведение пикового импульсного напряжения и длительности импульса (или, точнее, интеграл напряжение-время) часто используется для характеристики импульсных трансформаторов.Вообще говоря, чем больше размер этого продукта, тем больше и дороже трансформатор.

Импульсные трансформаторы по определению имеют рабочий цикл менее 0,5, любая энергия, накопленная в катушке во время импульса, должна быть «сброшена» до того, как импульс будет запущен снова.

Трансформаторы РФ

Есть несколько типов трансформаторов, используемых в радиочастотной (RF) работе. Стальные листы не подходят для RF.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Они используются для высокочастотной работы.Отсутствие сердечника означает очень низкую индуктивность. Такие трансформаторы могут быть не более чем несколькими витками провода, припаянными к печатной плате.

Трансформаторы с ферритовым сердечником

Широко используется в каскадах промежуточной частоты (ПЧ) в супергетеродинных радиоприемниках. В основном это настроенные трансформаторы, содержащие ферритовый стержень с резьбой, который ввинчивается или выкручивается для регулировки настройки ПЧ. Трансформаторы обычно герметичны для стабильности и уменьшения помех.

Трансформаторы линии передачи

Для радиочастотного использования трансформаторы иногда изготавливают из конфигураций линии передачи, иногда бифилярного или коаксиального кабеля, намотанного на ферритовый или другой тип сердечника.Этот тип трансформатора обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания, но с помощью этого метода можно достичь лишь ограниченного числа соотношений (например, 1: 9, 1: 4 или 1: 2).

Материал сердечника значительно увеличивает индуктивность, тем самым увеличивая его добротность. Сердечники таких трансформаторов помогают улучшить характеристики на нижнем конце диапазона. Радиочастотные трансформаторы иногда использовали третью катушку (называемую обмоткой тиклера) для ввода обратной связи в более раннюю (детекторную) ступень в старинных регенеративных радиоприемниках.

балунов

Балуны

- это трансформаторы, специально разработанные для подключения балансных и несимметричных цепей. Иногда они изготавливаются из конфигураций линии передачи, а иногда бифилярного или коаксиального кабеля и аналогичны трансформаторам линии передачи по конструкции и эксплуатации.

Трансформаторы звуковые

Трансформаторы в ламповом усилителе. Выходные трансформаторы слева. Справа тороидальный трансформатор блока питания.

Звуковые трансформаторы обычно являются фактором, ограничивающим качество звука при использовании; электронные схемы с широкой частотной характеристикой и низким уровнем искажений относительно просты в проектировании.

Трансформаторы

также используются в DI-боксах для преобразования сигналов инструментов с высоким импедансом (например, бас-гитары) в сигналы с низким импедансом, чтобы их можно было подключить к микрофонному входу на микшерной консоли.

Особенно важным компонентом является выходной трансформатор усилителя мощности звука. Клапанные схемы для качественного воспроизведения уже давно производятся без каких-либо других (межкаскадных) аудиопреобразователей, но выходной трансформатор необходим для соединения относительно высокого импеданса (до нескольких сотен Ом в зависимости от конфигурации) выходного клапана (ов). к низкому сопротивлению громкоговорителя.(Клапаны могут выдавать низкий ток при высоком напряжении; динамикам требуется большой ток при низком напряжении.) Большинству полупроводниковых усилителей мощности вообще не нужен выходной трансформатор.

Для хорошей низкочастотной характеристики требуется относительно большой железный сердечник; высокая мощность увеличивает требуемый размер сердечника. Хорошая высокочастотная характеристика требует тщательно спроектированных и реализованных обмоток без чрезмерной индуктивности рассеяния или паразитной емкости. Все это делает компонент дорогим.

Ранние транзисторные усилители мощности звука часто имели выходные трансформаторы, но они были исключены, поскольку дизайнеры обнаружили, как проектировать усилители без них.

Трансформаторы громкоговорителей

Точно так же, как трансформаторы используются для создания цепей передачи энергии высокого напряжения, которые минимизируют потери при передаче, трансформаторы громкоговорителей могут использоваться, чтобы обеспечить питание многих отдельных громкоговорителей от одной звуковой цепи, работающей при более высоком, чем обычно, напряжении громкоговорителя.Это приложение часто используется в промышленных системах громкой связи. Такие схемы обычно называют акустическими системами с постоянным напряжением, хотя форма звуковой волны представляет собой изменяющееся напряжение. Такие системы также известны под другими терминами, такими как 25–, 70– и 100-вольтные акустические системы , относящиеся к номинальному напряжению линии громкоговорителей.

В аудиоусилителе может использоваться большой аудио-трансформатор для повышения низкого импеданса и низкого напряжения на выходе усилителя до расчетного линейного напряжения цепи громкоговорителя.В удаленном месте расположения громкоговорителя понижающий трансформатор меньшего размера возвращает напряжение и импеданс на обычные уровни громкоговорителя. Трансформаторы громкоговорителей обычно имеют несколько отводов первичной обмотки, что позволяет регулировать громкость на каждом громкоговорителе дискретными шагами.

Выходной трансформатор

В ламповых усилителях

почти всегда используется выходной трансформатор, чтобы согласовать высокое сопротивление нагрузки, необходимое для вентилей (несколько кОм), с динамиком с низким сопротивлением.

Трансформаторы малых сигналов

Картриджи фонографа с подвижной катушкой вырабатывают очень малое напряжение.Чтобы усилить это с разумным отношением сигнал-шум, обычно используется трансформатор для преобразования напряжения в диапазон более распространенных картриджей с подвижным магнитом.

Микрофоны

также могут быть согласованы с их нагрузкой с помощью небольшого трансформатора, который имеет металлическую экранировку для минимизации наводок. Эти трансформаторы сегодня менее широко используются, поскольку транзисторные буферы стали дешевле.

Межкаскадные трансформаторы и трансформаторы связи

В двухтактном усилителе требуется инвертированный сигнал, который получается от трансформатора с обмоткой с центральным отводом, используемого для управления двумя активными устройствами в противофазе.Эти фазоразделительные трансформаторы сегодня мало используются.

