Трансформатор что это: Что такое трансформатор

Что такое трансформатор

Что такое трансформатор

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. Такое определение трансформатору дает ГОСТ 16110-82.

Трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку для различных нужд в областях  электроэнергетики, электроники и радиотехники.

Конструктивно трансформатор состоит из одной, как в автотрансформаторах, или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), намотанных, обычно, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала, охватываемых при этом общим магнитным потоком.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора строится на двух базовых принципах:

• Электромагнетизм — изменяющийся  во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле;


• Электромагнитная индукция — изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт электродвижущую силу (ЭДС) в этой обмотке.

Практически все современные трансформаторы работают по одному и тому же принципу. На одну из обмоток, которую называют первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. Под действием электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, включая первичную, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону относительно магнитного потока.

Некоторые трансформаторы, работающие на высоких или сверхвысоких частотах,  не имеют магнитопровода.

Трансформаторы, как электромагнитныеустройства, имеют несколько режимов работы:

• Режим холостого хода. Этот режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. При помощи холостого хода определяют КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.


• Нагрузочный режим. Данный режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Этот режим — основной рабочий для трансформатора.


• Режим короткого замыкания. Такой режим получается как результат замыкания вторичной цепи накоротко. С помощью этого режима определяют потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Тип трансформатора определяется при помощи коэффициента трансформации, значение которого рассчитывается как отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

k = N₁/N₂

При k >1 трансформатор будет понижающим, а при k < 1 повышающим.

ООО «ТД «Автоматика» уже более 10 лет поставляет трансформаторы различных типов предприятиям электроэнергетики и промышленности. Наша компания имеет партнерские отношения с большинством производителей трансформаторов и может предложить своим клиентам данные изделия по привлекательным ценам. Мы поможем вам правильно подобрать трансформатор, в полном соответствии с требованиями технической и проектной документации. Каталог трансформаторов постоянно обновляется. Кроме данного сайта, у нас имеется тематический сайт по трансформаторному оборудованию.

Электрический трансформатор

Трансформатор – это устройство, главным назначением которого является преобразование электрического тока. Он изменяет напряжение тока посредством электромагнитной индукции.

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

 

• Изменяющийся во времени электрический ток создает изменяющееся во времени магнитное поле.
• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, электромагнитную индукцию в этой обмотке. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать. Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток.

 

В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток. 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.

 

 

 

Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи 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.

4. Режим холостого хода. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены, ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, невелик. Для трансформатора с сердечником из магнито-мягкого материала ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода.

5. 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.

6. 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.

 

 

 

 

Виды электрических трансформаторов

 

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Автотрансформатор — 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, 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. Трансформатор тока — 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.

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 — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического. Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. 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. Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем. Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Сдвоенный дроссель — 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.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. 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. Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

 

 

 

 

Применение трансформаторов 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. Трансформаторы понижающие электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью.

 

 

 

 

Применение трансформаторов в источниках электропитания

 

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. В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств 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 позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение. 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.

 

 

 

 

Эксплуатация электрических трансформаторов

 

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории: Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего электрического 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.

 

 

 

 

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает | Энергофиксик

Трансформатор — это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на значительное расстояние. В этой статье я расскажу, как устроен трансформатор и каким образом он работает.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Что такое трансформатор

Для начала давайте узнаем определение. Трансформатор – это статическое электромагнитное изделие, предназначенное для трансформирования переменного электрического тока одного напряжения и частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Функционирование абсолютно любого трансформатора базируется на таком явлении, как электромагнитная индукция.

Для чего необходим трансформатор

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Область использования трансформаторов очень широка. Так, например, они принимают непосредственное участие при транспортировке электричества на значительные дистанции.

Генераторы вырабатывают напряжение довольно низкое от 10 до 18 киловольт, которое невозможно передать на значительные расстояния (без значительных потерь на нагрев проводников). Поэтому рядом с генерирующими мощностями и устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ и даже 1150 кВ и уже такое напряжение вполне возможно передавать при минимальных потерях на значительные расстояния.

И уже возле непосредственного потребителя устанавливаются понижающие трансформаторы, оные преобразуют повышенное напряжение в привычные для нас 380 В и 220 В.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Кроме силовых трансформаторов так же распространены трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и импульсные трансформаторы.

Как работает трансформатор

Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, давайте рассмотрим самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Итак, трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.

Обмотка, именуемая первичной, подсоединяется к источнику переменного тока, а вторая обмотка (именуемая вторичной) подсоединяется непосредственно к нагрузке.

В подсоединенной к генератору первичной обмотке протекает ток I1, этот процесс порождает поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС.

В случае если ко вторичке не подсоединена нагрузка, то подобный режим функционирования трансформатора именуется как режим холостого хода. Если же потребитель подключен, то во вторичной обмотке начинает течь ток I2, формирующийся под воздействием наведенной ЭДС

Причем величина ЭДС имеет прямую связь с количеством витков в обмотках.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Таким образом, изменяя количество витков в обмотках трансформатора, происходит регулирование напряжения для потребителя на вторичной обмотке.

Потери энергии в трансформаторе

Невзирая на высокий КПД трансформатора, он не считается идеальным и в нем непременно присутствуют потери, оные выражаются в нагреве самого трансформатора.

