Трансформатор это устройство: ТРАНСФОРМАТОР | это… Что такое ТРАНСФОРМАТОР?

Трансформатор — устройство, принцип работы

Трансформаторы являются одними из самых распространенных электротехнических устройств, которые находят применение в самых различных областях — энергетике, промышленности, электронике, в быту. В частности, они нашли широкое практическое применение при передаче электроэнергии на большие расстояния, в распределительных системах, в различном промышленном и бытовом электрооборудовании.

Вообщем можно сказать, что трансформаторы окружают нас, порой даже незаметно, со всех сторон, начиная с трансформаторных подстанций и заканчивая зарядными устройствами для наших мобильных телефонов.

Все трансформаторы предназначены для работы только с переменным напряжением.

Трансформатор нельзя включать в сеть постоянного тока, так как при подключении трансформатора к сети постоянного тока магнитный поток в нем будет неизменный во времени и, следовательно, не будет индуктировать ЭДС в обмотках.

Вследствие этого в первичной обмотке будет протекать большой ток, так как при отсутствии ЭДС он будет ограничиваться только относительно небольшим активным сопротивлением обмотки.

Этот ток может вызвать недопустимый нагрев обмотки и даже ее перегорание.

Коротко назначение трансформатора можно охарактеризовать так: это устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Существуют трансформаторы как повышающего, так и понижающего типа. Правда в этом правиле есть одно исключение.

Разделительные трансформаторы

Это исключение — разделительные трансформаторы 220/220, которые предназначены для повышения электробезопасности, за счет гальванической развязки первичных цепей обмотки от вторичных, причем вторичная цепь не должна заземляться, чтобы исключить возможность замыкания вторичных цепей на землю.

Применение такого подключения существенно снижает вероятность поражения электрическим током, так как токи, возникающие в случае пробоя изоляции на корпус, имеют небольшое значение, что обусловлено гальванической изоляцией вторичных цепей трансформатора от цепей заземления.

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами безопасности.

Применяются они в местах с повышенными требованиями электробезопасности, таких как подвалы, мед.учреждения, помещения с повышенной влажностью и т.д.

Повышающие и понижающие трансформаторы

В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет более низкое напряжение, число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной.

То есть в понижающем трансформаторе напряжение первичной обмотки U1 больше напряжения вторичной обмотки U2 в n-ое количество раз, а ток вторичной обмотки I2 больше тока первичной обмотки I1 также в n-ое количество раз.

В повышающем трансформаторе обратное соотношение между напряжениями в обмотках и между токами в них.

Например, если включить на полную мощность трансформатор, с напряжениям первичной обмотки U1 = 220V и вторичной U2 = 24V, то при номинальном токе первичной обмотки I1 = 3A, ток во вторичной обмотке будет равен I2 = 3 * (220/24) = 27,5 A.

Коэффициент трансформации

Отношение напряжения на зажимах первичной обмотки U1 к напряжению вторичной обмотки U2 трансформатора на холостом ходу называется коэффициентом трансформации и принимается равным соотношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. В случае, если количество обмоток более двух, коэффициент трансформации определяют последовательно для каждой пары.

Обозначается коэффициент трансформации буквой n (иногда встречается обозначение k) и рассчитывается как :

U1 и U2 – это напряжения на входе и выходе из трансформатора;

N1 и N2 — число витков первичной и вторичной обмоток;

Эти расчеты справедливы для трансформаторов напряжения, для трансформаторов тока формула будет выглядеть следующим образом:

I1 и I2 – это токи первичной и вторичной цепей;

То есть в данном случае коэффициент трансформации рассчитывается как отношение первичного и вторичного токов.

Эти расчеты верны для идеальных условий работы трансформатора, в реальности же необходимо учитывать потери мощности на нагрев обмоток, вихревые токи, сдвиг фаз и т.д.

Все эти факторы будут влиять на точность преобразования и вносить погрешность в расчеты. И если для общепромышленных трансформаторов это не так существенно, то для измерительных трансформаторов точность имеет большое значение.