Самодельные и устаревшие трансформаторы

Комплекты трансформаторов

Трансформаторы могут быть намотаны в домашних условиях с использованием имеющихся в продаже комплектов трансформаторов, которые содержат ламинат и бобину. Как вариант, готовые трансформаторы можно разобрать и перемотать. Эти подходы иногда используются домашними строителями, но обычно их избегают, когда это возможно, из-за количества часов, необходимых для ручного завода трансформатора.

Прочная фиксация ламината и лака помогает избежать жужжания.

100% самоделка

Возможно изготовление пластин трансформатора вручную. Такие трансформаторы время от времени встречаются в странах третьего мира, где используются листы, вырезанные из лома листовой стали, бумажные прокладки между пластинами и веревка для связывания сборки. Результат работает, но обычно шумный из-за плохого зажима пластин.

Ежик

Трансформаторы Hedgehog изредка встречаются в самодельных радиоприемниках 1920-х годов. Это самодельные звуковые межкаскадные трансформаторы связи.

Эмалированная медная проволока наматывается на центральную половину длины пучка изолированной железной проволоки (например, цветочная проволока) для образования обмоток. Затем концы железных проводов сгибаются вокруг электрической обмотки, чтобы замкнуть магнитную цепь, и все обматывается лентой или веревкой, чтобы удерживать их вместе.

Вариопары

Вариопары (иногда называемые вариометрами) - это высокочастотные трансформаторы с двумя обмотками и переменной связью между обмотками.Они были стандартным оборудованием в радиоприемниках 1920-х годов.

Вариоэлементы с блинной катушкой были широко распространены в радиостанциях 1920-х годов для переменного РЧ-соединения. Две плоские катушки были расположены так, чтобы отклоняться друг от друга, а угол между ними увеличивался до 90 градусов, что давало широкие возможности соединения. Ядро не использовалось. В основном они использовались для контроля реакции. Блинная структура была средством минимизации паразитной емкости.

В другой конструкции вариопары две катушки были намотаны на две круглые ленты и размещены одна внутри другой, с возможностью вращения внутренней катушки.Сцепление меняется, поскольку одна катушка поворачивается от 0 до 90 градусов относительно другой. У них была более высокая паразитная емкость, чем у блинных.

Нетрансформаторы

Элементы, которые можно принять за трансформаторы, но не всегда трансформаторы.

Бородавки: небольшие блоки питания со встроенной сетевой вилкой. Они могут содержать трансформатор и другие схемы. В большинстве из них используется трансформатор из ламинированного железа, но все больше и больше теперь оснащены небольшими импульсными блоками питания.Они меньше и намного легче.

Галогенные трансформаторы освещения: для этой задачи иногда используются тороидальные трансформаторы, но большинство галогенных трансформаторов являются импульсными источниками питания.

Трансформаторы

полагаются на линейную зависимость между токами в первичных и вторичных цепях. Интересные и полезные устройства управления мощностью, такие как реактор с насыщением и магнитный усилитель, основаны на контролируемом насыщении ферромагнитного сердечника. Такие устройства могут обеспечить значительное усиление мощности без использования транзисторов или электронных ламп. Стандарт ANSI IEEE C57.12.00 Общие требования к жидкостным распределительным, силовым и регулирующим трансформаторам, 2000

Типы и конструкция силовых и распределительных трансформаторов

Обмотки трансформатора формируются с точностью вокруг большой катушки, причем каждое число витков зависит от соотношения напряжений конструируемого трансформатора. Фотография: Siemens

.

В промышленных установках трансформаторы в основном используются для понижения напряжения с более высокого уровня распределения до более низкого уровня использования.Они являются жизненно важными звеньями в электроэнергетических системах и являются одними из самых надежных компонентов системы.

Трансформаторы

можно разделить на две основные категории в зависимости от их изолирующей среды и конструкции: жидкостные и сухие. У каждого есть несколько вариантов, и для каждого требуются разные методы обслуживания.

Сердечник и катушка

Независимо от типа, конструкция любого трансформатора начинается с сборки сердечника и катушки. Именно здесь тонкие металлические листы укладываются (ламинируются) для подготовки магнитного тела, известного как сердечник.Цель железного сердечника - направлять магнитный поток, генерируемый током, протекающим вокруг первичной катушки, чтобы как можно больше его связывало и вторичную катушку.

Независимо от типа, конструкция любого трансформатора начинается с сборки сердечника и катушки. Фотография: Siemens

.

Обмотки изготавливаются из медных или алюминиевых проводников, разделенных слоями изоляции. Каждый проводник сформирован с точностью вокруг большой катушки, причем количество витков зависит от соотношения напряжений конструируемого трансформатора.

Стальной сердечник заключен в катушку низкого напряжения и снова закрыт катушкой высокого напряжения, точки подключения приварены на каждом конце и выведены из каждой обмотки, чтобы обеспечить возможность установки кабеля или шины.

Отводы напряжения

Дополнительные отводы напряжения могут быть установлены на первичных обмотках для регулирования выходного напряжения трансформатора. Это достигается путем изменения количества витков в обмотке и, таким образом, изменения коэффициента трансформации трансформатора.

Ответвители

часто имеют 5 положений (A, B, C, D, E или 1,2,3,4,5) и меняются либо путем физического перемещения перемычек между выводами на обмотке, либо с помощью переключателя. В любом случае ответвления нельзя перемещать, пока трансформатор находится под напряжением (это называется переключателем ответвлений «без напряжения»).

Когда основные компоненты трансформатора завершены, теперь весь узел сердечника и катушки должен быть закрыт и изолирован, прежде чем его можно будет безопасно использовать в полевых условиях. Тип корпуса и изоляции, которые будут использоваться, будет определяться приложением, обычно указываемым заказчиком или инженером.


Трансформаторы с жидкостным заполнением

Сердечник и катушки заполненных жидкостью трансформаторов, как следует из названия, погружены в жидкость. Жидкость служит двум целям. Во-первых, это основной элемент изоляционной системы. Во-вторых, жидкость отводит тепло от обмоток, которое рассеивается ребрами охлаждения, поверхностью бака или радиатором.