Примечание. Эталонным трансформатором считает тот, в котором отсутствуют всякие потери, и получается, что мощность первичной обмотки совпадает с мощностью вторичной обмотки.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Так в трансформаторах малой мощности потери на нагрев минимальны и поэтому отвод выделяющегося тепла осуществлен за счет естественной воздушной конвенцией. Подобные трансформаторы еще именуются сухими.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

В тех изделиях, где обдув воздухом малоэффективен, применяется охлаждение с применением трансформаторного масла. Здесь трансформатор погружается в специализированный бак залитый маслом и во время работы тепло от трансформатора переходит к маслу, которое рассеивает его через внешний кожух. При этом так же в мощных трансформаторах используется принудительный обдув, охлаждающий радиаторы с маслом.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает

Заключение

Мы рассмотрели самый простой трансформатор, который позволяет понять сам принцип работы этого изделия. Если статья оказалась вам интересна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

Ответы на вопросы о трансформаторах.

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта. Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными. Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

— На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

 

— Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации. При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным. Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

 

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов. Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника. Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

 

— Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделать пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

 

— Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора — это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

— Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

 

— Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

 

Нам также задают вопросы, которые косвенно касаются выбора трансформатора. Можно назвать их «вопросы от любознательных». И хотя информацию по таким вопросам, часто, можно найти в открытом доступе, мы охотно идем навстречу:

— От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

Ответ: Сроки межповерочных интервалов трансформаторов устанавливаются, непосредственно, заводом-изготовителем, исходя из характеристик данной конкретной модели трансформатора. Как правило, межповерочный интервал трансформатора составляет 4 года.

 

— Что означают обозначения обмоток защиты 5Р и 10Р на трансформаторе?

Ответ: Обозначения 5Р и 10Р применяются для отображения погрешности релейной защиты в 5% и 10% соответственно.

 

— Трансформатор тока и трансформатор оперативного тока – в чем разница?

Ответ: Главное отличие состоит в назначении этих трансформаторов. Трансформаторы тока предназначаются для преобразования тока до таких значений, которые были бы удобны для измерения, а, следовательно, используются для подключения различного измерительного оборудования. Трансформатор оперативного тока предназначается для питания различных цепей управления оборудованием (реле, приводы, и т.п.), автоматики, а также сигнализации и защиты.

 

— Чем отличаются трансформаторы с изолированной нейтралью и глухо заземленной нейтралью?

Ответ: В цепях трансформаторов с глухозаземленной нейтралью, вторичную обмотку соединяют по схеме «звезда с нулевым выводом», и поэтому такой трансформатор имеет 4 вывода. Один из выводов – нулевой. При этом, он соединен с контуром заземления. В цепях трансформаторов с изолированной нейтралью, используют схему соединения вторичной обмотки — «звезда», выводов при этом получается 3. Трансформаторы с глухозаземленной нейтралью, при обрыве одной из фаз – безопаснее, а с изолированной – не прекращают подачу электроэнергии.

Трансформатор

Что такое трансформатор

Определение 1

Трансформатор — это устройство для преобразования напряжения и силы тока в электрической цепи. С помощью трансформатора можно преобразовывать переменный ток и напряжение без изменения частоты.

Трансформатор состоит из обычно, замкнутого сердечника, который изготавливают из мягкого ферромагнетика и двух обмоток (первичной и вторичной). Обычно в электрической цепи первичную обмотку (вход трансформатора) подключают к сети питания (источнику) переменного тока, а вторичная обмотка (выход) подключается к потребителям электричества. ЭДС электромагнитной индукции (${{\mathcal E}}_i$), которая появляется во вторичной обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. При изменении количества витков во вторичной обмотке можно существенно изменять напряжение на выходе прибора.

Принцип действия трансформатора

Рассмотрим, как связаны напряжение на входе ($U_1$) и напряжение ($U_2$) на выходе. При этом считаем, что $Ф$ — магнитный поток в сердечнике (магнитопроводе), допустим, что он описывается гармоническим законом:

$Ф=Ф_m{sin \left(\omega t\right)\ }\left(1\right) $, где:

• $\omega \ $ — угловая частота переменного тока (число периодов за 2$\pi \ секунд$),
• $Ф_m$ — амплитуда магнитного потока.

В реальных трансформаторах некоторая часть линий индукции, которая создана первичной обмоткой, покидает сердечник и замыкается вне вторичной обмотки. Так образуется магнитный поток рассеяния, влекущий за собой потери электроэнергии и, соответственно, общая мощность за счёт этих потерь уменьшается.

В качественных трансформаторах потоком рассеяния можно пренебречь в сравнении с потоком внутри сердечника, следовательно, можно считать, что потоки через обмотки равны ($Ф$). Если ${{\mathcal E}}_1$ — ЭДС самоиндукции, то она равна:

${{\mathcal E}}_1={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(2\right) $

ЭДС во второй обмотке (${{\mathcal E}}_2$) равна:

${{\mathcal E}}_2=-N_2\frac{dФ}{dt}\left(3\right)$, где:

• $N_1 — $количество витков в первичной обмотке,
• $N_2$ — число витков во вторичной обмотке.

Используем закон Ома, тогда напряжение на входе трансформатора ($U_1$) равно:

$U_1=R_1I_1-{{\mathcal E}}_1=R_1I_1+N_1\frac{dФ}{dt}\left(4\right)$

Напряжение на выходе ($U_2$) равно:

$U_2=R_2I_2-{{\mathcal E}}_2=R_2I_2+N_2\frac{dФ}{dt}\left(5\right)$, где:

• $R_1\ и\ R_2$ — сопротивления обмоток,
• $I_1\ и\ I_2$ — силы тока в соответствующих обмотках.

Допустим, что вторичная обмотка является разомкнутой ($I_2=0$). Кроме того для практически всех технических трансформаторов $R_1I_1\ll {{\mathcal E}}_1$. Разделим почленно уравнение (5) на (4), получим:

$\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\left(6\right)$,

где отношение $\frac{N_2}{N_1}=K$ называется коэффициентом трансформации.