Принцип работы трансформаторов

Принцип действия всех трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.

Если первичную обмотку трансформатора подключить к сети источника переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток, который возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Который, в свою очередь, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, возбуждает в этой обмотке ЭДС. Под действием этой ЭДС по вторичной обмотке и через приемник энергии будет протекать ток.

Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключены потребители — вторичной.

Таким образом и происходит преобразование и распределение электрической энергии.

Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их размещают на магнитопроводе, собранным из отдельных листов электротехнической стали. Сами обмотки выполнены из изолированного провода.

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток, трансформаторы могут быть стержневыми, броневыми и тороидальными.

Магнитопровод стержневого однофазного трансформатора имеет два стержня, на которых помещены его обмотки. Эти стержни соединены ярмом с двух сторон так, что магнитный поток замыкается по стали.

Магнитопровод броневого однофазного трансформатора имеет один стержень, на котором полностью помещены обмотки трансформатора. Стержень с двух сторон охватывается (бронируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопроводом от механических повреждений.

У тороидального трансформатора сердечник выполнен из стальной ленты в виде кольца. Благодаря своей форме, он имеет ряд преимуществ перед другими типами — более высокий КПД, улучшенные тепловые характеристики, что благоприятно влияет на охлаждение трансформатора, более компактные габариты.

Основные характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристикам трансформаторов относятся:

• Номинальная мощность
• Коэффициент трансформации
• Номинальный ток
• Напряжение короткого замыкания
• Ток холостого хода
• Коэффициент мощности
• Коэффициент полезного действия (КПД)

1. Номинальной мощностью трансформатора S называется полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной нагрузке. Напомню, что полная мощность состоит из активной и реактивной мощностей, при этом часть ее уходит на нагрев, часть на полезную работу (активная мощность), часть на создание электромагнитного поля. Подробнее об этом читайте в статье Как перевести мощность из кВА в кВт.

Измеряется номинальная мощность в вольт-амперах (ВА), или киловольт- амперах (кВА).

2. Коэффициент трансформации. Об этом мы уже говорили выше.

3. Номинальный ток

. Это наибольшее допустимое значения тока в обмотках, при котором трансформатор может работать неограниченно долгое время.

4. Напряжение короткого замыкания. Это напряжение, которое нужно подать на одну из обмоток трансформатора, для того чтобы в цепи возник электрический ток. Данный показатель характеризует величину полного сопротивления трансформаторных обмоток. Зная величину напряжения К.З. можно определить возможность включения трансформаторов в параллельную работу.

5. Ток холостого хода. Это ток первичной обмотки трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. Методика измерений, называемая опыт холостого хода, позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивление холостого хода трансформатора.

6. Коэффициент мощности. Величина, равная отношению активной мощности, потребляемой электроприемником, к ее полной мощности. Определяется характером нагрузки (активная, реактивная), подключенной к его вторичной цепи.

В случае отсутствия нагрузки, на холостом ходу, трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощности, что неблагоприятно сказывается на работе источников переменного тока и электрических сетей.

7. Коэффициент полезного действия. Данная характеристика указывает на эффективность работы трансформатора и определяется отношением преобразованной активной мощности к потребляемой. Значение КПД трансформатора зависит от электрических и магнитных потерь энергии, которые неизбежны в процессе работы устройства.

Типы трансформаторов

Силовые трансформаторы — Данный вид трансформатора предназначен для преобразования электрической энергии в электрических сетях , для питания различного электрооборудования, в осветительных цепях.

Автотрансформаторы — у данного типа трансформаторов обмотки соединены между собой гальванически. В основном автотрансформаторы применяются для изменения и регулировки напряжения.

Трансформаторы тока — трансформатор, созданный для понижения первичного тока до величины применяемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение 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, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке на коэффициент трансформации.