Без достаточного количества жидкости, окружающей катушки, находящиеся под напряжением и токопроводящие компоненты будут открыты, что может привести к перегреву или электрическому пробою.Если уровень масла слишком высок, это может вызвать состояние избыточного давления внутри бака трансформатора при изменении температуры.

Надежное уплотнение трансформаторной жидкости может быть обеспечено системой инертного газа. Здесь резервуар находится под небольшим давлением инертного газа, такого как азот.

Сердечник и катушки заполненных жидкостью трансформаторов, как следует из названия, погружены в жидкость. Фотография: ABB

Существует четыре типа изоляционной жидкости, с которыми техники могут столкнуться в полевых условиях:

  1. Минеральные масла (на нефтяной основе)
  2. Натуральные сложные эфиры (полученные из возобновляемых природных источников)
  3. Аскарел (содержит печатную плату)
  4. Силиконовые или стабилизированные углеводородные жидкости (легковоспламеняющиеся жидкости)

Каждая жидкость имеет определенные характеристики, и их НЕ СЛЕДУЕТ смешивать.Инструкции производителя и паспорт безопасности должны тщательно соблюдаться со всеми изоляционными жидкостями.

Аскарел идентифицируется различными торговыми марками и состоит в основном из полихлорированных дифенилов (ПХД) . Подлежит строгому государственному регулированию как токсичное вещество . Знание государственных постановлений необходимо, потому что любой трансформатор, заполненный жидкостью, может содержать некоторый уровень ПХБ .


Методы консервации жидкости силового трансформатора

Существует несколько типов конструкций трансформаторов, касающихся консервации жидкости.Консервация означает минимизацию воздействия на изоляционную жидкость атмосферы. Типы следующие:

  1. Свободное дыхание (открыто в атмосферу)
  2. Ограниченное дыхание (открывается в атмосферу через дегидратирующие соединения)
  3. Расширитель или расширительный бак (воздействие воздуха ограничивается жидкостью в баке расширителя)
  4. Герметичные резервуары (газовое пространство над жидкостью служит подушкой для внутреннего давления)
  5. Уплотнение для газойля (воздействие воздуха ограничено маслом во вспомогательном баке)
  6. Инертный газ (газовое пространство над жидкостью поддерживается под положительным давлением за счет газа, подаваемого из баллона с азотом)

Системы охлаждения жидкого трансформатора

Система охлаждения силового трансформатора имеет решающее значение для хорошего состояния трансформатора.Если тепло внутри трансформатора не рассеивается должным образом, температура этого трансформатора будет постоянно расти, что со временем приведет к повреждению изоляции. Трансформатор, работающий при температуре всего на 10 ° C выше своей номинальной, сокращает срок его службы на 50%.

Некоторые распространенные методы, используемые для отвода тепла с трансформаторами, заполненными жидкостью, включают:

  1. Самоохлаждение (ONAN) тепло рассеивается поверхностью резервуара и охлаждающими ребрами или трубками
  2. Вентиляторы с принудительным воздушным охлаждением (ONAF) используются для нагнетания воздуха над охлаждающими поверхностями для увеличения номинальной мощности самоохлаждения
  3. с принудительным воздушным охлаждением / принудительным масляным охлаждением (ONAF / OFAF) масляный насос циркулирует масло через масляно-воздушный теплообменник с обдувом вентилятором
  4. Водяное охлаждение (OFWF) Теплообмен посредством воды, перекачиваемой через змеевик, установленный внутри или снаружи бака трансформатора

Сухие трансформаторы

Сухие трансформаторы работают в воздухе или газе, а не в жидком состоянии.Как и в случае с жидкостными трансформаторами, воздух или газ служат в качестве изолирующей среды, а также для отвода тепла от обмоток. Два основных типа конструкции - это открытый или вентилируемый трансформатор сухого типа и герметичный или закрытый бак.

Важно содержать корпуса трансформаторов сухого типа в чистоте, а пространство вокруг них - свободным.

Вентилируемые трансформаторы сухого типа обычно представляют собой пропитанные лаком или литые катушки.

С пропиткой лака промежутки между покрытиями и витками электрической обмотки тщательно покрываются лаком, а затем лаковое покрытие тщательно отверждается для обеспечения оптимальных изоляционных и теплопроводных свойств, а также непроницаемости для влаги и достаточной прочности. чтобы противостоять разрушению покрытия.

Трансформаторы с литой катушкой изготавливаются путем «отливки» их в твердый блок путем объединения катушек с литой смолой в вакуумной печи. Этот мануфактура

(. 6) | Pandia.ru

б) изоляторы общие

4. Воздух, бумага и пластмассы -

а) изоляторы общие

б) общие жилы

5. при подаче высокого напряжения на изолятор

а) не проводит ток

б) проводит ток

6.изоляторы используются

а) для накопления электрического заряда

б) т) снизить напряжение

c) для предотвращения короткого замыкания между проводящими проводами

7. металлы повышают сопротивление

а) при понижении температуры

б) при повышении температуры

8. Углерод снижает сопротивление

а) при повышении температуры

б) при понижении температуры

9. Металлы имеют

а) положительный температурный коэффициент сопротивления l

б) отрицательный температурный коэффициент сопротивления l

B

Закончите предложения словами с противоположным значением:

1.У проводников низкое сопротивление. 2. Ток через изоляторы проходит с большим трудом ... ....

3. Металлы - обычные проводники ... .... 4. Чтобы изоляторы проводили ток, должны быть приложены большие токи ... .... 5. Углерод снижает свое сопротивление при повышении температуры .... 6. Металлы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления ....

С

Ответьте на следующие вопросы:

В чем разница между проводниками и изоляторами? 2.Как ток проходит через изоляторы? 3. Какие материалы обычно используются для изготовления изоляторов? 4. Какие материалы обычно используются для изготовления проводов? 5. В каком случае изоляторы проводят ток? 6. Как изменяется сопротивление при понижении температуры?

А

1 - б; 2 - а; 3 - а; 4 - а; 5 - б; 6 - а, в; 7 - б; 8 - а; 9 - а.