Этот коэффициент показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного в режиме холостого хода. В том случае, если трансформатор имеет нагрузку, то падением напряжения пренебречь нельзя, вместо формулы (6) получается более сложное выражение. Формула (6) описывает закон преобразования амплитуд напряжений в трансформаторе.

Габаритную мощность трансформатора, определяемую габаритами сердечника и его материалом, можно вычислить по следующей формуле:

$P_{gab}=\frac{U_1 \cdot I_1 + U_12\cdot I_2}{2}\left(7\right)$

В том случае, если вторичной обмоткой трансформатора является часть первичной обмотки (или наоборот, часть вторичной обмотки является первичной обмоткой), трансформатор является автотрансформатором. Часто один из контактов автотрансформатора делают подвижным. Это дает возможность плавно менять выходное напряжение.

Трансформатор — пример применения вихревого электрического поля. Вихревое поле вызывает перемещение электронов во вторичной обмотке, таким образом, оно является причиной появления ЭДС.

Замечание 1

Первые трансформаторы были созданы П.Н. Яблочковым в 1877 г. и Ф.Н. Усагиным в 1882 г., а производить силовые трансформаторы в СССР стали с 1928 года.

Применение трансформаторов

Трансформаторы выполняют важные функции в электротехнике. Так в линиях электропередач применяются высокие напряжения (порядка десятков тысяч вольт). Благодаря их использованию можно уменьшить силу тока в линиях, что ведет к существенному уменьшению стоимости строительства линий электропередачи. При этом создавать генераторы и приборы — потребители электрической энергии, которые рассчитаны на высокие напряжения сложно, так как это требует высококачественной изоляции обмоток. В результате, генераторы производят низкое напряжение, а потом это напряжение увеличивают, используя повышающие трансформаторы. Там, где электрическая энергия потребляется, ток высокого напряжения изменяют, используя понижающие трансформаторы.

Замечание 2

Трансформаторы имеют высокий КПД, доходящий до $99\%$. Они не содержат движущихся частей.

Трансформаторы можно использовать для согласования источника мощности с нагрузкой для получения максимальной отдачи мощности, это применимо для многих устройств. Так, с помощью трансформатора согласовывается большое внутреннее сопротивление усилителя с малым сопротивлением громкоговорителя.

Задание № 1: Изобразите векторную диаграмму холостого хода в трансформаторе.

Решение:

Холостым ходом трансформатора называют его работу при разомкнутой вторичной обмотке ($I_2=0$). Пренебрежем запаздыванием фазы потока магнитной индукции в сравнении с фазой силы тока в первичной обмотке из-за некоторой инерции, которая возникает при перемагничивании материала сердечника. Если потерями и рассеянием потока пренебречь, то можно записать:

$U_{1i}={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(1.1\right)$

$U_{2i}={-N}_2\frac{dФ}{dt}\left(1.2\right)$

Так как сила тока холостого хода очень мала, как и сопротивление первичной обмотки в сравнении с ее индуктивным сопротивлением, следовательно:

$U_1\approx -U_{1i}$

$U_{1i}$ отстает на $\frac{\pi }{2}$ от магнитного потока.

Напомним, что $U_1-\ $ — внешнее напряжение, которое приложено к первичной обмотке, $U_{1i}$ — напряжение в первичной обмотке в результате самоиндукции, $U_{2i}$ — напряжение на вторичной обмотке в результате взаимной индукции, $I_m$ — сила тока холостого хода, $Ф_m$ — поток холостого хода, который охватывается каждым витком обмоток.

Рисунок 1. Векторная диаграмма холостого хода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Задание № 2: Объясните, в чем эксплуатационные особенности автотрансформатора?

Решение:

Эксплуатационное отличие автотрансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки автотрансформатора находятся между собой в электрическом контакте, а обмотки трансформатора изолированы. Поэтому статические заряды из первичной обмотки автотрансформатора могут перейти во вторичную обмотку, что в трансформаторе исключено. Это явление следует учитывать. Автотрансформатор является экономичной конструкцией трансформатора, так как помогает экономить на обмоточных проводах. При этом автотрансформатор сохраняет все физические принципы работы трансформатора.

Трансформатор — Моряк

Основные определения
Трансформатор представляет собой электромагнитный аппа¬рат, предназначенный для преобразования напряжений перемен¬ного тока при одной и той же частоте. Передача электрической энергии от одной обмотки трансформатора к другой осуществля¬ется с помощью магнитного поля. Для усиления электромагнит¬ной связи обмотки обычно располагаются на магнитопроводе, на¬бранном из листов электротехнической стали.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электриче¬ская энергия переменного тока, называется первичной. Обмотка, от которой энергия отводится,— вторичной.
Мощность, ток, напряжение, сопротивление и т. п., относя¬щиеся к первичной обмотке, называются первичными. Аналогич¬ные величины, относящиеся ко вторичной обмотке,— вторичными. Обмотка трансформатора, подключенная к сети с более высоким напряжением, считается обмоткой высшего напряжения (ВН). Если она является первичной, трансформатор будет понижаю¬щим. При подключении первичной обмотки к сети с меньшим на¬пряжением она называется обмоткой низшего напряжения (НН). Трансформатор при этом является повышающим. В зависимости от числа обмоток различают трансформаторы — двухобмоточные, трехобмоточные и многообмоточные; в зависимости от рода то¬ка — однофазные, трехфазные, многофазные.
По назначению судовые трансформаторы подразделяются на силовые, служащие для передачи и распределения электроэнер¬гии; силовые специального назначения, например, используемые в различного рода выпрямительных установках, сварочные и т. п.; осветительные; измерительные.
Обмотки трансформаторов могут иметь воздушное или мас¬ляное охлаждение. В зависимости от этого различают трансфор¬маторы сухие или масляные. В масляном магнитопровод вместе с обмотками находится в баке, заполненном маслом. На судах, как правило, применяются сухие трансформаторы с воздушным охлаждением.
Величины, характеризующие работу трансформатора в уело* виях, на которые он рассчитан, называются номинальными и ука¬зываются на щитке.

Трансформатор это устройство предназначенное для

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

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

Устройство трансформатора

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

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

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

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

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

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

Вид уличного силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

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

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

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

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

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

Принцип действия

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

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

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

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

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

Сфера использования

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

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

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

Свойства и расчет трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

Установка и эксплуатация

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

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

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

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

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

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

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

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

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

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

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

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

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

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

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

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

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

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

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

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

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

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

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

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

–>

© 2012-2019 г. Все права защищены.

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

Что такое трансформатор

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

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

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

Принцип работы трансформатора

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

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

Режимы работы трансформатора

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

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

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

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

Виды трансформаторов

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

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

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

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

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

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

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

Уравнения идеального трансформатора

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

Магнитопровод трансформатора

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

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

Обмотка трансформатора

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

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

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

Применение трансформаторов

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

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

Схема трансформатора

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

▷ Что такое трансформатор?

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

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

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

Принцип работы трансформатора

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

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

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

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

Виды трансформаторов

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

1) Повышающий трансформатор

2) Понижающий трансформатор

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

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

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

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

Как видно из рисунка, трехфазный трансформатор будет иметь три первичные обмотки и три вторичные обмотки. Способ, которым три обмотки соединяются друг с другом, может быть соединением треугольником или соединением Y.Оба они показаны ниже:

Если катушки соединены последовательно, образуя замкнутый контур, то соединение известно как соединение треугольником, но если три обмотки соединены так, что все они имеют общую точку, то образуется соединение Y-типа. Он имеет нейтральный провод в общей конечной точке. Обе эти связи эквивалентны и взаимообразуемы из одной формы в другую.

В следующей части этого урока мы рассмотрим конструкцию трансформатора, который, я думаю, очень важен для инженера-электрика.Я объясню основы конструкции трансформатора, такие как обмотки и т. Д., И проверю, как спроектировать трансформатор.

Так что следите за обновлениями и подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте, чтобы получить эти удивительные обучающие программы в своем почтовом ящике. Заботиться.

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Итак, что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции.Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже. Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые иначе называются катушками, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в основном первичная обмотка трансформатора получает напряжение переменного по своей природе. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной обмоткой, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС, индуцированную во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Если цепь вторичной стороны замкнута, будет течь ток, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора — это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой объединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это требуется для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, проходящего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь.Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, поскольку для нас важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеупомянутое уравнение может быть записано как,

, где E _м = 4,44ωΦ _м = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС определяется как

ЭДС, индуцированная в первичной и вторичной обмотках, выражается как (Wb), f — частота в герцах (Гц), а E ₁ и E ₂ в вольтах.

If, B _м = максимальная плотность магнитного потока в Тесла (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратном метре (м ² )

Обмотка, имеющая более высокую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное напряжение на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, то есть

Отношение T ₁ / T ₂ называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, равное наведенному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, область применения, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т. д.

Теперь мы рассмотрим каждый из них более подробно:

Классификация трансформаторов на основе уровней напряжения

Это, вероятно, самая основная форма классификации, когда дело доходит до трансформаторов, независимо от того, является ли это ступенькой выше. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформаторов на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмоткой обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в передающих сетях, работающих при очень высоких уровнях напряжения и используются либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и при напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь при передаче или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, такой тип трансформаторов используется в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для питания промышленных предприятий при напряжении 33 кВ или для бытовых целей при напряжении 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуется меньшая изоляция по сравнению с силовым трансформатором.

Распределительный трансформатор можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через некоторое время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от механизмов охлаждения:

Масло Natural Air Natural (ONAN)

Oil Natural Air Forced (ONAF)

Oil Forced Air Forced (OFAF)

Oil Forced Water Forced (OFWF)

Сухой трансформатор

Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является наивысшим приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

Air Natural (AN)

Air Blast

Измерительный трансформатор

Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах прямого измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

Трансформаторы тока

Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

Трансформаторы потенциала

Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и колеблется от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

Могут ли трансформаторы работать при напряжении, отличном от номинального?

Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как возникнет больше потерь, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы указаны в кВА, так как кВт будет включать коэффициент мощности.

Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковое полное сопротивление, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

Что такое трансформатор? — Основы схемотехники

Трансформатор — это электрическое устройство, предназначенное для передачи электроэнергии от одной цепи к другой с той же частотой.Его также называют статическим механизмом, поскольку он не имеет движущихся частей. Он используется для управления уровнями напряжения между цепями. Он состоит из трех основных частей, которые состоят из двух обмоток и металлического сердечника, на который намотаны обмотки. Эти обмотки имеют форму катушек, изготовленных из хороших токопроводящих материалов. Обмотки трансформатора играют главную роль в машине, поскольку эти обмотки служат в качестве индукторов.

Анатомия преобразователя a T

Трансформатор состоит из следующих частей:

• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка
• Сердечник
• Изоляционные материалы
• Трансформаторное масло
• Консерватор
• Сапун
• Устройство РПН
• Охлаждающие трубки
• Реле Бухгольца
  5
Взрывоопасный клапан

Как работают трансформаторы

Первичная обмотка, вторичная обмотка и сердечник являются основными частями силового трансформатора.Эти детали очень важны для работы трансформатора.

Первичная обмотка обычно изготавливается из меди из-за ее высокой проводимости и пластичности. Количество витков катушки должно быть кратно количеству витков вторичной катушки. Он также отвечает за производство магнитного потока. Магнитный поток создается, когда первичная катушка подключена к источнику электричества. Медный провод, используемый в первичной катушке, должен быть тоньше, чем у вторичной катушки, чтобы ток во вторичной катушке был выше, чем в первичной катушке.

Вторичная обмотка, которая также сделана из меди, принимает магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой. Поток проходит через сердечник и соединяется со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка подает энергию на нагрузку при измененном напряжении. В этой катушке будет индуцироваться напряжение, поэтому обмотка должна иметь большее количество витков по сравнению с первичной обмоткой. Ток, идущий от первичной катушки, будет генерировать переменный магнитный поток в сердечнике, чтобы вызвать электромагнитное соединение между первичной и вторичной катушками.Магнитный поток, который проходит через две катушки, индуцирует электродвижущую силу, величина которой пропорциональна количеству витков катушки.

Обмотка проводов катушки и выходное напряжение и ток

Величина наведенного напряжения, вызванного наведенным током во вторичной катушке, зависит от количества витков катушки во вторичной катушке. Соотношение между витками проволоки и напряжением в каждой катушке определяется уравнением трансформатора :

Уравнение трансформатора показывает, что отношение входного и выходного напряжений трансформатора равно отношению количества витков на первичной и вторичной обмотках.

Расчет входного и выходного напряжения / тока в зависимости от первичной и вторичной обмоток

Соотношение входного и выходного тока и витков катушки трансформатора определяется выражением:

Данное уравнение показывает, что отношение входного и выходного тока трансформатора равно отношению количества витков двух катушек.

Оценивая два приведенных выше уравнения, мы можем сделать вывод, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается.Таким же образом, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Что такое рейтинг VA?

ВА или вольт-ампер. обычно используется для определения силы тока при заданном напряжении в трансформаторе. Вольт-ампер также используется для измерения полной мощности в электрической цепи. Этот рейтинг определяет, сколько вольт-ампер способен выдать трансформатор.

Определение ВА и расчет максимального тока для первичной и вторичной обмоток

Чтобы рассчитать ток первичной и вторичной обмоток трансформатора с заданной номинальной мощностью, мы используем следующее:

Для отношения количества витков, напряжения и тока

Для максимального первичного тока

Для максимального вторичного тока,

Обозначение выходного напряжения трансформаторов с центральным отводом

Трансформатор с центральным отводом также широко известен как «двухфазный трехпроводной трансформатор».Это тип трансформатора, который имеет дополнительный провод, подключенный к середине вторичной обмотки трансформатора. Он обеспечивает два вторичных напряжения, V _A и V _B, с общим подключением. Эти вторичные напряжения равны подаваемому напряжению, что дает равную мощность каждой обмотке.


12-0-12 Трансформатор

A 12-0-12 трансформатор — это понижающий трансформатор с центральным отводом с входным напряжением 220 В переменного тока при 50 Гц и выходным напряжением 24 В или 12 В (среднеквадратичное значение).Он назван трансформатором 12-0-12 из-за выходных потенциалов трех клемм, как показано на рисунке выше. Вторичная обмотка состоит из трех выводов: двух выводов от конца до конца и третьего вывода в качестве центрального отвода. На рисунке выше напряжение будет 24 В на всем протяжении (T ₁ и T ₃ ). Напряжение на T ₁ и T ₂ будет 12 В. 0 в 12-0-12 представляет собой контрольную точку с нулевым напряжением.




Что такое трансформатор?

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее переменный ток из одного напряжения в другое.он может быть разработан для «повышения» или «понижения» напряжения и работает по принципу магнитной индукции. Трансформатор не имеет движущихся частей и представляет собой полностью статичное твердотельное устройство, обеспечивающее при нормальных условиях эксплуатации долгий и безотказный срок службы. Трансформатор состоит из двух или более катушек изолированного провода, намотанного на многослойный стальной сердечник. Когда напряжение подается на одну катушку (называемую первичной), оно намагничивает железный сердечник. В результате во вторичной или выходной катушке индуцируется напряжение.Изменение напряжения (отношения напряжений) между первичной и вторичной обмотками зависит от соотношения витков двух катушек.

---

Что делает трансформатор?

Принцип работы Трансформатор работает по принципу магнитной индукции. Каждый трансформатор состоит из двух или более катушек изолированного проводника (проволоки), намотанного на многослойный стальной сердечник. Когда напряжение подается на ПЕРВИЧНУЮ (входную) катушку, она намагничивает стальной сердечник, который, в свою очередь, индуцирует напряжение на ВТОРИЧНОЙ (выходной) катушке.Напряжение, индуцированное от первичной к вторичной катушкам, прямо пропорционально соотношению витков между двумя катушками. (См. Рис.1) Например, если на входе трансформатора или на входе первичной обмотки в два раза больше витков провода, чем во вторичной обмотке, то соотношение будет 2: 1. Следовательно, если вы приложите 480 вольт к первичной обмотке, на вторичной будет индуцировано 240 вольт. Это пример двухобмоточного «понижающего» трансформатора. (См. Рис. 2). Если напряжение должно быть «повышено» или увеличено, тот же трансформатор можно развернуть и подключить так, чтобы на входной стороне было 240 вольт, а на выходе — 480 вольт.(См. Рис. 3) Стандартные трансформаторы мощностью 3 кВА и более могут использоваться как для повышающего, так и для понижающего режима. Трансформаторы номиналом 2 кВА и ниже имеют компенсированные обмотки и не должны использоваться в системах с обратным питанием. (Примечание: необходимо учитывать некоторые соображения по проектированию системы.)

Что такое трансформатор, как он работает и различные типы трансформаторов

Если вы какое-то время знакомы с электрическими приборами, вы, вероятно, слышали о трансформаторе.Да, это те огромные громоздкие вещи, которые можно найти на углах улиц, которые издают случайные пугающие звуки и иногда издают искры. В зарядном устройстве для телефона тоже есть что-то вроде небольшого трансформатора, но гораздо меньше по размеру и с совершенно другим механизмом.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, использующее принципы электромагнетизма для преобразования одного напряжения или тока в другое. Он состоит из пары изолированных проводов, намотанных на магнитопровод.Обмотка, к которой мы подключаем преобразованное напряжение или ток, называется первичной обмоткой, а выходная обмотка — вторичной обмоткой.

Трансформаторы

бывают двух типов: повышающие, которые увеличивают напряжение или ток, и понижающие, что снижает входное напряжение или ток. Например, трансформаторы в вашей микроволновой печи — это вторичный трансформатор, который используется для подачи около 2200 Вольт на вакуумную лампу в микроволновой печи.

Следует отметить, что трансформаторы работают только с переменным или переменным напряжением и не работают с постоянным током.Теперь мы узнаем почему.

Насколько важны трансформаторы в электрической системе?

Это было примерно в 1856 году, когда два блестящих ума Никола Тесла и Томас Эдисон соперничали друг с другом. Это были времена, когда электричество и его применение, например, накаливание лампочки и запуск двигателя, были только заметны. Именно Эдисон и его сотрудники первыми открыли систему постоянного тока, а через некоторое время после этого Тесла разработал свою систему переменного тока (переменного тока).С тех пор оба пытались доказать, что их система более выгодна, чем другая.

К тому времени настало время для электричества в дома. Пока Эдисон был занят демонстрацией того, насколько опасен переменный ток, убивая слонов электрическим током, Тесла и его команда придумали трансформаторы, которые сделали передачу электричества намного проще и эффективнее. Даже сегодня трансформаторы играют жизненно важную роль в системе передачи. Давай узнаем почему.

Передача электроэнергии с высоким напряжением и малым током поможет нам уменьшить толщину проводов передачи и, следовательно, стоимость, а также повысить эффективность системы.По этой причине стандартная система передачи может иметь напряжение от 22 кВ до 66 кВ, в то время как некоторые генераторы на электростанции имеют выходное напряжение всего 11 кВ, а бытовому прибору переменного тока требуется только 220 В / 110 В. Итак, где происходит это преобразование напряжения и кто это делает.

Ответ на вопрос — трансформаторы. От электростанции до вашего дома в системе будут трансформаторы, которые будут повышать (повышать напряжение) или понижать (понижать напряжение) напряжение для поддержания эффективности системы.Вот почему трансформаторы называют сердцем системы передачи электроэнергии. Подробнее о них мы узнаем в этой статье.

Обозначения трансформатора

Обозначение схемы трансформатора — это просто две катушки индуктивности, соединенные бок о бок с одним и тем же сердечником. Характер линии между двумя обмотками указывает на тип используемого сердечника: пунктирная линия представляет феррит, две параллельные линии представляют слоистое железо, а ни одна линия не представляет воздушный сердечник.

Иногда количество «выступов» используется как приблизительный показатель функции трансформатора — меньшее количество выступов с одной стороны и больше с другой может означать, что первая сторона имеет меньшее количество витков, чем другая.

Работа трансформатора

Чтобы понять принцип работы трансформатора , нам нужно вернуться во времени, в лабораторию Майкла Фарадея.

Майкла Фарадея можно назвать отцом трансформатора, поскольку именно его эксперименты помогли нам понять электромагнетизм и разработать такие устройства, как двигатели и генераторы.

В конце 1800-х годов, когда было обнаружено, что электричество и магнетизм связаны явлениями, возникла гонка за попытками создать практическое устройство, которое могло бы использовать силу магнитов для выработки электричества.

Фарадей обнаружил, что электричество можно получить, если поднести магнит к катушке с проволокой. Он обнаружил, что напряжение будет создаваться только при изменении магнитного поля, то есть, если он перемещает катушку или магнит относительно друг друга.

В постоянном токе постоянный ток и магнитное поле. Поскольку поле стабильное и не меняется, на вторичной обмотке не возникает напряжения, и трансформатор выглядит как обычная катушка из резистивного провода, ведущего к источнику питания. Таким образом, трансформаторы не работают с постоянным током.

Он также обнаружил, что когда две катушки с проволокой находятся близко друг к другу, ток, протекающий в одной катушке, может индуцировать ток в другой катушке. Этот принцип называется взаимной индуктивностью и определяет работу всех современных трансформаторов.

Как показано на рисунке, трансформатор состоит из двух обмоток, намотанных на магнитопровод.

Цель наличия сердечника заключается в том, что воздух не очень хорошо поддерживает магнитные поля, поэтому наличие магнитного сердечника увеличивает магнитное поле для заданного количества тока, протекающего через одну обмотку, что, в свою очередь, создает более сильный ток в другой. , увеличивая общую эффективность устройства.

Когда ток проходит через первичную обмотку, в сердечнике создается магнитное поле, которое в основном ограничивается сердечником.

Это магнитное поле проходит через середину вторичной обмотки и, следовательно, индуцирует ток в другой по закону взаимной индукции.

Прелесть этой системы в том, что отношение входного напряжения к выходному — это просто отношение первичной и вторичной обмоток, суммируемое по следующей формуле:

Vout / Vin = Nsec / Npri

Где Vout — выходное напряжение, Vin — входное напряжение, Nsec — количество витков вторичной обмотки, а Npri — количество витков в первичной обмотке.

Итак, если у вас есть два трансформатора, один с 100 витками на первичной обмотке и 1000 на вторичной обмотке, а другой с 10 витками на первичной обмотке и 100 витками на вторичной обмотке, вы можете рассчитать соотношение витков как 1:10 для обоих, поэтому они оба повышают напряжение до одного и того же уровня.

Свойства трансформатора

Если мы более внимательно посмотрим на приведенный выше пример, первый трансформатор будет иметь большее сопротивление обмотки (поскольку используется больше проводов) и в некоторых случаях это может ограничивать количество тока, который может быть получен от трансформатора.Это свойство называется сопротивлением обмотки, но в большинстве случаев это не имеет особого значения, поскольку используемый медный провод обычно имеет низкое сопротивление.

Еще вы заметите, что нет прямого электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Это называется гальванической развязкой и, как мы увидим, может быть очень полезно.

Глядя на каждую обмотку трансформатора, мы видим, что они сконструированы так же, как катушки индуктивности — катушка с проволокой, намотанная вокруг магнитного сердечника, — и также имеют индуктивность.

Эта индуктивность пропорциональна квадрату числа витков, вычисляемому по следующей формуле:

Lpri / Lsec = Npri2 / Nsec2

Где Lpri — индуктивность первичной обмотки, Lsec — индуктивность вторичной обмотки, Npri — количество витков на первичной обмотке, а Nsec — количество витков на вторичной обмотке.

Константу пропорциональности для данного сердечника можно найти в таблице данных, и она обычно выражается в единицах мкГн / оборот2.Точное значение зависит от типа и размера сердечника.

Предположим, у вас есть сердечник трансформатора со спецификацией 1 мкГн / виток2. Если вы намотаете одну обмотку на этот сердечник, то индуктивность будет равна значению константы, умноженному на число витков в квадрате, в данном случае 1. Таким образом, индуктивность этой обмотки будет 1 мкГн. Если на этот же сердечник намотать еще одну обмотку с 10 витками, то индуктивность будет:

(1 мкГн / оборот2) * (10 витков) 2 = 100 мкГн

Поскольку обмотки имеют индуктивность, они обеспечивают сопротивление сигналам переменного тока, определяемое по формуле:

XL = 2π * f * L

Где XL — полное сопротивление в омах, f — частота в омах, а L — индуктивность в единицах Генри.

Допустим, вы хотите сконструировать трансформатор, потребляющий 3 А при 220 В переменного тока при 50 Гц, что является стандартной частотой сети. Тогда полное сопротивление первичной обмотки должно быть 73,3 Ом по закону Ома. Теперь, когда мы знаем необходимое сопротивление и частоту, мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность, необходимую для обмотки:

L = (XL) / (2π * f)

Подставляя значения, мы находим, что необходимая индуктивность составляет 233 мГн.

Используя эту информацию и значение мкГн / виток2 из таблицы данных, мы можем рассчитать количество обмоток, необходимых для получения требуемой индуктивности.

Предположим, что значение составляет 50 мкГн / виток2, тогда мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность:

Где N — количество витков, L — требуемая индуктивность, а член t2 / мкГн — это просто величина, обратная значению, указанному в таблице данных.

Применяя наши значения в формуле, мы получаем необходимое количество витков, равное 2158. Итак, как вы видите, освоив формулы, вы можете проектировать трансформаторы практически для любого применения!

Строительство трансформатора

Для тех, кому нужно наматывать свои собственные трансформаторы, важно знать конструкцию трансформатора .

Трансформатор состоит из нескольких основных компонентов:

1.BOBBIN:

Бобина — это базовый каркас любых трансформаторов. Он обеспечивает катушку, на которую наматываются обмотки, а также удерживает сердечник на месте. Обычно он сделан из термостойкого пластика. Он также иногда содержит металлические штыри, к которым вы можете припаять концы обмоток, например, если хотите установить его на печатную плату.

2.БАЛЛОН

Это, наверное, самая важная часть трансформатора.Как показано на рисунке, сердечники могут быть разных форм и размеров. Именно магнитные свойства сердечника определяют электрические свойства трансформатора, который построен вокруг сердечника.

3. ОБМОТКИ

Это может показаться банальным, но проволока, использованная в конструкции, так же важна, как и любой другой аспект. Обычно используется сплошной эмалированный медный провод, так как изоляция прочная и тонкая, поэтому нет лишнего пространства из-за пластиковых изоляционных оболочек.

Применение трансформаторов

1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ГЛАВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Это, вероятно, наиболее распространенное применение трансформаторов — понижение сетевого напряжения для низковольтных устройств. Вы можете даже найти их внутри таких вещей, как микроволновые печи, старые телевизоры и блоки питания из кирпича. Эти трансформаторы имеют железные сердечники, которые обеспечивают отличную проницаемость, но делают их громоздкими и несколько менее мощными, чем у других типов.

Они имеют маркировку 12-0-12 или 6-0-6 с тремя вторичными проводами. Это означает, что два внешних провода имеют на выходе среднеквадратичное значение 12 В переменного тока, если вы сделаете центральный провод заземлением. Если вы измеряете обе обмотки 12 В, вы получите среднеквадратичное значение 24 В переменного тока. Это дает вам гибкость в выборе того, как вы можете использовать трансформатор.

2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Это очень особый тип источников питания, которые принимают вход постоянного тока и вырабатывают постоянный ток на выходе.Они есть у всех современных зарядных устройств для телефонов. Трансформаторы, используемые в этих блоках питания, больше похожи на индукторы с небольшим количеством витков и ферритовыми сердечниками со средней или высокой магнитной проницаемостью. Напряжение постоянного тока прикладывается к «первичной обмотке» на короткое время, так что ток нарастает до определенного уровня и сохраняет некоторую магнитную энергию в сердечнике. Эта энергия затем передается вторичной обмотке при более низком напряжении, поскольку она имеет меньшее количество витков. Они работают на высоких частотах, обладают отличным КПД и очень малы.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Это специальные трансформаторы с соотношением витков 1: 1, так что входное и выходное напряжения одинаковы. Они используются для отключения электроприборов от заземления. Поскольку сеть является заземленной, прикосновение даже к одному проводу может привести к поражению электрическим током, поскольку обратный путь — это буквально земля. Использование развязывающих трансформаторов «отключает» прибор от заземления сети, поскольку трансформаторы гальванически изолированы.

4.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

В большинстве стран мира в качестве стандартного напряжения питания используется 220 В переменного тока, но в некоторых странах, например в США, используется 110 В переменного тока. Это означает, что некоторые устройства, например блендеры, могут работать не во всех странах. Для этой цели мы можем использовать трансформаторы, которые преобразуют 110 В в 220 В или наоборот, чтобы убедиться, что техника может использоваться в любой стране.

5. СОГЛАСОВАНИЕ ИМПЕДАНСА

Это специальные типы трансформаторов, которые используются для согласования импеданса источника и нагрузки.Они находят широкое применение в ВЧ и аудиосхемах.

Коэффициент трансформации равен квадратному корню из импедансов источника и нагрузки.

6. АВТОТРАНСФОРМАТОР

Это трансформатор особого типа, который имеет только одну обмотку с «отводным» выходом, образующим вторичную обмотку. Обычно этот отвод является регулируемым, поэтому вы можете изменять выходное напряжение переменного тока, как делитель напряжения.

Заключение

Трансформаторы — полезные устройства, и научиться их конструировать и работать с ними может очень кстати! Хотя мы рассмотрели здесь основы, проектирование трансформатора с нуля — это то, что можно обсудить в другой статье, поэтому давайте поговорим об этом в другой раз.Итак, теперь, когда вы снова увидите трансформатор, вы будете знать, почему он там и как работает.

Как это работает Jameco Electronics

Автор: Меган Тунг

Трансформаторы — это электрические устройства, состоящие из двух или более катушек провода, которые используются для передачи электрической энергии посредством магнитного поля. Трансформаторы — это очень простые статические электромагнитные пассивные электрические устройства, которые работают по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое.Две электрические цепи связаны посредством взаимной индукции, которая представляет собой процесс, с помощью которого катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости. Электрическая энергия более эффективно передается от одной катушки к другой за счет наматывания катушек вокруг сердечника. Уровни напряжения и тока увеличиваются или уменьшаются без изменения частоты. Более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть снижены до гораздо более низкого, безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в домах и на рабочих местах.


Трансформатор напряжения
Однофазный трансформатор напряжения состоит из двух электрических катушек с проволокой, первичной обмотки и вторичной обмотки. Первичная обмотка потребляет энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Две катушки не связаны электрически, а связаны магнитно. Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такого же размера, как и в первой катушке. Понижающий трансформатор — это когда первая катушка (первичная обмотка) имеет больше витков, чем вторая катушка (вторичная обмотка), поэтому вторичное напряжение меньше первичного напряжения.Повышающий трансформатор — это когда первая катушка имеет меньше витков, чем вторая катушка, в результате чего вторичное напряжение выше первичного.
Трансформатор с железным сердечником
Как упоминалось ранее, катушки намотаны вокруг сердечника. Сердечник может быть изготовлен из нескольких различных материалов. Во-первых, это трансформатор с железным сердечником, в котором в качестве материала сердечника используются пластины из мягкого железа. Утюг обладает превосходными магнитными свойствами, что приводит к высокой магнитной связи трансформатора с железным сердечником, поэтому эффективность также высока.В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник, который имеет высокую магнитную проницаемость и предлагает очень низкие потери в высокочастотных приложениях. Часто трансформаторы с ферритовым сердечником используются в импульсных источниках питания или в приложениях, связанных с радиочастотами. В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы (кольцевой или кольцевой), такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Форма кольца обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния. В трансформаторе с воздушным сердечником потокосцепление полностью выполнено с использованием воздуха; однако они создают низкую взаимную индуктивность по сравнению с трансформатором с физическим сердечником.

Вам также может быть интересно прочитать: Что такое переменный ток?

---

Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Авторы фотографий: Учебники по электронике

Для чего нужен электрический трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, разработанное и изготовленное для повышения или понижения напряжения.Электрические трансформаторы работают по принципу магнитной индукции и не имеют движущихся частей. Поскольку трансформатор преобразует напряжение на входе в напряжение, необходимое для устройства или оборудования, подключенного к выходу, он обратно увеличивает или уменьшает ток, протекающий между различными уровнями напряжения. Электрический трансформатор иллюстрирует закон сохранения энергии, который гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена, а только преобразована!

Основная конструкция электрического трансформатора

Электрические трансформаторы, не имеющие движущихся частей или высокочувствительных основных компонентов или материалов, по своей природе являются исключительно надежными и долговечными элементами оборудования.От хорошо спроектированного и качественно изготовленного трансформатора можно ожидать, что он будет работать непрерывно и без сбоев в течение многих лет при номинальных условиях эксплуатации. В своей основной форме электрический трансформатор состоит из двух катушек или обмоток — входной и выходной — из электропроводящего провода, намотанного на сердечник из электротехнической стали.

Основная функция электрического трансформатора

Когда первичная катушка, принимающая напряжение (вход), находится под напряжением, сердечник намагничивается, и напряжение впоследствии индуцируется или стимулируется на выходе или вторичной катушке.Изменение напряжения (отношения напряжений) между первичной и вторичной обмотками зависит от соотношения витков катушек. Когда трансформатор нагружен, то есть когда устройство или оборудование, для питания которого предназначен трансформатор, подключено и трансформатор находится под напряжением, «нагрузка» начинает потреблять ток (выраженный в амперах или амперах) при напряжении, при котором трансформатор был разработан, чтобы доставить.