Разделительные трансформаторы — имеют первичную обмотку, которая не связана электрически со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы служат для повышения безопасности в электросетях. Сигнальные разделительные трансформаторы предназначены для обеспечения гальванической развязки электрических цепей.

Импульсные трансформаторы — трансформатор, созданный для преобразования импульсных сигналов с продолжительностью импульса до 10-ов микросекунд с наименьшим искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электронного импульса (очень крутой фронт и срез, относительно неизменная амплитуда).

Пик-трансформаторы – трансформатор, преобразующий синусоидальное напряжение в импульсы пикообразной формы. Данный вид трансформаторов применяется для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми и электронными устройствами.

определение, устройство, виды конструкций и обозначение на схеме

Большинство начинающих радиолюбителей да и просто тех, кто увлекается радиотехникой, интересуют вопросы о том, что такое трансформатор, как он работает и для чего служит. На самом деле все очень просто: трансформатор служит для преобразования переменного тока из одного значения с определённой частотой (параметром) в другое с идентичным параметром.

• Устройство трансформатора
  • Магнитная система
  • Конструкция обмотки
  • Топливный бак
• Принцип работы
  • Функциональные режимы
  • Виды изделий
• Обозначение на схемах

Устройство трансформатора

В соответствии с ГОСТ 16110 −82, определение трансформатора выглядит следующим образом: трансформатор — это электромагнитное устройство статистического типа, которое оснащено двумя или более обмотками, обладающими индуктивной связью, и предназначенное для преобразования одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем.

Это электромагнитное изделие обладает простой конструкцией, состоящей из следующих элементов: магнитопровод (магнитной системы), обмотки, обмоточные каркасы, изоляция (не во всех трансформаторах), система охлаждения. дополнительные элементы. На практике производители для изготовления трансформаторов используют одну из трёх базовых концепций:

1. Стержневая. Обмотки наматываются на крайние стержни.
2. Броневая. Боковые стенки остаются без обмоток.
3. Тороидальная. Обладает формой кольца с равномерной намоткой обмоток по всей окружности.

Стоит отметить, что выбор той или иной концепции не оказывает влияния на конечные параметры трансформатора и не сказывается на эксплуатационной надёжности, но, тем не менее существенно различается по технологии изготовления.

Магнитная система

Магнитопроводы для трансформатора обладают определённой геометрической формой и изготавливаются из ряда материалов, к которым относится электротехническая сталь, пермаллой, феррит или иной материал, обладающий ферромагнитными свойствами. В зависимости от материала и конструкции магнитопровод может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из двух, четырех и более «подков».

В качестве каркаса для размещения основных обмоток выступают стержни. Они могут обладать различным пространственным расположением, в зависимости от которого различают несколько видов систем.

1. Плоская магнитная система с продольными осями стержней и ярм, расположенными в одной плоскости.
2. Пространственная система, где продольные оси стержней располагаются в разных плоскостях.
3. Симметричняа система, оснащённая идентичными стержнями, которые обладают одинаковым взаимным расположением по отношению к ярмам.
4. Несимметричная система, состоящую из стержней, некоторые из которых могут отличаться по форме, конструкции и размерам, с различным взаимным расположением по отношению к ярмам.

Конструкция обмотки

Обмотка — это основной элемент трансформатора. Она представляет собой многовитковую конструкцию, изготовленную из одной или нескольких медных (реже алюминиевых) проволок различного диаметра. Как правило, в силовых трансформаторах используются проводники с квадратным сечением, которое позволяет более эффективно использовать имеющееся пространство, за счёт чего увеличивается коэффициент заполнения (К).

Для предотвращения возникновения короткого замыкания каждая обмотка изолируется. В качестве изолирующего материала может быть использована специальная бумага или эмалевый лак. Кстати, если для изготовления обмотки были использованы две отдельно изолированные и параллельно соединённые проволоки, то они могут быть оснащены общей бумажной изоляцией.

Топливный бак

Бак является одним из важнейших дополнительных элементов трансформатора. Он представляет собой ёмкость, предназначенную для хранения трансформаторного масла, а также обеспечения физической защиты активного компонента. Кроме того, корпус бака предназначен для монтажа вспомогательного оборудования и управляющего устройства.

Одним из внутренних элементов бака является сильноточный резонатор. Он подвержен быстрому и частому перегреву в моменты увеличения номинальной мощности и трансформаторных токов. Для снижения риска перегрева вокруг резонаторов устанавливают вставки из немагнитных материалов.

Внутреннее покрытие бака изготавливается из токопроводящих щитков, которые не пропускают магнитные потоки через стены ёмкости. Иногда встречается покрытие, которое изготавливается из материала, обладающего низким магнитным сопротивлением. Такой вариант покрытия поглощает внутренние потоки до подхода к стенкам бака.

Перед заменой топлива из бака выкачивают воздух с целью предотвратить снижение диэлектрической прочности изоляции трансформатора. Из этого наблюдается дополнительное предназначение бака, которое заключается в выдерживании давления атмосферы с минимальной деформацией.

Принцип работы

Трансформаторы функционируют на основании двух принципов: электромагнетизма — создания изменяющегося во времени магнитного потока под воздействием электрического тока, который также изменяется, и электромагнитной индукции — наводки ЭДС (электродвижущей силы), вследствие изменения магнитного потока, проходящего через обмотку.

Включение трансформатора происходит после подачи напряжения на первичную обмотку. Совместно с напряжением на обмотку поступает и переменный ток, участвующий в образовании переменного магнитного потока в магнитопроводе. Это создаёт ЭДС во всех обмотках устройства.

Выходное напряжение (вторичная обмотка) сложным образом связано с формой входного напряжения. Эти сложности обусловили создание линейки новых трансформаторов, которые начали использовать для решения альтернативных задач, например, усиления тока, умножения частоты и генерации сигналов.

Функциональные режимы

Трансформаторы могут функционировать в трёх режимах: холостого хода (ХХ) — 1, нагрузки — 2 и короткого замыкания — 3.

Режим 1: ХХ. Особенностью этого режима является то, что вторичная трансформаторная цепь находится в разомкнутом состоянии, поэтому по ней ток не протекает. В таком положении цепи токовый потенциал равен нулю, что создаёт в первичном контуре ток холостого хода, обладающего реактивной и активной составляющей. Эта ЭДС способна полностью компенсировать питающее напряжение. Такой режим используется для определения КПД и уровня потерь в сердечнике.

Режим 2: нагрузки. В этом режиме привычная обмотка трансформатора запитывается от стороннего источника питания, а к вторичной цепи подключается нагрузка. После подключения нагрузки по вторичной цепи начинает протекать ток, который создаёт магнитный поток, направленный в противоположную сторону от потока первичной обмотки. Это провоцирует неравенство между двумя силами — индукции и источника питания, что увеличивает ток, который протекает по первичной обмотке до момента возращения магнитного потока в первоначальное значение. Этот режим является основным рабочим режимом для трансформаторов.

Режим 3: КЗ. Для получения этого режима вторичный контур трансформатора замыкается накоротко, а к первичной обмотке подводится низкое переменное напряжение. Значение входного напряжения выбирают таким, чтобы ток КЗ получился равным номинальному. Такой режим используют для определения потерь на нагрев обмоток в цепи трансформатора.

Виды изделий

С 30 ноября 1876 года, считающегося датой создания первого трансформатора, прошло уже достаточно много времени. За этот период устройства были значительно изменены как в конструктивном плане, так и по характеристикам. На сегодняшний день существуют следующие виды трансформаторов:

• Силовой трансформатор переменного тока. Такие трансформаторы применяются в сетях энергоснабжения и электроустановках, которые предназначены для приёма и использования электроэнергии. Эти трансформаторы используются из того, что по всей длине трассы присутствуют различные рабочие напряжения, например, на ЛЭП (линии электропередачи) оно может варьироваться от 0,035 до 0,75 МВ (мегавольт), а в трансформаторных подстанциях равняется 400 В, которые впоследствии преобразуются в привычные 220/380 В.
• Автотрансформатор. Вариант трансформатора с прямым соединением первичной и вторичной обмотки, которое создаёт не только электромагнитную, но и электрическую индукцию. Автотрансформаторы оснащаются многовыводными обмотками, чьё минимальное количество равняется трём. Они используются в качестве элемента, соединяющего эффективно заземлённые сети напряжением от 0,11 МВ с коэффициентом трансформации от 3 до 4. Автотрансформаторы обладают двумя ключевыми преимуществами и одним небольшим недостатком. К первым относятся экономичность (из-за снижения расходов на покупку меди для обмоток и стали для сердечника) и высокий КПД — из-за частичного преобразования входной мощности. Недостаток — это отсутствие гальванической развязки — электрической изоляции между первичной и вторичной цепью.
• Трансформатор тока. Устройство с первичной обмоткой, запитывающейся от стороннего источника тока, при этом вторичную цепь стараются изготовить таким образом, чтобы она работала в режиме близком к короткому замыканию. Подключение первичной обмотки производится последовательно к цепи с нагрузкой. В этой цепи протекает переменный ток, который нужно контролировать. Для приближения к режиму КЗ к вторичной цепи подключают вольтметры или индикаторы, например, реле или светодиод. Наличие дополнительных элементов во вторичной цепи обусловило одну из областей применения подобных трансформаторов, заключающуюся в снижении токов первичной обмотки до значений, которые могут использоваться в целях измерения, защиты, управления и сигнализации.
• Сварочный трансформатор. Устанавливается в сварочных аппаратах и используется для преобразования сетевого напряжения 220/380 вольт в более низкие значения, а также для повышения уровня тока. Ток можно регулировать изменением индуктивного сопротивления или вторичного напряжения ХХ. Это выполняется секционированием числа витков первичной или второй обмотки соответственно.
• Разделительный трансформатор. Отличается от остальных устройств подобного типа отсутствием электрической связи между первичной и вторичной обмотками. Разделительные устройства применяются в электросетях с целью обеспечения безопасности людей при обрыве линий или других чрезвычайных происшествиях, которые могут нанести вред, а также с целью обеспечения гальванической развязки.

Обозначение на схемах

Трансформатор на схеме обозначается следующим образом: по центру чертится толстая линия, которая отображает сердечник, слева от неё в вертикальной плоскости изображается катушка (витками к сердечнику) — первичная обмотка, а справа ещё одна или несколько катушек — вторичные обмотки.

В общем случае схематическое отображение линии, обозначающей сердечник, должно соответствовать толщине витков изображённых катушек. При необходимости подчёркивания материала или особенностей конструкции сердечника на схеме немного видоизменяют центральную линию. Так, классический ферритовый сердечник обозначают сплошной жирной линией, а сердечник, обладающий магнитным зазором, — тонкой линией с разрывом посередине. Магнитодиэлектрические сердечники отображаются тонкой пунктирной линией.

[Решено] Трансформатор — это устройство для

Этот вопрос ранее задавался в официальном документе

BSF RM (проведен 22 сентября 2019 г. )

Просмотреть все документы BSF RO постоянное напряжение

производство электроэнергии

повышение (или понижение) переменного напряжения

преобразование переменного тока в постоянное

Вариант 3: повышение (или понижение) переменного напряжения

Бесплатно

ST 1: Theory of06 Machines 2,1 тыс. пользователей

20 вопросов

20 баллов

25 минут

КОНЦЕПЦИЯ :

• Трансформатор используется для преобразования низкого напряжения (или сильного тока) в высокое напряжение (или малый ток) и высокого напряжения в низкое напряжение.
• Работает по принципу электромагнитной индукции .
• Первичная катушка имеет витки Np , а другая катушка, называемая вторичной катушкой , имеет витков Np .
• Как правило, первичная катушка работает как входная катушка , а вторичная катушка работает как выходная катушка трансформатора .
• Когда переменное напряжение подается на первичную катушку, результирующий ток создает переменный магнитный поток, который связывает вторичную катушку и индуцирует в ней ЭДС. Величина этой ЭДС зависит от числа витков во вторичной обмотке.

• В трансформаторе напряжение во вторичной обмотке рассчитывается как

\(\frac{N_{s}}{N_{p}}=\frac{V_{s}}{V_{p}}\)
Где, Np и Ns – количество витков в первичной и вторичных катушек соответственно, а Vp и Vs – среднеквадратичное значение напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

• В трансформаторе нагрузка подключается к вторичной обмотке, а первичная обмотка трансформатора подключается к источнику переменного тока.

ПОЯСНЕНИЕ:  

• Поскольку трансформатор преобразует более высокое напряжение в более низкое и наоборот , поэтому можно сказать, что его можно использовать для получения подходящего напряжения. Поэтому вариант 3 правильный.
• Кроме того, трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. Его можно использовать только для получения подходящего напряжения переменного тока, а не постоянного напряжения.

Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления научного помощника NPCIL

Последнее обновление: 22 сентября 2022 г.

Индийская ядерная энергетическая корпорация с ограниченной ответственностью (NPCIL) 25 февраля 2022 г. выпустила допускную карточку научного ассистента NPCIL для набора научного ассистента NPCIL в 2022 г. Экзамен был проведен 26 марта 2022 г. Всего было открыто 206 вакансий. Отобранные кандидаты должны будут пройти период обучения продолжительностью 18 месяцев. После прохождения испытательного срока они будут приняты в компанию на полную ставку.

Предлагаемые экзамены

Трансформатор — это устройство, которое дает ADC напряжение BAC Class 11 Physics CBSE

Ответ

Проверенный

213K+ Просмотры

Ст. работу трансформаторов. Это даст нам требуемый ответ. Далее мы также увидим потери в трансформаторах и идеальный трансформатор, для лучшего понимания темы.

Полный ответ:
Как мы знаем, трансформатор — это устройство, которое используется для повышения или понижения напряжения переменного электрического сигнала.
Его также можно определить как статическую электрическую машину, которая передает переменную электрическую мощность из одной цепи в другую с постоянной частотой. Здесь, когда мы говорим, что уровень напряжения может быть изменен, это означает, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в соответствии с нашими требованиями.

Следовательно, правильный вариант Б), т. е. трансформатор — это устройство, дающее только переменное напряжение.

Дополнительная информация:
Как известно, основная идея трансформатора была впервые обсуждена Майклом Фарадеем в 1831 году. Его идея была продолжена многими другими видными учеными.
Здесь нам нужно знать, что трансформатор работает по принципу Фарадея закон электромагнитной индукции и взаимной индукции.
 Когда мы узнаем о работе трансформатора, мы видим, что обычно на сердечнике трансформатора есть две катушки, известные как первичная катушка и вторичная катушка. Пластины сердечника соединены в виде полос. Две катушки имеют высокую взаимную индуктивность. Теперь, когда переменный ток или переменный ток проходит через эту первичную катушку, он формирует переменный магнитный поток, как указано в законе электромагнитной индукции Фарадея. Таким образом, это изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу или ЭДС во вторичной катушке, которая связана с сердечником, имеющим первичную катушку. Это называется взаимной индукцией.
Теперь, если мы хотим вспомнить вкратце, трансформатор выполняет следующие операции:
Происходит передача электрической энергии от одной цепи к другой
Передача электрической энергии посредством электромагнитной индукции
Электрическая энергия передается без какого-либо изменения частоты сигнала
Две цепи, представленные здесь, связаны взаимной индукцией

Примечание:
Следует помнить, что трансформаторы испытывают некоторые потери в виде рассеяния магнитного поля и обмотки.