1. Изоляторы ... высокие

2. проводники .. легко

3. Изоляторы воздушные, бумажные, резиновые, пластмассовые

4.проводники .. низкие

5. металлы. Увеличение

6. карбон. отрицательный

1. значение сопротивления

2. с большим трудом

3. Воздух, бумага, резина, пластмассы

4. металлы

5. подано высокое напряжение

6. углерод увеличивается, металлы уменьшаются.


Урок 9

ТРАНСФОРМАТОРЫ

трансформатор

номер

передача

поворот

ядро ​​

получить

обмотка

шаг вперед

первичная обмотка

частота

вторичная обмотка

Трансформатор используется для передачи энергии; за счет трансформатора электрическая мощность может передаваться с высоким напряжением и снижаться в точке, где она должна быть использована, до любого значения.Кроме того, трансформатор используется для изменения значения напряжения и тока в цепи.

Двухобмоточный трансформатор состоит из закрытого сердечника и двух катушек (обмоток). Первичная обмотка подключена к источнику напряжения. Он получает энергию. Вторичная обмотка подключена к сопротивлению нагрузки и подает энергию на нагрузку.

Значение напряжения на вторичной клемме зависит от количества витков в ней. Если оно равно количеству витков в первичной обмотке, то напряжение во вторичной обмотке такое же, как в первичной,

Если у вторичной обмотки больше витков, чем у первичной, выходное напряжение больше входного.Напряжение во вторичной обмотке больше, чем напряжение в первичной, во столько раз, сколько количество витков во вторичной обмотке больше, чем количество витков в первичной обмотке. Трансформатор этого типа увеличивает или увеличивает напряжение и называется повышающим трансформатором. Если во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, выходное напряжение ниже, чем при понижении или понижении напряжения трансформатора, это называется понижающим трансформатором.

Сравните T1 и T2. T1 имеет железный сердечник. По этой причине он используется для токов низкой частоты. Т2 имеет воздушный сердечник и используется для высоких частот.

Распространенные неисправности трансформаторов - обрыв в обмотке, короткое замыкание между первичной и вторичной обмотками и короткое замыкание между витками. В случае неисправности трансформатора он перестает работать или работает плохо. Заменить неисправный трансформатор.

; ,. ,.

- ().. . .

. ,,,.

,,,,. ,,,,. . ,,,,. ,.

1 2. 2. . 1.

-,. ,. .

УПРАЖНЕНИЯ

А

Найдите правильный вариант. Помните:

1. используется трансформатор

а) для хранения заряда

б) для предотвращения изменения энергии

c) для передачи энергии

г) для изменения значения напряжения и тока в цепи

2.электрическая мощность передается при высоком напряжении и снижается

на любое значение

а) за счет резисторов

б) за счет конденсаторов

в) за счет трансформаторов

3. трансформатор состоит из

а) только ядра

б) первичная и вторичная обмотки

в) сердечник и первичная и вторичная обмотки

4. Основная функция -

а) для предотвращения изменения напряжения

б) для подачи энергии

в) для получения энергии

г) для передачи заряда

5.функция вторичного -

а) для получения энергии

б) для подачи энергии

c) для передачи энергии

г) для уменьшения стоимости, начисления

6. Применяется повышающий трансформатор:

a) для понижения или уменьшения вторичного напряжения

б) для повышения или увеличения первичного напряжения

7. используется понижающий трансформатор

а) для понижения вторичного напряжения

b) для понижения первичного напряжения.

8. трансформатор с железным сердечником

а) применяется для токов высокой частоты

б) используется для тока низкой частоты:,

9. Применяется трансформатор с воздушным сердечником

a) для токов высокой частоты и токов низкой частоты

б) только для токов высокой частоты

10. в повышающем трансформаторе

а) число витков вторичной обмотки больше числа витков

первичный

б) количество витков первичной обмотки больше количества витков вторичной

II.трансформатор заменить

а) в случае обрыва обмотки

b) в случае короткого замыкания между первичной обмоткой и

вторичный

c) в случае короткого замыкания между витками

BI

Закончите предложения словами с противоположным значением:

1. Вторичная обмотка трансформатора подключена к сопротивлению нагрузки .... 2. Первичная обмотка получает энергию .... 3. Понижающий трансформатор снижает первичное напряжение.... 4. Трансформатор с воздушным сердечником используется для токов высокой частоты. .. .... 5. В повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной обмотки ... ..... ..

С

Ответьте на следующие вопросы:

1. Для чего нужен трансформатор? 2. Из чего состоит трансформатор? 3. Какова функция первичной обмотки? 4. Какова функция вторичной обмотки? 5. Какой тип трансформатора называется повышающим трансформатором? 6.Какой тип трансформатора используется для токов высокой частоты? 7. Какой тип трансформатора называется понижающим трансформатором? 8. Какой тип трансформатора используется для токов низкой частоты? 9. Какая связь между количеством витков в обмотках и величиной тока? 10. Каковы общие неисправности трансформатора? 11. Что делать в случае неисправности трансформатора

А

1-, д., Д. 2-, 3-, 4-в, 5-б, 6-б, 7-б, 8-б, 9-б, 10-а, 11-а, б, в.

1.Первичная обмотка ... источник напряжения

2. pplies

3. ступенька вверх, .. увеличивается

4. железо ... низкое

5. понизить ... первичный ... вторичный

С

1. для передачи энергии, для изменения значения напряжения и тока

2. закрытый сердечник и две катушки

3. получает энергию

4. поставляет энергию

5. Повышает напряжение

6. воздушный стержень

7.понижает напряжение

8. железный сердечник

9. чем больше ... тем больше

10. Обрыв в обмотке, короткое замыкание между обмотками, короткое замыкание между витками

11. Заменить.

Урок 10

ВИДЫ ТОКА

поток

переменный

прямой

цикл

направление

'в секунду

Ток - это прохождение электричества через цепь.Рассмотрим два основных типа тока; прямой и переменный. Постоянный ток (d. C.) Течет по проводящей цепи только в одном направлении . Протекает при подаче на цепь постоянного напряжения.

определение transformer_types и синонимов transformer_types (английский)

Из Википедии

Обозначения схем
Трансформатор с двумя обмотками и железным сердечником.
Понижающий или повышающий трансформатор. Символ показывает, какая обмотка имеет больше витков, но обычно не указывает точное соотношение.
Трансформатор с тремя обмотками. Точки показывают относительную конфигурацию обмоток.
Трансформатор с электростатическим экраном, предотвращающим емкостную связь между обмотками.

Электротрансформаторы различных типов изготавливаются для различных целей.Несмотря на различия в конструкции, различные типы основаны на одном и том же базовом принципе, открытом в 1831 году Майклом Фарадеем, и имеют несколько общих функциональных частей.

Силовые трансформаторы

Ламинированный сердечник

Трансформатор с ламинированным сердечником

Это наиболее распространенный тип трансформатора, широко используемый в приборах для преобразования сетевого напряжения в низкое для силовой электроники

  • Широко доступен с номинальной мощностью от мВт до MW
  • Изолированный ламинат сводит к минимуму потери на вихревые токи.
  • В небольших приборах и электронных трансформаторах может использоваться разделенная катушка, обеспечивающая высокий уровень изоляции между обмотками.
  • Прямоугольный сердечник
  • Штампованный сердечник из ламината обычно имеет пары форм EI.Иногда используются пары другой формы
  • Могут быть установлены экраны из мю-металла для уменьшения EMI (электромагнитных помех)
  • Иногда между двумя силовыми обмотками используется экранная обмотка
  • Небольшие трансформаторы для электроприборов и электроники могут иметь встроенный термовыключатель
  • Иногда встречается в низкопрофильном формате для использования в ограниченном пространстве
  • Ламинированный сердечник из кремнистой стали с высокой проницаемостью

Тороидальный

Тороидальные трансформаторы в форме пончика используются для экономии места по сравнению с сердечниками EI, а иногда и для уменьшения внешнего магнитного поля поле.В них используется кольцевой сердечник, медные обмотки, намотанные вокруг этого кольца (и, таким образом, продетые через кольцо во время намотки), и лента для изоляции.

Тороидальные трансформаторы по сравнению с трансформаторами с сердечником EI:

  • Меньшее внешнее магнитное поле
  • Меньше для данной номинальной мощности
  • В большинстве случаев дороже, так как для обмотки требуется более сложное и медленное оборудование
  • Менее надежное
  • Центральное крепление либо болт
    • , большие металлические шайбы и резиновые прокладки
    • болт и заливочная смола
  • Чрезмерное затягивание центрального крепежного болта может привести к короткому замыканию обмоток
  • Большой пусковой ток при включении

Автотрансформатор

Основная статья: Автотрансформатор

Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая в некоторой точке обмотки отводится.Переменное или импульсное напряжение прикладывается к части обмотки, а более высокое (или более низкое) напряжение создается на другой части той же обмотки. Более высокое напряжение будет подключено к концам обмотки, а более низкое напряжение - от одного конца к отводу. Например, трансформатор с отводом в центре обмотки можно использовать с напряжением 230 В по всей обмотке и 115 В между одним концом и отводом. Его можно подключить к источнику питания 230 В для управления оборудованием 115 В или реверсировать для управления оборудованием 230 В от 115 В.Поскольку ток в обмотках ниже, трансформатор меньше, легче, дешевле и эффективнее. Для соотношений напряжений, не превышающих примерно 3: 1, автотрансформатор дешевле, легче, меньше по размеру и более эффективен, чем изолирующий (двухобмоточный) трансформатор того же номинала. Трехфазные автотрансформаторы большой мощности используются в системах распределения электроэнергии, например, для соединения подсетей 33 кВ и 66 кВ.

На практике потери в трансформаторе означают, что автотрансформаторы не являются полностью обратимыми; один, предназначенный для понижения напряжения, будет обеспечивать немного меньшее напряжение, чем требуется, если используется для повышения.Разница обычно достаточно небольшая, чтобы можно было изменить направление, когда фактический уровень напряжения не является критическим. Это справедливо и для трансформаторов с изолированной обмоткой.

Variac

Открыв часть катушек обмотки автотрансформатора и подключив вторичную обмотку через скользящую угольную щетку, можно получить автотрансформатор с почти непрерывно регулируемым соотношением витков, позволяющим регулировать напряжение в широком диапазоне с очень небольшими приращениями. .

Трансформатор рассеянного поля

Трансформатор рассеянного поля имеет значительное поле рассеяния или (иногда регулируемый) магнитный байпас в сердечнике.Он может действовать как трансформатор с внутренним ограничением тока из-за его более низкой связи между первичной и вторичной обмотками, что нежелательно в большинстве других случаев. Выходной и входной токи достаточно малы, чтобы предотвратить тепловую перегрузку при любых условиях нагрузки, даже если вторичная обмотка укорачивается.

Трансформаторы рассеянного поля применяются для дуговой сварки и высоковольтных газоразрядных ламп (люминесцентные лампы с холодным катодом, последовательно соединенные до рабочего напряжения переменного тока до 7,5 кВ). Он действует как трансформатор напряжения и как магнитный балласт.

Полифазные трансформаторы

Файл: YYconectionbytimothy.JPG

Пример соединения Y Y

Для трехфазного питания можно использовать три отдельных однофазных трансформатора или все три фазы можно подключить к одному многофазному трансформатору. Три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе. Наиболее распространенные соединения - Y-Delta, Delta-Y, Delta-Delta и Y-Y. Векторная группа указывает конфигурацию обмоток и разность фаз между ними.Если обмотка подключена к земле (заземлена), точка заземления обычно является центральной точкой Y-образной обмотки. Если вторичная обмотка представляет собой обмотку треугольником, заземление может быть подключено к центральному ответвлению на одной обмотке (высокое положение треугольника) или одна фаза может быть заземлена (треугольник с заземленным углом). Многофазный трансформатор специального назначения - это зигзагообразный трансформатор. Существует множество возможных конфигураций, которые могут включать больше или меньше шести обмоток и различных соединений отводов.

Резонансные трансформаторы

Обратный трансформатор 25 кВ, используемый для генерации дуги.

Резонансный трансформатор работает на резонансной частоте одной или нескольких его катушек и (обычно) внешнего конденсатора. Резонансная катушка, обычно вторичная, действует как катушка индуктивности и последовательно соединена с конденсатором. Когда первичная катушка приводится в действие периодическим источником переменного тока, например прямоугольной или пилообразной волной на резонансной частоте, каждый импульс тока способствует возникновению колебаний во вторичной катушке. Из-за резонанса во вторичной обмотке может развиваться очень высокое напряжение, пока оно не будет ограничено каким-либо процессом, например электрическим пробоем.Эти устройства используются для генерации высокого переменного напряжения, а доступный ток может быть намного больше, чем ток от электростатических машин, таких как генератор Ван де Граафа или машина Вимшерста.

Примеры:

Другие применения резонансных трансформаторов - это связь между каскадами супергетеродинного приемника, где избирательность приемника обеспечивается настроенными трансформаторами усилителей промежуточной частоты.

Трансформатор постоянного напряжения

За счет настройки определенных магнитных свойств сердечника трансформатора и установки цепи феррорезонансного резервуара (конденсатор и дополнительная обмотка) трансформатор может быть устроен так, чтобы автоматически поддерживать относительно постоянное напряжение вторичной обмотки для изменения первичное питание без дополнительных схем или ручной настройки.Трансформаторы CVA нагреваются сильнее, чем стандартные силовые трансформаторы, потому что регулирующее действие зависит от насыщения сердечника, что несколько снижает эффективность. Форма выходного сигнала сильно искажается, если не принять меры для предотвращения этого. Трансформаторы насыщения обеспечивают простой надежный метод стабилизации источника питания переменного тока.

Ферритовый сердечник

Силовые трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в импульсных источниках питания (ИИП). Порошковый сердечник обеспечивает работу на высоких частотах и, следовательно, гораздо меньшее отношение размера к мощности, чем трансформаторы из ламинированного железа.

Ферритовые трансформаторы не могут использоваться в качестве силовых трансформаторов с частотой сети.

Планарный трансформатор
Изображение в разобранном виде: спиральная первичная «обмотка» на одной стороне печатной платы (спиральная вторичная «обмотка» находится на другой стороне печатной платы)

Производители вытравливают спиральные узоры на печатной плате, чтобы сформировать « обмотки »планарного трансформатора (производители буквально наматывают куски провода на какой-то сердечник или бобину, чтобы сформировать обмотки других типов трансформаторов).

Некоторые планарные трансформаторы продаются на рынке как дискретные компоненты - трансформатор - единственное, что есть на этой печатной плате. Другие планарные трансформаторы - это один из многих компонентов на одной большой печатной плате.

  • намного тоньше, чем другие трансформаторы, для низкопрофильных применений (даже когда несколько печатных плат уложены друг на друга)
  • почти все используют планарный ферритовый сердечник

Трансформатор с масляным охлаждением

Для больших трансформаторов, используемых в распределительных сетях или электрических подстанциях, сердечник и катушки трансформатора погружены в масло, которое охлаждает и изолирует.Масло циркулирует по каналам в змеевике и вокруг узла змеевика и сердечника, перемещаясь за счет конвекции. Масло охлаждается за пределами бака в небольших номиналах, а в больших номиналах используется радиатор с воздушным охлаждением. Если требуется более высокая мощность или трансформатор используется в здании или под землей, масляные насосы используются для циркуляции масла, а также может использоваться теплообменник масло-вода. [1] Раньше внутренние трансформаторы требовали обеспечения огнестойкости используемых жидкостей для печатных плат; поскольку они сейчас запрещены, вместо них используются огнестойкие жидкости, например силиконовые масла.

Трансформаторы с литой изоляцией

Силовые трансформаторы с литой изоляцией покрывают обмотки эпоксидной смолой. Эти трансформаторы упрощают установку, поскольку они сухие, без охлаждающего масла и поэтому не требуют противопожарной защиты для установки внутри помещений. Эпоксидная смола защищает обмотки от пыли и агрессивных атомосфер. Однако, поскольку формы для отливки катушек доступны только фиксированных размеров, конструкция трансформаторов менее гибкая, что может сделать их более дорогостоящими, если требуются индивидуальные особенности (напряжение, коэффициент передачи, ответвители).

Разделительный трансформатор

Основная статья: Разделительный трансформатор

Большинство трансформаторов изолируются, то есть вторичная обмотка не подключена к первичной. Но это верно не для всех трансформаторов.

Однако термин «разделительный трансформатор» обычно применяется к силовым трансформаторам, обеспечивающим изоляцию, а не преобразование напряжения. Это просто трансформаторы с ламинированным сердечником 1: 1. Иногда добавляются ответвители дополнительного напряжения, но, чтобы получить название «изолирующий трансформатор», ожидается, что они обычно будут использоваться с соотношением 1: 1.

Измерительные трансформаторы

Трансформаторы тока

Основная статья: Трансформатор тока Трансформатор тока (ТТ) - это измерительное устройство, предназначенное для обеспечения тока во вторичной обмотке, пропорционального току, протекающему в первичной обмотке. Трансформаторы тока обычно используются для измерения и защитных реле в электроэнергетике, где они облегчают безопасное измерение больших токов, часто в присутствии высоких напряжений. Трансформатор тока надежно изолирует схему измерения и управления от высокого напряжения, обычно присутствующего в измеряемой цепи.

Трансформаторы тока часто конструируются путем пропускания одного витка первичной обмотки (либо изолированного кабеля, либо неизолированной шины) через хорошо изолированный тороидальный сердечник, намотанный множеством витков провода. ТТ обычно описывается соотношением тока от первичной к вторичной. Например, трансформатор тока 4000: 5 обеспечит выходной ток 5 ампер, когда первичная обмотка проходит 4000 ампер. Вторичная обмотка может иметь одно передаточное отношение или иметь несколько точек отвода для обеспечения диапазона передаточных чисел. Необходимо следить за тем, чтобы вторичная обмотка не была отключена от нагрузки, пока в первичной обмотке протекает ток, так как это создаст опасно высокое напряжение на открытой вторичной обмотке и может навсегда повлиять на точность трансформатора.

Специально сконструированные широкополосные трансформаторы тока также используются, обычно вместе с осциллографом, для измерения высокочастотных сигналов или импульсных токов в импульсных энергосистемах. Один тип обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное измеренному току; другой, называемый поясом Роговского, требует внешнего интегратора для обеспечения пропорционального выхода.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения (VT) или трансформаторы напряжения (PT) - это еще один тип измерительных трансформаторов, используемых для измерения и защиты в высоковольтных цепях.Они предназначены для обеспечения незначительной нагрузки на измеряемый источник питания и обеспечения точного соотношения напряжений для точного понижения высокого напряжения, чтобы измерительное и защитное реле могло работать при более низком потенциале. Обычно вторичная обмотка трансформатора напряжения рассчитана на 69 В или 120 В при номинальном первичном напряжении, чтобы соответствовать номинальным входным характеристикам реле защиты.

Точки подключения высокого напряжения обмотки трансформатора обычно обозначаются как H 1 , H 2 (иногда H 0 , если он имеет внутреннее заземление) и X 1 , X 2 и иногда X Может присутствовать 3 отвода .Иногда на том же трансформаторе напряжения может быть и вторая изолированная обмотка (Y 1 , Y 2 , Y 3 ). Сторона высокого напряжения (первичная) может быть соединена фазой с землей или фазой с фазой. Низкочастотная сторона (вторичная) обычно заземлена.

Идентификаторы терминала (H 1 , X 1 , Y 1 и т. Д.) Часто называют полярностью. Это относится и к трансформаторам тока. В любой момент клеммы с одинаковым суффиксом имеют одинаковую полярность и фазу.Правильная идентификация клемм и проводки важна для правильной работы реле измерения и защиты.

В то время как ранее трансформаторы тока использовались для всех напряжений первичной обмотки выше 240 В, современные счетчики устраняют необходимость в трансформаторах напряжения для большинства вторичных рабочих напряжений. ТН обычно используются в цепях, где уровень напряжения в системе превышает 600 В. Современные счетчики исключают необходимость в ТН, поскольку напряжение остается постоянным и измеряется на входящем источнике. Это в основном используется в H.V.

Импульсные трансформаторы

Импульсный трансформатор - это трансформатор, оптимизированный для передачи прямоугольных электрических импульсов (то есть импульсов с быстрым нарастанием и спадом и относительно постоянной амплитудой). Небольшие версии, называемые сигналом Типы используются в цифровых логических и телекоммуникационных схемах, часто для согласования логических драйверов с линиями передачи. Средняя мощность версии используются в схемах управления мощностью, таких как контроллеры вспышки камеры.Более мощные версии Power используются в отрасли распределения электроэнергии для сопряжения схемы управления низкого напряжения с высоковольтными затворами силовых полупроводников. Специальные высоковольтные импульсные трансформаторы также используются для генерации импульсов высокой мощности для радаров, ускорителей частиц или других приложений с высокой импульсной мощностью.

Чтобы минимизировать искажение формы импульса, импульсный трансформатор должен иметь низкие значения индуктивности рассеяния и распределенной емкости, а также высокую индуктивность холостого хода.В силовых импульсных трансформаторах низкая емкость связи (между первичной и вторичной обмотками) важна для защиты схемы на первичной стороне от мощных переходных процессов, создаваемых нагрузкой. По той же причине требуется высокое сопротивление изоляции и высокое напряжение пробоя. Хорошая переходная характеристика необходима для сохранения прямоугольной формы импульса на вторичной обмотке, потому что импульс с медленными фронтами создает потери переключения в силовых полупроводниках.

Произведение пикового импульсного напряжения и длительности импульса (или, точнее, интеграл напряжение-время) часто используется для характеристики импульсных трансформаторов.Вообще говоря, чем больше размер этого продукта, тем больше и дороже трансформатор.

Импульсные трансформаторы по определению имеют рабочий цикл менее 0,5, любая энергия, накопленная в катушке во время импульса, должна быть «сброшена», прежде чем импульс будет запущен снова.

RF трансформаторы

Есть несколько типов трансформаторов, используемых в радиочастотной (RF) работе. Стальные листы не подходят для RF.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Используются для высокочастотной работы.Отсутствие сердечника означает очень низкую индуктивность. Такие трансформаторы могут быть не более чем несколькими витками провода, припаянными к печатной плате.

Трансформаторы с ферритовым сердечником

Широко используются в каскадах промежуточной частоты (ПЧ) в супергетеродинных радиоприемниках. В основном это настроенные трансформаторы, содержащие ферритовый стержень с резьбой, который ввинчивается или выкручивается для регулировки настройки ПЧ. Трансформаторы обычно герметичны для стабильности и уменьшения помех.

Трансформаторы линии передачи

Для радиочастотного использования трансформаторы иногда изготавливаются из конфигураций линии передачи, иногда бифилярного или коаксиального кабеля, намотанного на ферритовый или другой тип сердечника.Этот тип трансформатора обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания, но с помощью этого метода можно достичь лишь ограниченного числа соотношений (например, 1: 9, 1: 4 или 1: 2).

Материал сердечника значительно увеличивает индуктивность, тем самым повышая его добротность. Сердечники таких трансформаторов помогают улучшить характеристики на нижнем конце диапазона. Радиочастотные трансформаторы иногда использовали третью катушку (называемую обмоткой тиклера) для ввода обратной связи в более раннюю (детекторную) ступень в старинных регенеративных радиоприемниках.

Балуны

Балуны - это трансформаторы, специально разработанные для подключения балансных и несимметричных цепей. Иногда они изготавливаются из конфигураций линии передачи, а иногда бифилярного или коаксиального кабеля и аналогичны трансформаторам линии передачи по конструкции и эксплуатации.

Трансформаторы звуковые

Трансформаторы в ламповом усилителе. Выходные трансформаторы слева. Справа тороидальный трансформатор блока питания.

Звуковые трансформаторы обычно являются фактором, ограничивающим качество звука при использовании; электронные схемы с широкой частотной характеристикой и низким уровнем искажений относительно просты в проектировании.

Трансформаторы также используются в DI-боксах для преобразования сигналов инструментов с высоким импедансом (например, бас-гитары) в сигналы с низким импедансом, чтобы их можно было подключить к микрофонному входу на микшерной консоли.

Особенно важным компонентом является выходной трансформатор усилителя мощности звука. Клапанные схемы для качественного воспроизведения уже давно производятся без каких-либо других (межкаскадных) аудиопреобразователей, но выходной трансформатор необходим для соединения относительно высокого импеданса (до нескольких сотен Ом в зависимости от конфигурации) выходного клапана (ов). к низкому сопротивлению громкоговорителя.(Клапаны могут выдавать низкий ток при высоком напряжении; динамикам требуется большой ток при низком напряжении.) Большинству полупроводниковых усилителей мощности вообще не нужен выходной трансформатор.

Для хорошей низкочастотной характеристики требуется относительно большой железный сердечник; высокая мощность увеличивает требуемый размер сердечника. Хорошая высокочастотная характеристика требует тщательно спроектированных и реализованных обмоток без чрезмерной индуктивности рассеяния или паразитной емкости. Все это делает компонент дорогим.

Ранние транзисторные усилители мощности звука часто имели выходные трансформаторы, но они были исключены, поскольку дизайнеры обнаружили, как проектировать усилители без них.

Трансформаторы громкоговорителей

Точно так же, как трансформаторы используются для создания цепей передачи энергии высокого напряжения, которые минимизируют потери при передаче, трансформаторы громкоговорителей могут использоваться для питания многих отдельных громкоговорителей от одной звуковой цепи, работающей на громкоговорителе с более высоким напряжением, чем у обычного громкоговорителя. напряжения.Это приложение часто используется в промышленных системах громкой связи. Такие схемы обычно называют акустическими системами с постоянным напряжением, хотя форма звуковой волны представляет собой изменяющееся напряжение. Такие системы также известны под другими терминами, такими как 25–, 70– и 100-вольтные акустические системы , относящиеся к номинальному напряжению линии громкоговорителей.

В аудиоусилителе можно использовать большой аудиопреобразователь, чтобы поднять низковольтный выход усилителя с низким импедансом до проектного линейного напряжения цепи громкоговорителя.В удаленном месте расположения громкоговорителя понижающий трансформатор меньшего размера возвращает напряжение и импеданс на обычные уровни громкоговорителя. Трансформаторы громкоговорителей обычно имеют несколько отводов первичной обмотки, что позволяет регулировать громкость на каждом громкоговорителе дискретными шагами.

Выходной трансформатор (вентиль)

Клапанные (ламповые) усилители почти всегда используют выходной трансформатор, чтобы согласовать высокое сопротивление нагрузки, требуемое для вентилей (несколько кОм), с динамиком с низким импедансом.

Малые трансформаторы сигналов

Картриджи фонографа с подвижной катушкой вырабатывают очень небольшое напряжение.Чтобы усилить это с разумным отношением сигнал-шум, обычно используется трансформатор для преобразования напряжения в диапазон более распространенных картриджей с подвижным магнитом.

Микрофоны также могут быть согласованы с их нагрузкой с помощью небольшого трансформатора, который имеет металлическую экранировку для минимизации наводок. Эти трансформаторы сегодня менее широко используются, поскольку транзисторные буферы стали дешевле.

Межкаскадные трансформаторы и трансформаторы связи

Межкаскадные трансформаторы используются в двухтактных усилителях, где требуется инвертированный сигнал.Здесь две вторичные обмотки, соединенные с противоположной полярностью, могут использоваться для управления выходными устройствами. Эти фазоразделительные трансформаторы сегодня мало используются.

Самодельные и устаревшие трансформаторы

Комплекты трансформаторов

Трансформаторы могут быть намотаны в домашних условиях с использованием имеющихся в продаже комплектов трансформаторов, которые содержат листы и катушку. Или готовые трансформаторы можно разобрать и перемотать. Эти подходы иногда используются домашними строителями, но обычно их избегают, когда это возможно, из-за количества часов, необходимых для ручного завода трансформатора.

пример комплекта трансформатора

Прочная фиксация ламелей и лака помогают избежать шума.

100% самоделка

Трансформаторные ламинаты можно изготовить и вручную. Такие трансформаторы время от времени встречаются в странах третьего мира, где используются листы, вырезанные из лома листовой стали, бумажные прокладки между пластинами и веревка для связывания сборки. Результат работает, но обычно шумный из-за плохого зажима пластин.

Hedgehog

Hedgehog Трансформеры изредка встречаются в самодельных радиоприемниках 1920-х годов.Это самодельные звуковые межкаскадные трансформаторы связи.

Эмалированная медная проволока наматывается на центральную половину длины пучка изолированной железной проволоки (например, цветочной проволоки) для образования обмоток. Затем концы железных проводов сгибаются вокруг электрической обмотки, чтобы замкнуть магнитную цепь, и все обматывается лентой или веревкой, чтобы удерживать их вместе.

Вариопары

Вариопары (иногда называемые вариометрами) [1] - это высокочастотные трансформаторы с двумя обмотками и регулируемой связью между обмотками.Они были стандартным оборудованием в радиоприемниках 1920-х годов.

Вариоэлементы с блинной катушкой были обычным явлением в радиостанциях 1920-х годов для переменного РЧ-соединения. Две плоские катушки были расположены так, чтобы отклоняться друг от друга, а угол между ними увеличивался до 90 градусов, что давало широкие возможности соединения. Ядро не использовалось. В основном они использовались для контроля реакции. Блинная структура была средством минимизации паразитной емкости.

В другой конструкции вариопары 2 катушки были намотаны на 2 круглых бандажа и размещены одна внутри другой с возможностью вращения внутренней катушки.Сцепление меняется, поскольку одна катушка поворачивается от 0 до 90 градусов относительно другой. У них была более высокая паразитная емкость, чем у блинных.

Не трансформаторы

Наконец, есть некоторые элементы, которые часто принимают за трансформаторы, но не всегда трансформаторы.

Бородавки: небольшие блоки питания со встроенной сетевой вилкой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *