Трансформатор однофазный: характеристики, цена и расшифровка маркировки — Мир Антенн

Содержание

Принцип работы однофазного трансформатора

Назначение и принцип действия однофазного трансформатора

В энергетической сфере деятельности используются первичные источники высокого переменного напряжения, однако в быту или на предприятиях необходимо значительно его снизить.

Для этой цели применяются трансформаторы.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора довольно простой и основан на генерации электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках проводника, который находится в движущемся магнитном поле и сгенерирован при помощи переменного I.

При прохождении электричества по обмоткам первичной катушки создается магнитный поток (Ф), который пронизывает и вторичную катушку. Силовые линии Ф благодаря замкнутой конструкции магнитопровода имеют замкнутую структуру. Для получения оптимальной мощности Т необходимо располагать катушки обмоток на близком расстоянии относительно друг друга.

Исходя из закона электромагнитной индукции происходит изменение Ф и индуцируется в первичной обмотке ЭДС.

Эта величина называется ЭДС самоиндукции, а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции.

При подключении потребителя к первичной обмотке трансформатора в цепи появится электрическая энергия, которая передается из первичной обмотки через магнитопровод (катушки не связаны гальванически). В этом случае средством передачи электроэнергии служит только Ф. Трансформаторы по конструктивной особенности бывают различные.

По достижению максимальной магнитной связи трансформаторы делятся на следующие типы:

Сильная.
Средняя.
Слабая.

При слабой МС происходит значительная потеря энергии и Т такого типа практически не применяются. Основной особенностью таких Т являются незамкнутые сердечники.

Уровень средней МС достигается только при полностью замкнутом магнитопроводе. Одним из примеров такого Т является стержневой тип, у которого обмотки расположены на железных стержнях и соединены между собой накладками или ярмами.

В результате такой конструкции получается полностью замкнутый сердечник.

Примером сильной МС является Т броневого типа, обмотки которого располагаются на одной или нескольких катушках. Эти обмотки расположены очень близко, благодаря чему и обеспечивается минимальная потеря электрической энергии. Магнитопровод полностью покрывает катушки, создавая более сильный Ф, который разбивается на 2 части. У трансформаторов такого типа потоки сцепления между обмотками практически равны.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые

сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:

Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Трехфазные и однофазные трансформаторы: устройство, принцип работы, виды

Преобразование трёхфазной системы напряжения можно реализовать с помощью трёх однофазных трансформаторов. Но при этом будет использован аппарат значительного веса и внушительных размеров. Трехфазный трансформатор лишён этих недостатков, так как его обмотки располагаются на стержнях общего магнитопровода. Поэтому в сетях мощностью до 60 тыс. кВА его применение является оптимальным вариантом.

Назначение трёхфазного трансформатора

Главной функцией трансформаторов является передача электроэнергии на большие дистанции. Электрическая энергия переменного тока вырабатывается на электростанциях. При передаче электроэнергии появляются потери на нагревание проводов. Их можно уменьшить, снизив силу тока.

Для этого необходимо увеличить напряжение таким образом, чтобы его значение находилось в диапазоне от 6 до 500 кВ.

Кратность увеличения зависит от значения передаваемой мощности и расстояния до конечного пункта. Мощность, которая при этом передаётся, зависит от двух параметров: напряжения и силы тока. Главной характеристикой, влияющей на изменение потерь проводов, связанных с нагревом, является значение силы тока. Соответственно для того, чтобы снизить потери на нагревание, необходимо уменьшить силу тока. Уменьшая ток, величину напряжения соответственно нужно увеличивать. Тогда значение мощности, которая передаётся, останется неизменным.

После того как напряжение будет доставлено потребителям, его следует снизить до необходимой величины. Соответственно, основной задачей трёхфазных трансформаторов является повышение напряжения перед передачей электроэнергии и понижение после неё.

Определение и виды прибора

Трехфазный трансформатор — это статический аппарат с тремя парами обмоток. Прибор предназначен для преобразования напряжения при передаче мощности на значительные дистанции.

Классификация по количеству фаз:

однофазные;
трехфазные.

Однофазные трансформаторы имеют небольшую мощность. Основными областями их применения являются быт и проведение работ специального назначения (сварка, измерения, испытания).

Диапазон мощности трёхфазных трансформаторов варьируется в больших пределах. Поэтому и область их применения весьма разнообразна:

для питания токоприёмников специального назначения;
для присоединения измерительных приборов;
для изменения значения напряжения при испытаниях;
для увеличения или уменьшения напряжения при подключении освещения или силовой нагрузки.

Принцип действия

Основой трёхфазного трансформатора являются магнитопровод и обмотки. В каждой фазе присутствует своя повышающая и понижающая обмотка. Так как фаз три, соответственно обмоток шесть. Между собой они не соединены.

Принцип работы трёхфазного трансформатора, как и однофазного, базируется на законе электромагнитной индукции. При подключении к сети первичной обмотки, в ней начинает протекать переменный ток. Из-за него в сердечнике магнитопровода из стали появляется основной магнитный поток, который охватывает обмотки в каждой фазе. В каждом витке появляется одинаковая по значению и величине электродвижущая сила.

Если количество витков вторичной обмотки меньше, нежели число витков первичной, то на выходе окажется напряжение меньшего значения, чем на входе и наоборот.

Тот факт, что значение электродвижущей силы зависит лишь от количества витков определённой обмотки, подтверждают формулы:

E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1

E 2 = 4, 44 f 1 Ф W 2

E 1, Е 2 — значение электродвижущей силы в первичной и вторичной обмотках соответственно, В;

f 1 — частота тока в сети, Гц;

Ф — максимальное значение основного магнитного потока, Вб;

W 1, W 2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Строение трансформатора

Основными частями преобразователя напряжения являются:

магнитопровод;
обмотки высокого и низкого напряжения;
бак;
вводы и выводы.

К дополнительной аппаратуре относятся:

расширительный бак;
выхлопная труба;
пробивной предохранитель;
приборы для контроля и сигнализации.

Магнитопровод необходим для крепления всех частей аппарата. Он является своеобразным скелетом преобразователя напряжения. Второй его задачей является создание направление движения для основного магнитного потока. В зависимости от особенностей крепления обмоток к сердечнику, магнитопровод трансформатора может быть трёх видов:

бронестержневой;
броневой;
стержневой.

Для изготовления обмоток трансформаторов небольшой мощности используют провод из меди, имеющий прямоугольное или круглое сечение.

Трансформаторное масло является очень важным элементом в аппарате. В маломощных трансформаторах (сухих) его не применяют. При средней и высокой мощности его использование обязательно. У трансформаторного масла две основные задачи:

охлаждение обмоток, нагревающихся вследствие протекания по ним тока;
повышение изоляции.

Расширительный бак устанавливают в трансформаторах с обмоткой высокого напряжения более 6 кВ и мощностью аппарата выше 75 кВА. Отбирая теплоту у обмоток, трансформаторное масло постепенно нагревается и расширяется. Его излишек попадает в расширительный бак. Функцией расширителя является защита масла от окисления и увлажнения.

В высокомощных трансформаторах трубопровод расширителя снабжён газовым реле и краном, который отсоединяет расширитель от бака в случае необходимости.

Вводы и выводы нужны для присоединения концов обмоток к линиям электропередачи. Находятся они на крышке бака. Представляют собой стеклянный или фарфоровый изолятор с токопроводящим медным стержнем внутри. К вводам прикрепляют первичную, а к выводам — вторичную обмотку.

На крышке бака расположен переключатель напряжения (анцапфа). С помощью этого устройства можно изменять число подключённых витков обмоток единовременно по трём фазам. Эта манипуляция позволяет повышать или понижать выходное напряжение при необходимости.

Функция выхлопной трубы состоит в предотвращении повреждения бака при возникновении аварийных режимов. В случае пробоя, короткого замыкания, масло стремительно нагревается, и появляются газы. Благодаря наличию выхлопной трубы, бак при значительном давлении не разрывается, а повреждается всего лишь стеклянная мембрана в трубе. При этом масло и газы попадают наружу.

Пробивной предохранитель устанавливают рядом с вводами и выводами. Его цель состоит в защите низковольтных сетей от появления в них высокого напряжения.

Термометрический сигнализатор необходим для контроля над уровнем температуры трансформаторного масла, а также для подачи сигнала при перегреве.

Схемы и группы соединения обмоток

В трёхфазных трансформаторах необходимо соединять между собой первичные обмотки по фазам и вторичные. Существует три схемы соединения:

звезда;
треугольник;
зигзаг.

При соединении обмоток звездой напряжение линейное — между началами фаз — будет в 1,73 раза больше, чем фазное (между началом и концом фазы). При соединении обмоток трансформатора треугольником фазное и линейное напряжения будут одинаковы.

Соединять обмотки звездой более выгодно при высоких напряжениях, а треугольником — при значительных токах. Соединение обмоток зигзагом даёт возможность сгладить асимметрию намагничивающих токов. Но недостатком такого способа соединения является повышенная трата обмоточного материала.

Группа соединения обмоток показывает отставание вектора электродвижущей силы понижающей обмотки от вектора э. д. с. повышающей обмотки. Обозначают группу соединения рядом чисел от 0 до 11.

Потери и коэффициент полезного действия

Трансформатор — вид электрической машины с минимальным количеством потерь. Их число ничтожно мало и составляет 1—2%.

Электрические потери идут на нагревание обмоток аппарата и колеблются прямо пропорционально изменению нагрузки. Магнитные потери появляются из-за перемагничивания сердечника магнитопровода и зависят лишь от значения напряжения, которое подводится к первичной обмотке. Поэтому подключение трансформатора на повышенное напряжение приводит к увеличению магнитных потерь.

Коэффициент полезного действия (КПД) электрической машины являет собой отношение полезной мощности на выходе электрической машины к подводимой на входе. КПД трансформатора принимает максимальное значение при загрузке аппарата на 45—65%.

Трансформаторы специального назначения

Преобразователи напряжения, которые не предназначены для питания осветительной и силовой нагрузки, относятся к специальным трансформаторам. Они бывают нескольких видов: измерительные, сварочные, автотрансформаторы.

Измерительные преобразователи напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для включения приборов измерения в цепи высокого напряжения. Их использование позволяет:

расширить границы измерения установок переменного тока;
увеличить защиту лиц, обслуживающих аппараты;
применять для измерения приборы небольшого размера и веса.

Подразделяются на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Первичная обмотка измерительных трансформаторов подключается в сеть, а к вторичной присоединяются приборы измерения.

Сварочное оборудование

Сварочные трансформаторы снижают напряжение сети (220 В или 380 В) до необходимого 60—70 В. Невысокое напряжение при сварке обеспечивает безопасность лицам, проводящим сварку. Понижение значения напряжения меньше 60 В недопустимо ввиду того, что дуга может попросту не зажечься.

Сварочные трансформаторы не боятся коротких замыканий, так как при этом режиме работы сила тока длительное время удерживается в пределах допустимых значений.

Автотрансформатор с плавным регулированием напряжения

В машинных залах для запуска двигателей большой мощности, а также в лабораториях при проведении различного рода испытаний используются автотрансформаторы.

Основная отличительная черта автотрансформаторов — наличие электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. В понижающих автотрансформаторах этот факт является недостатком, так как при недостаточном соблюдении техники безопасности, при аварийном режиме, поломке прибора, жизнь и здоровье обслуживающего персонала может оказаться под угрозой.

Параллельная работа

Для надёжной работы большого количества токоприёмников недостаточно одного силового трансформатора. Поэтому на подстанциях в работу подключено несколько преобразователей напряжения. Присоединение трансформаторов к группе одних и тех же потребителей, называется параллельной работой. Включать любые преобразователи напряжения на параллельную работу нельзя. Необходимо, чтобы выполнялись некоторые особые требования.

Изобретение трансформатора дало шанс переменному току прочно войти в развитие промышленности и занять своё место в быту и сельском хозяйстве.

Конструкция и принцип действия однофазного трансформатора

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Однофазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, подсоединяемую к однофазной сети, и одну вторичную обмотку, является простейшим по конструкции. Кроме того, в трансформаторе имеется магнитопровод (сердечник), чтобы замкнуть и усилить магнитный поток. Магнитопровод выполняют из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь мощности на вихревые токи. Листы покрывают изолирующим лаком, высушивают, затем собирают в плотный пакет, составляющий магнитопровод (сердечник) трансформатора.

Обмотки трансформатора выполняются из медного (реже алюминиевого) изолированного провода, наматываемого на каркас из электроизоляционного материала, каркас с обмоткой надевается на сердечник.

Обмотка трансформатора, присоединяемая к источнику переменного напряжения, называется первичной, вторая обмотка, к которой подсоединяется нагрузка, называется вторичной. Все параметры трансформатора, относящиеся к первичной обмотке, обозначаются индексом 1, параметры, относящиеся ко вторичной обмотке, обозначают индексом 2.

Примечание: вторичных обмоток в однофазном трансформаторе может быть больше, чем одна, это количество зависит от требований потребителя; если в потребителе требуются напряжения, например, 5В, 9В, 12В, то трансформатор будет иметь три вторичные обмотки: на одной получают 5В, на второй – 9В, на третьей – 12В. Первичная обмотка в однофазном трансформаторе всегда одна.

Принцип действия трансформатора рассмотрим на упрощенной схеме, где изображены магнитопровод в виде прямоугольника с окном, две обмотки – первичная и вторичная, эквивалент нагрузки с активным сопротивлением RН и ключ S разомкнут (нагрузка отключена), трансформатор работает в режиме холостого хода, если ключ замкнут – это рабочий (номинальный) режим.

Рис. 1. Магнитопровод и обмотки трансформатора, изображенные упрощенно:

u1 – мгновенное напряжение на первичной обмотке, подаваемое от питающей сети;

e1, е2 – ЭДС индукции;

W1 – число витков первичной обмотки;

W2 – число витков вторичной обмотки;

i1 – мгновенный ток первичной обмотки;

i2 – мгновенный ток вторичной обмотки в номинальном режиме, когда ключ S замкнут;

если S разомкнут, ток i2=0 – режим холостого хода;

u2 – мгновенное напряжение на вторичной обмотке, рассматривается только при замкнутом ключе S, если ключ S разомкнут, на вторичной обмотке рассматривают (измеряют) ЭДС.

В принципиальных схемах принято условное обозначение однофазного трансформатора (рис 2).

Рис. 2. Условное графическое обозначение трансформатора в принципиальных схемах.

Обмотки обозначаются в виде трех сопряженных полуокружностей диаметром 2,5-3 мм, слева изображена первичная обмотка, справа – вторичная, вертикальная сплошная линия обозначает магнитопровод из электротехнической стали для низкочастотных трансформаторов; в высокочастотных трансформаторах (f >10000 Гц) сердечник выполняют из специального материала – феррита и его изображают в виде пунктирной линии.

Рассмотрим принцип действия трансформатора на примере его работы в режиме холостого хода, этот принцип действия справедлив и для других режимов трансформатора, а так же для трехфазных трансформаторов.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного синусоидального напряжения u1 (мгновенное значение) в ней возникает ток i1. Намагничивающая сила этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток, основная часть которого Ф=Фm·sinωt замыкается в сердечнике, а небольшая часть Фр (поток рассеяния) замыкается в воздухе. Магнитный поток, сцепленный с обеими обмотками трансформатора, индуктирует в них по закону электромагнитной индукции ЭДС, мгновенные значения которых будут:

где ω — круговая частота сети.

Для максимальных значений ЭДС при эти выражения примут вид: ; .

Разделив обе части равенств на и с учётом того, что , где ƒ -частота сети, переходим к действующим значениям ЭДС:

Разделив первое уравнение на второе, получаем:

Это отношение называется коэффициентом трансформации и обычно обозначается буквой К.

Если первичное действующее напряжение U трансформатора больше вторичного действующего U2, то он работает в режиме понижающего трансформатора, а если U1<U2 – то в режиме повышающего.

В трансформаторе, как и в любом электромагнитном устройстве, различают потери мощности в магнитопроводе, называемые часто потерями в стали Рст, и потери мощности в медных проводах обмоток, называемые потерями в меди Рм.

Потери в стали складываются из потерь на гистерезис, зависящие от качества стали, и потерь на вихревые токи, появляющиеся в самом магнитопроводе и нагревающие его. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник выполняют набранным из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Тем самым создается дополнительное сопротивление вихревым токам. Эти потери зависят от магнитного потока. Электрические же потери Рм , называемые потерями в меди, зависят от тока нагрузки I, пропорциональны квадрату тока при постоянном активном сопротивлении R обмотки: .

Потери в стали трансформатора определяются из опыта холостого хода (х.х.), а потери в медных обмотках (потери в меди) определяются из опыта короткого замыкания (к.з.)

При проведении опыта к.з. вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко (через амперметр), а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, такое, при котором в обеих обмотках устанавливаются номинальные действующие токи ( I1Н, I 2Н).

Это пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания Uk, оно указывается в паспорте трансформатора в процентах от номинального напряжения и составляет величину порядка (5-10%)·UН. Из опыта к.з. определяются потери в меди PМ (потери в активном сопротивлении обмоток), так как потерями в стали при сильно пониженном напряжении и соответственно малом магнитном потоке сердечника можно пренебречь.

Можно определить полное сопротивление трансформатора

где Uk – напряжение на первичной обмотке в опыте короткого замыкания.

Активное сопротивление трансформатора

где PМ – показание ваттметра, включенного в первичную цепь в опыте к.з.

— индуктивное сопротивление трансформатора.

Потери в стали трансформатора Рст определяются из опыта холостого хода.

При этом вторичная обмотка трансформатора остается разомкнутой, а к первичной подводится номинальное напряжение. Номинальному напряжению на зажимах обмотки соответствует максимальный магнитный поток в сердечнике и, следовательно, максимальные потери в стали.

Так как ток во вторичной обмотке трансформатора I2 равен нулю, а ток в первичной обмотке (ток холостого хода) составляет 5-10% от номинального тока, потерями в меди трансформатора при опыте х.х. можно пренебречь.

Из опыта х.х. определяется коэффициент трансформации трансформатора

где U10, U20 – действующие значения напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток в режиме холостого хода.

Читайте также:

Однофазный трансформатор: назначение и область применения.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения той же частоты.

Назначение трансформатора отражено в его определении.

Трансформаторы находят очень широкое применение в электрических сетях, являясь неотъемлемой частью энергосистемы. Передача электрической энергии по линиям электропередач осуществляется при высоких напряжениях — до 500 кВ и выше (до 1150 кВ), т.к. при этом для передачи той же мощности требуется меньший ток, а это ведет к снижению потерь в проводах. Поэтому на подстанциях с помощью трансформаторов на передающей стороне повышают напряжение, а на приемной снижают. Такие трансформаторы называются силовыми. Кроме того существуют измерительные трансформаторы, сварочные и др. В электронных устройствах трансформаторы часто используют для гальванического разделения цепей.

Трансформаторы также относятся к электрическим машинам, хотя в прямом смысле они не относятся (не имеют движущихся частей). Однако основные соотношения между величинами, характеризующими рабочий процесс трансформатора, применимы и к электрическим машинам.

Однофазный трансформатор: устройство, принцип действия, коэффициент трансформации.

Рассмотрим устройство трансформатора:

На замкнутом магнитопроводе, выполненном из магнитомягкой листовой стали, расположены две (или более) катушки (обмотки). К одной из обмоток подводится электрическая энергия от источника переменного тока. Эта обмотка называется первичной. От другой, вторичной, обмотки с числом витков W2 энергия отводится к приемнику. Все величины, относящиеся к этим обмоткам (токи, напряжения, мощности и т.п.) называются соответственно первичными или вторичными.

Под действием переменного напряжения U₁, подведенного к первичной обмотке, в ней возникает ток I₁, а в сердечнике возбуждается соответственно изменяющийся магнитный поток Ф. Этот поток пересекает витки

обеих обмоток трансформатора и индуктирует в них ЭДС:

;

В каждый момент времени отношение этих ЭДС пропорционально отношению количества витков обмоток:

Если цепь вторичной обмотки замкнута, то под действием ЭДС Е₂

возникает ток I₂.

При синусоидальном изменении напряжения питания U₁ с частотой f поток в магнитопроводе Ф оказывается практически синусоидальным. Действующие значения ЭДС в обмотках можем найти по формуле:

E₁ = 4,44 W₁ f Ф_m;

E₂ = 4,44 W₂ f Ф_m.

Отношение этих ЭДС

принято называть коэффициентом трансформации. Приближенно можно принять, что ЭДС обмоток равны напряжениям на их зажимах, т.е.

Полученное равенство характеризует основное назначение трансформатора — преобразование одного напряжения в другое, большее или меньшее.

Цепи высшего и низшего напряжения электрически изолированы друг от друга и связаны лишь магнитным потоком, замыкающимся в сердечнике трансформатора. Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается весьма малыми потерями энергии: величина КПД при номинальной нагрузке изменяется в пределах 0,96 — 0,996 в зависимости от мощности трансформатора. Этим объясняется исключительно большое распространение трансформаторов в современной технике.

Однофазный трансформатор с ферромагнитным сердечником был предложен выдающимся русским изобретателем П.Н.Яблочковым в 1876 г.

Поиск по сайту

Однофазный трансформатор — Страница 59

Страница 59 из 106

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

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

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

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

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

Понижающий трансформатор — виды и принцип работы. Как сделать и подключить трансформатор своими руками?

Очень часто встречается такое понятие как понижающий трансформатор, другие называют его преобразователь тока. Основная задача такого устройства — преобразовать определенное напряжение переменного тока с большого значения в меньшее. То есть если определенному устройству необходимо напряжение 12 Вольт, а с розетки подается стандартно 220 Вольт, придется использовать понижающий трансформатор.

Используется такой трансформатор в сфере энергетики, электротехники, применим в производстве и различных бытовых целях.

Краткое содержимое статьи:

Как работает трансформатор?
Уже сегодня создано огромное количество преобразователей тока, существуют модели низковольтные и высоковольтные. Принцип работы трансформатора достаточно прост — понижающий трансформатор отвечает за снижение поступающего тока, повышающий наоборот — увеличивает напряжение до высшего значения.

В бытовых целях это очень важное устройство, обеспечивает стабильную работу и полную безопасность домашних электрических приборов.
Приведем простой пример. Во многих домах от сети поступает ток 385 Вольт, а стандартные бытовые приборы работают только от 220В. В таком случае без понижающего трансформатора не обойтись, поэтому придется купить однофазный или трехфазный преобразователь.
Важно! Если у вас в помещении трехфазная сеть, к ней подбирается только двухфазный преобразователь. Если же сеть двухфазная, преобразователь должен использоваться только однофазного типа.
Преобразователь 380 Вольт — промышленного типа, трехфазный. Преобразователь 220 Вольт — стандартный бытовой, однофазный.
При использовании стандартного бытового трансформатора, его задача будет более простая, ведь в зависимости от модели он меняет ток на показатель 12, 36, 42 Вольта (зависит от требования бытовых приборов).
Понижающий трансформатор тока имеет несложную конструкцию. В основе лежит медная обмотка, которая намотана на стальные пластины рамки магнитопровода.
Принцип действия конструкции прост — большее значение тока проходит через одну обмотку, после этого со второй обмотки выдается меньший ток. Это стало возможно благодаря тому, что на одной обмотке расположено больше витков, а на второй меньшее количество. Если говорить на научном языке, то такой процесс называется электромагнитная индукция.

Как выбрать понижающий трансформатор?
Если вы мало разбираетесь в электрике, выбрать понижающий трансформатор будет сложно, и доверить это придется специалистам. Но при решении самостоятельно подобрать нужное устройство, обращайте внимание на такие показатели:
Указанная мощность бытовых или промышленных приборов должна быть меньшей, чем указанная на трансформаторе;
Должно подходить входное напряжение, в которое будет устанавливаться устройство;
Выходное напряжение должно соответствовать трансформатору.
Старайтесь не выбирать дешевые модели, ведь качественный современный преобразователь должен выдерживать аварийные ситуации и стабильно работать после их обнаружения. Например, часто случаются короткие замыкания, перенапряжение сети, перегрузка сети.
Выбирается устройство конкретно под ваши требования, главным параметром является величина входного напряжения. При визуальном осмотре на изделии пишут входное напряжение. Например, понижающий трансформатор с 220 V или 380 V. Также на корпусе должна указываться маркировка выходного напряжения, например 12 или 36 Вольт.
Обязательно обращайте внимание на мощность устройства, ведь при подборе стабилизатора напряжения придется прибавить мощность всех будущих используемых приборов и прибавить еще 20% от полученного показателя.
Особенности установки
Правила техники безопасности регламентируют правильную установку понижающих трансформаторов для их стабильной долгой работы. Важно устанавливать устройство в местах, максимально защищенных от попадания воды, пыли и различных масел. Большинство мастеров монтируют трансформаторы в защитные кожухи или шкафы.
Также важно убедиться, что человек не сможет дотронуться к трансформатору во время его работы. В обязательном порядке специалист должен заземлить трансформатор медным проводом. Старайтесь выбирать провод с минимальным сечением 2,5 мм. Также во избежание серьезных поломок время от времени придется осматривать и чинить устройство.

Разновидности трансформаторов
Существует несколько разновидностей преобразователей, которые представлены различными характеристиками и конструкцией. Даже представленные фото понижающих трансформаторов дают понять, насколько мощная и современная модель.
Однофазные — подключаются от однофазной сети, довольно простые и часто используемые в бытовых целях. Фаза и ноль устанавливается на первичную обмотку трансформатора. Считаются самыми популярными трансформаторами.
Трехфазные — более сложное устройство, ведь его задача понизить напряжение от трехфазной сети. Чаще всего используют в промышленных целях, но встречаются трансформаторы в бытовых отраслях.
Отличие от однофазной модели в том, что конструкция предполагает 3 трансформатора в одном. Также отличаются соединением обмоток, ведь могут применяться схемы в виде треугольника или звезды. Качество трехфазных моделей на высоком уровне, ведь на производстве их тщательно тестируют.
Тороидальные — довольно популярная разновидность трансформатора, особенно актуальна при работе с небольшими мощностями.
Изделие имеет круглую форму, небольшие размеры и малый вес. Чаще встречается в различных радиоэлектронных приборах. Преимущество модели в лучшей плотности тока, которая обеспечивается хорошим охлаждением обмотки на сердечнике.
Броневые — основное отличие внешнее, ведь магнитопровод устройства полностью охватывает обмотку, расположенную внутри. Такие показатели как размер, вес и цена на порядок ниже аналогов, также изделия считаются маломощными.

Стержневые — являются противоположной разновидностью броневым трансформаторам, ведь в стержневых моделях обмотка охватывает магнитопровод. Можно встретить понижающий трансформатор с 380 Вольт в подобном исполнении, ведь стержневые модели создаются средней и высокой мощности.
Особенность конструкции позволяет быстро проводить ремонт, а также быть уверенным в лучшем охлаждении трансформатора.
Преимущества понижающих трансформаторов
Понижающие трансформаторы используются в промышленности и бытовых целях уже много лет, благодаря простоте конструкции и различным требованиям электрических приборов, преобразователи играют важную роль для обеспечения безопасной работы.
К другим преимуществам устройства можно отнести:
Малый нагрев и безопасная длительная работа;
Небольшие размеры;
Возможность работать с различным входным напряжением, то есть трансформатор на 220 вольт будет так же стабильно работать и выдавать на выходе стабильное необходимое напряжение;
Монтаж и обслуживание устройства довольно простое;
Возможность плавной регулировки напряжения.
К сожалению, существует множество моделей сомнительного качества, по отзывам владельцев трансформаторы имеют небольшой срок службы и требуют частой замены. Также некоторые преобразователи не соответствуют указанной мощности и могут работать нестабильно.
Фото понижающих трансформаторов
Принцип работы, конструкция и применение
Однофазный трансформатор — это электрическое устройство, которое принимает однофазное питание переменного тока и выдает однофазный переменный ток. Он используется при распределении электроэнергии в загородных районах, так как общий спрос и связанные с этим затраты ниже, чем у трехфазного распределительного трансформатора. Они используются в качестве понижающего трансформатора для понижения домашнего напряжения до подходящего значения без изменения частоты. По этой причине он обычно используется для питания электронных устройств в жилых домах.В этой статье обсуждается обзор однофазного трансформатора.
Что такое однофазный трансформатор?
Определение: Трансформатор — это устройство, преобразующее магнитную энергию в электрическую. Он состоит из двух электрических катушек, называемых первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Первичная обмотка трансформатора получает энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Магнитная железная цепь, называемая «сердечником», обычно используется для намотки этих катушек.Хотя эти две катушки электрически изолированы, они связаны магнитным полем.
При прохождении электрического тока через первичную обмотку трансформатора создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В зависимости от типа применения однофазный трансформатор используется для повышения или понижения напряжения на выходе. Этот трансформатор обычно представляет собой силовой трансформатор с высоким КПД и низкими потерями. Схема однофазного трансформатора представлена ниже.
однофазный трансформатор
Принцип однофазного трансформатора
Однофазный трансформатор работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Как правило, за работу трансформатора в электрическом трансформаторе отвечает взаимная индукция между первичной и вторичной обмотками.
Работа однофазного трансформатора
Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электроэнергию в одной цепи в другую цепь той же частоты.Он состоит из первичной и вторичной обмоток. Этот трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности.
Когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, ток течет в катушке и нарастает магнитное поле. Это состояние известно как взаимная индуктивность, и ток соответствует закону электромагнитной индукции Фарадея. Когда ток увеличивается от нуля до максимального значения, магнитное поле усиливается и определяется выражением dɸ / dt.
Этот электромагнит образует магнитные силовые линии и расширяется наружу от катушки, образуя путь магнитного потока.Витки обеих обмоток связаны этим магнитным потоком. Сила магнитного поля, создаваемого в сердечнике, зависит от количества витков в обмотке и силы тока. Магнитный поток и ток прямо пропорциональны друг другу.
работа однофазного трансформатора
Источник: Викимедиа
Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, он проходит через вторичную обмотку, вызывая на ней напряжение. Закон Фарадея используется для определения напряжения, индуцируемого на вторичной катушке, и определяется выражением:
Н.dɸ / dt
, где
‘N’ — количество витков катушки
Частота одинакова в первичной и вторичной обмотках.
Таким образом, мы можем сказать, что индуцированное напряжение одинаково в обеих обмотках, поскольку один и тот же магнитный поток связывает обе катушки вместе. Кроме того, полное индуцированное напряжение прямо пропорционально количеству витков в катушке.
Предположим, что первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по одному витку.При отсутствии потерь ток протекает через катушку, создавая магнитный поток и индуцируя напряжение в один вольт на вторичной обмотке.
Из-за источника питания переменного тока магнитный поток изменяется синусоидально и определяется как
E = N (d∅) / dt
E = N * ω * ɸ _макс. cosωtφ
Emax = Nωɸ _макс.
Erms = Nω / √2 * ɸ 900 макс = 2π / √2 * f * N * ɸ _макс
Erms = 4.44 fNɸ _max
Где
‘f’ — частота в герцах, определяемая как ω / 2π.
«N» — количество обмоток катушки
«ɸ» — величина магнитного потока в Веберсе
Вышеприведенное уравнение является уравнением для ЭДС трансформатора. Для ЭДС первичной обмотки трансформатора E, N будет числом витков первичной обмотки (NP), в то время как для ЭДС E вторичной обмотки трансформатора число витков N будет (NS).
Конструкция однофазного трансформатора
В простом однофазном трансформаторе каждая обмотка намотана цилиндрически на пластине из мягкого железа отдельно для обеспечения необходимой магнитной цепи, которую обычно называют «сердечником трансформатора».Он предлагает путь, по которому поток магнитного поля индуцирует напряжение между двумя обмотками.
Как видно на рисунке выше, две обмотки расположены недостаточно близко, чтобы обеспечить эффективную магнитную связь. Таким образом, схождение и увеличение магнитной цепи рядом с катушками может усилить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками. Для предотвращения потерь мощности от сердечника должны использоваться тонкие стальные листы.
В зависимости от того, как обмотки намотаны вокруг центрального стального многослойного сердечника, конструкция трансформатора делится на два типа
Трансформатор с сердечником
В конструкции этого типа только половина обмоток намотана цилиндрически вокруг каждой ветви трансформатор для усиления магнитной связи, как показано на рисунке ниже. Такая конструкция обеспечивает одновременное прохождение магнитных силовых линий через обе обмотки. Основным недостатком трансформатора с сердечником является поток утечки, который возникает из-за протекания небольшой части магнитных силовых линий за пределы сердечника.
трансформатор с сердечником
Трансформатор с оболочкой
В этой конструкции трансформатора первичная и вторичная обмотки расположены цилиндрически на центральном плече, в результате чего площадь поперечного сечения в два раза больше, чем у внешних.В этом типе конструкции есть два замкнутых магнитных пути, и через внешний край протекает магнитный поток / 2. Трансформатор корпусного типа преодолевает поток утечки, снижает потери в сердечнике и увеличивает КПД.
однофазный трансформатор-оболочка
Области применения
Области применения однофазного трансформатора указаны ниже.
Для понижения сигналов на большие расстояния для поддержки домашних и коммерческих электронных устройств
В телевизорах для регулирования напряжения
Для повышения мощности в домашних инверторах
Для подачи электроэнергии в загородные районы
Для электрической изоляции двух цепей, поскольку первичная и вторичная цепи расположены далеко друг от друга.
Часто задаваемые вопросы
1).Что значит однофазный?
Однофазная система или цепь, которая генерирует или использует одно переменное напряжение
2). В домах используется однофазное питание?
Как правило, в дома однофазное электроснабжение
3). На каких принципах работает однофазный трансформатор?
Закон электромагнитной индукции и взаимной индукции Фарадея
4). Что такое «коэффициент трансформации» трансформатора?
NP / NS = VP / VS = n = Передаточное число
5).Дайте два варианта использования однофазного трансформатора
В телевизорах для регулирования напряжения
Для повышения мощности в домашних инверторах
Таким образом, однофазный трансформатор подходит для более легких электрических устройств. Это дешевле и предпочтительнее поставлять электроэнергию в загородные районы. В этой статье особое внимание уделяется принципу работы трансформатора, конструкции и применению однофазного трансформатора. Читатель может подробно узнать об однофазном трансформаторе из этой статьи.
Руководство по выбору однофазного управляющего трансформатора
— Трансформаторы
• Создан под заказ БЫСТРО за 1 неделю.
• 10-летняя гарантия — срок службы гарантирован.
• Медные обмотки — стандартны для всех устройств.
• 130 ° C Класс изоляции, повышение температуры 80 ° C (модели 25-1000 ВА).
• Класс изоляции 155 ° C, повышение температуры на 100 ° C (модели 1500-7500 ВА).
• Простота подключения — твердые клеммы с комбинированными винтовыми соединениями.
• Четкая маркировка клемм — обозначена дополнительной маркировкой полярности.
• Универсальность — возможны модели с повышением напряжения первичной и вторичной обмоток.
• Ламинирование кремниевой стали — минимизация потерь в сердечнике и повышение эффективности.
• Превосходное регулирование — конструкции включают слои прецизионных намотанных катушек и превышают требования NEMA.
• Высокая эффективность и рассеивание тепла — каждая катушка намотана на шпульку с высокой точностью.
• Универсальный монтаж — вертикально или горизонтально.
• Сертификат CSA и внесение в список UL
• Сертифицировано CE до 5000 ВА включительно.
Первичные (входные) напряжения: 600, 575, 550, 480, 240/480, 460, 230/460, 440, 220/440, 416, 208/416, 400, 380, 347/380, 347, 277 , 240, 120/240, 230, 115/230, 220, 110/220, 208, 200, 130, 120, 115 и 110.
Вторичные (выходные) напряжения: 240, 120/240, 230, 115 / 230, 220, 110/220, 120, 115, 110, 48, 36, 32, 24, 16 и 12.
Фаза: Одиночная
Частота: 60 (некоторые блоки рассчитаны на 50/60 Гц)
ВА: 25, 50, 100, 150, 200, 250, 350, 500, 750, 1000, 1500, 2000 , 3000, 5000 и 7500.
K Номинал: 1
Обратное соединение: Нет
Материал обмотки: Медь
Электростатическое экранирование: Нет
Повышение температуры: 80 ° C (25-1000 ВА ), 100 ° C (1500-7500 ВА)
Система изоляции: 130 ° C (25-1000 ВА), 155 ° C (1500-7500 ВА)
Степень защиты корпуса: Открытый
Тип конструкции: Открытый — Сердечник и катушка
Тип монтажа: Основание / панель
Охлаждение: Воздушное / сухое
Одобрения агентства: Внесено в список UL, одобрено CSA, отмечено CE (до 5000 ВА включительно)
Гарантия: 10 лет
Однофазный трансформатор
— точка назначения
Испытания трансформатора
Рабочие характеристики трансформатора могут быть рассчитаны на основе эквивалентной схемы, которая содержит четыре параметра, эквивалентное сопротивление R 01 по отношению к первичной (или вторичной) R 02), эквивалентное реактивное сопротивление рассеяния X 01 по отношению к первичной обмотке (или реактивное сопротивление вторичной обмотки X 02), проводимость потерь в сердечнике G 0 (или сопротивление R 0) и намагничивающая способность B 0 (или реактивное сопротивление X 0).
Эти константы или параметры можно легко определить с помощью двух тестов:
(i) испытание на обрыв цепи и
(ii) испытание на короткое замыкание
Испытание на обрыв цепи или отсутствие нагрузки
Целью этого теста является определение потерь холостого хода или потерь в сердечнике и тока холостого хода I0, что помогает найти X0 и R0.
Сторона низкого напряжения соединена с нормальным напряжением и частотой, а сторона высокого напряжения остается открытой.
В обмотку низкого напряжения i подключены ваттметр W, вольтметр V и амперметр A.е. первичная обмотка в данном случае показана на рис. 32.43.
Напряжение V1 измеряется с помощью вольтметра (В). При нормальном напряжении, приложенном к первичной обмотке, в сердечнике установится нормальный магнитный поток, следовательно, возникнут нормальные потери в стали, которые регистрируются ваттметром (Вт).
Поскольку первичный ток холостого хода I0 (измеренный амперметром, A) невелик, потери в меди пренебрежимо малы в первичной обмотке и равны нулю во вторичной. Следовательно, показания ваттметра практически отражают потери в сердечнике без нагрузки (и которые одинаковы для всех нагрузок).Векторная диаграмма без нагрузки показана на рис. 32.16. Если W0 — это показание ваттметра, как показано на рис. 32.43, то
Поскольку ток практически является током возбуждения, когда трансформатор находится на холостом ходу (т.е. I0 = I), и как падение напряжения при утечке через первичную обмотку. полное сопротивление невелико, поэтому возбуждающая полная проводимость трансформатора Y0 (= 1 / Z0) определяется выражением I0 = V1Y0 или Y0 = I0 / V1.
Возбуждающая проводимость G0 определяется выражением W ₀ = V ₁ ² G _{000 или _{000 ₀ (= 1/ R ₀) = W ₀ / V ₁ ².}}
Разделение потерь в сердечнике
Потери в сердечнике трансформатора зависят от частоты и максимальной плотности потока, если заданы объем и толщина ламинирования сердечника.
Потери в сердечнике состоят из двух частей:
(i) Потери на гистерезисе: Вт · ч = PB макс. ² f и
(ii) Потери на вихревые токи: We = QB max ² f ²
Где, P и Q являются постоянными.
Общие потери в сердечнике определяются по формуле: Wi = Вт · ч + We = PB max ² f + QB max ² f ².
Если мы проведем два эксперимента с использованием двух разных частот, но с одинаковой максимальной плотностью потока, мы сможем найти константы P и Q и, следовательно, рассчитать гистерезис и потери на вихревые токи отдельно.
Если максимальный поток можно сохранить на том же уровне, то потери в железе или сердечнике можно записать следующим образом:
W i = W h + W e = Af + Bf ²; где, A = PB max ²; B = QB макс ².
Из измеренных потерь в сердечнике на двух разных частотах можно рассчитать константу A и B .
Пример 32.31. При испытании на определение потерь трансформатора 440 В, 50 Гц, общие потери в стали были найдены 2500 Вт при нормальном напряжении и частоте. При приложенном напряжении и частоте 220 В и 25 Гц потери в стали составили 850 Вт. Рассчитайте потери на вихревые токи и гистерезисные потери при нормальном напряжении и частоте. [Ответ: We = 1600WandWh = 900 Вт]

Тест на короткое замыкание или сопротивление
Это экономичный метод для определения следующего:
(i) Эквивалентное сопротивление ( Z 01 или Z 02), реактивное сопротивление утечки ( X 01 или X 02) и полное сопротивление ( R 01 или R 02) трансформатора по отношению к обмотке, в которой размещены измерительные приборы.
(ii) Потери меди при полной нагрузке. Эти потери используются при расчете КПД трансформатора.
(iii) Зная Z 01 или Z 02, можно рассчитать полное падение напряжения в трансформаторе, относящееся к первичной или вторичной обмотке, и, таким образом, определить регулировку трансформатора.
В этом испытании одна обмотка, обычно обмотка низкого напряжения, плотно замкнута накоротко толстым проводником, как показано на рис. 32.45.
Низкое напряжение (обычно от 5 до 10% нормального первичного напряжения) с правильной частотой подается на первичную обмотку и осторожно увеличивается до тех пор, пока токи полной нагрузки не будут течь как в первичной, так и во вторичной обмотке (как показано соответствующими амперметрами).
Поскольку приложенное напряжение составляет небольшой процент от нормального напряжения, создаваемый взаимный поток F также составляет небольшой процент от его нормального значения.
Следовательно, потери в сердечнике очень малы, в результате чего показания ваттметра представляют потери Cu при полной нагрузке или потери I 2 R для всего трансформатора, то есть потери как в первичной, так и в вторичной медной цепях.
Эквивалентная схема трансформатора в условиях короткого замыкания показана на рис.32,46.
Если В SC — это напряжение, необходимое для циркуляции номинальных токов нагрузки.
Тогда Z 01 = V SC / I 1. Также W = I 1 ² R 01. \ R 01 = W / I 1 ² и
Если можно измерить R 1 и X 1, то зная R 01 и
X 01, мы можем найти R 2 ‘= R 01 — R 1 и X 2 ‘= X 01- X 1.
Следовательно, вторичное сопротивление и реактивное сопротивление могут быть рассчитаны с помощью следующего уравнения: R 2 = R 2 ’ K 2;
X 2 = X 2 ’ K 2.
Пример 32.36 Получите эквивалентную схему однофазного трансформатора 200/400 В, 50 Гц на основе следующих данных:
Испытание OC (разомкнутая цепь): 200 В, 0,7 А, 70 Вт на l . Сторона v (низкое напряжение)
Испытание S.C (короткое замыкание): 15 В, 10 А, 85 Вт на h.Сторона v (высокое напряжение)
Рассчитайте вторичное напряжение при подаче 5 кВт с запаздыванием 0,8 пФ (коэффициент мощности), первичное напряжение равно 200 В.
Решение: Из теста O.C: V 1 I 0cosf0 = W 0,200 × 0,7 × cosf0 = 70.
cosf0 = 70 / (200 × 0,7) = 0,5 и sinf0 = 0,866.
I w = I 0cosf0 = 0,7 × 0,5 = 0,35 A. I m = I 0sinf0 = 0,7 × 0,866 = 0,606 A.
R V 1/ I w = 200/0.35 = 571,4 Вт. X 0 = В 1/ I м = 200 / 0,606 = 330Вт.
Из теста S.C: можно отметить, что в этом тесте приборы были размещены во вторичной обмотке высокого напряжения , то есть , тогда как сторона низкого напряжения , то есть первичная обмотка , была замкнута накоротко. Где К = 400/200 = 2;
Z 02 = В SC / I 2 = 15/10 = 1,5 Вт. Z 01 = Z 02/ K ² = 1.5/4 = 0,375 Вт.
Также, I 2 ² R 02 = W ; R 02 = 85/100 = 0,85 Вт. R 01 = R 02/ K 2 = 0,85 / 4 = 0,21 Вт.
Эквивалентная схема показана на рис. 32.49.
Значения параметров относятся к первичной стороне, т.е. стороне низкого напряжения.
Мощность кВА = 5 / 0,8 = 6,25; Выходной ток, I 2 = 6,25 × 1000/400 = 15,6 A
Общее падение трансформатора относительно вторичной обмотки
= I 2 ( R 02cosf2 + X 02sinf2)
= 15.6 × (0,85 × 0,8 + 1,24 × 0,6) = 22,2 В
В 2 = 400-22,2 = 377,8 В
Почему мощность трансформатора в кВА?
Как видно, потери Cu в трансформаторе зависят от тока, а потери в стали — от напряжения.
Следовательно, общие потери в трансформаторе зависят от вольт-ампер (ВА), а не от сдвига фаз между напряжением и током, т.е. они не зависят от коэффициента мощности нагрузки.
Поэтому мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт.
Процентное сопротивление [% R]
Процентное сопротивление составляет падение сопротивления в вольтах при номинальном токе и частоте в процентах от номинального напряжения, т.е. [если I является номинальным током, В является номинальным напряжением затем]
Процентное реактивное сопротивление [% X]
Процентное реактивное сопротивление — это падение реактивного сопротивления в вольтах при номинальном токе и частоте в процентах от номинального напряжения i.е. [если I — номинальный ток, V — номинальное напряжение, тогда]
Импеданс в процентах [% Z]
Импеданс в процентах — это падение полного сопротивления в вольтах при номинальном токе и частоте в процентах от номинального напряжения, т. е. [если I — номинальный ток, V — номинальное напряжение, тогда]
Сопротивление трансформатора в процентах при полной нагрузке
Реактивное сопротивление трансформатора в процентах при полной нагрузке
Полное сопротивление трансформатора в процентах -Нагрузка
Преимущество выражения сопротивления и реактивного сопротивления трансформатора в процентах состоит в том, что процентное сопротивление и реактивное сопротивление имеют одни и те же значения независимо от того, определены ли они относительно первичной или вторичной обмотки, тогда как выраженные в омах они имеют разные значения при обращении к первичный и вторичный.
Значения на единицу
Значения на единицу равны процентным значениям, деленным на 100.
Регулирование трансформатора или регулирование трансформатора
Регулировка трансформатора определяется как разница между полными — напряжения на вторичных клеммах нагрузки и холостого хода, выраженные в процентах от напряжения полной нагрузки.
Когда трансформатор нагружен постоянным первичным напряжением, вторичное напряжение уменьшается из-за его внутреннего сопротивления и реактивного сопротивления утечки.
Пусть, 0V2 = вторичное напряжение на клеммах на холостом ходу = E2 = E1K = KV1, потому что на холостом ходу падение импеданса незначительно.
V2 = напряжение вторичной клеммы при полной нагрузке
Изменение напряжения вторичной клеммы от холостого хода до полной нагрузки равно = 0V2-V2.
Это изменение, деленное на 0V2, известно как регулирование «вниз».
Если это изменение делится на V2, т. Е. На вторичное напряжение на клеммах при полной нагрузке, то это называется регулировкой «вверх».
Положение обычно следует рассматривать как положение «вниз».
Чем меньше это значение, тем лучше трансформатор, потому что в хорошем трансформаторе напряжение вторичной обмотки должно поддерживаться постоянным, насколько это возможно, при любых условиях нагрузки.
Потери в трансформаторе
Поскольку трансформатор является статическим устройством, отсутствуют потери на трение и ветер.
Следовательно, возникают только следующие потери:
(a) Потери в сердечнике или в железе
(b) Потери в меди
Потери в сердечнике или в сердечнике
Они включают в себя как потери на гистерезис, так и потери на вихревые токи.
Поскольку магнитный поток в сердечнике трансформатора остается практически постоянным для всех нагрузок, потери в сердечнике практически одинаковы для всех нагрузок.
Потери гистерезиса: Вт ч = h B max ^1,6 fV ватт; Потери на вихревые токи: Вт e = PB макс. ² f ² т ² Вт
Где В = объем жилы в м ³; h = коэффициент гистерезиса Штейнмеца;
т = толщина.
Эти потери сводятся к минимуму за счет использования стали с высоким содержанием кремния для сердечника и использования очень тонких пластин.
Потери в железе или сердечнике определяются из O.C. контрольная работа.
На входе трансформатора без нагрузки измеряются потери в сердечнике .
Потери в меди
Эти потери возникают из-за омического сопротивления обмоток трансформатора.
Общая потеря меди = I 1 ² R 1+ I 2 ² R 2 = I 1 ² R 01 = I 2 ² Р 02.
Понятно, что потери меди пропорциональны (току) ² или кВА ².
Таким образом, потери меди при половинной нагрузке составляют одну четвертую [(1/2) ² = 1/4] от потерь при полной нагрузке.
Потери меди при нагрузке на четверть составляют одну шестнадцать [(1/4) ² = 1/16] от потерь при полной нагрузке.
Потери меди при пяти четвертых нагрузке составляют двадцать пять на шестнадцать [(5/4) ² = 25/16] от потерь при полной нагрузке.
Величина потерь в меди определяется по результатам испытания на короткое замыкание.
Автотрансформатор
Трансформатор только с одной обмоткой, часть которой является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки, называется автотрансформатором.
В этом трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически не изолированы друг от друга, как в случае с двухобмоточным трансформатором.
Но его принцип действия и принцип действия аналогичны принципам работы двухобмоточного трансформатора.
Из-за одной обмотки он использует меньше меди и, следовательно, дешевле.
На рис. 32.60 показаны как понижающий, так и повышающий автотрансформаторы.
Как показано на рис. 32.60 (a), AB — первичная обмотка с N1 витками, а BC — вторичная обмотка с N2 витками.
Без учета потерь в стали и тока холостого хода:
Ток в секции CB представляет собой разность векторов I2 и I1.
Но поскольку два тока практически противоположны по фазе, результирующий ток равен (I2-I1), где I2 больше, чем I1.
По сравнению с обычным 2-обмоточным трансформатором той же мощности, автотрансформатор имеет более высокий КПД, но меньшие размеры.
Кроме того, его регулировка напряжения также превосходна.
Преимущества автотрансформатора перед двухобмоточным трансформатором
(i) меньший размер, (ii) меньшая стоимость, (iii) более высокий КПД, (iv) меньший ток возбуждения и (v) лучшее регулирование напряжения .
Недостатки автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором
(i) Отсутствие гальванической развязки. Между сторонами ВН и НН существует прямая связь. (ii) В случае обрыва цепи в общей части, полное первичное напряжение будет приложено к нагрузке на вторичной стороне, вызывая последовательное повреждение, если K << 1.(iii) Ток короткого замыкания больше, чем у двухобмоточного трансформатора.
Экономия меди
Объем и, следовательно, вес меди, пропорционален длине и площади поперечного сечения проводников.
Длина проводника пропорциональна количеству витков, а сечение зависит от силы тока.
Следовательно, вес пропорционален произведению силы тока на количество витков.
Со ссылкой на рис. 32.60
Масса Cu в сечении AC (N1- N2) I1;
Масса Cu в сечении BC (I2-I1) N2;
Итак, общий вес Cu в автотрансформаторе (Wa)  (N1- N2) I1 + (I2- I1) N2;
Если двухобмоточный трансформатор должен выполнять одну и ту же нагрузку, то
Вес меди в первичной обмоткеN1I1;
Масса меди во вторичной N2I2;
Общий вес Cu (Wo) N1I1 + N2I2;
Следовательно, сбережения будут увеличиваться по мере приближения K к единице.
Можно доказать, что преобразование мощности индуктивно равно = вход (1-K)
Остальная мощность = (K x вход) проводится непосредственно от источника к нагрузке, т. Е. Передается на нагрузку кондуктивно.
Использование автотрансформатора
Используется автотрансформатор:
1. Для небольшого повышения напряжения в распределительном кабеле.
2. В качестве трансформаторов с автостартером для подачи на асинхронный двигатель от 50 до 60% полного напряжения во время пуска.
3.В качестве печных трансформаторов для удобного питания обмотки печи от сети 230 В.
4. Как соединительный трансформатор в системе 132 кВ / 330 кВ.
5. В аппаратуре управления однофазных и трехфазных электровозов.
Преобразование 2-обмоточного трансформатора в автотрансформатор
Любой двухобмоточный трансформатор можно преобразовать в автотрансформатор понижающий или повышающий. На рис. 32.62 (а) показан такой трансформатор с маркировкой полярности.
Если применить аддитивную полярность между сторонами высокого и низкого напряжения, мы получим повышающий трансформатор.
Если же использовать вычитающую полярность, мы получим понижающий автотрансформатор.
Аддитивная полярность
Подключения для такой полярности показаны на рис. 32.62 (b).
Схема перерисована на Рис. 32.62 (c), показывая общий вывод внизу.
Из-за аддитивной полярности V2 = 2400 + 240 = 2640 В, а V1 — 2400 В.
Как показано на рис.32.62 (d), общий ток течет к общему выводу. Трансформатор действует как повышающий трансформатор.
Полярность с вычитанием
Такое соединение показано на рис. 32.63 (a).
Схема была перерисована с общей полярностью вверху на Рис. 32.63 (b) и на Рис. 32.63 (c).
В этом случае трансформатор действует как понижающий автотрансформатор.
Общий ток течет от общего вывода.
Здесь V2 = 2400-240 = 2160 В.
Параллельная работа однофазного трансформатора
Для питания нагрузки, превышающей номинальную мощность существующего трансформатора, второй трансформатор может быть подключен параллельно к нему, как изображенный на рис.32,75.
Первичные обмотки подключены к шинам питания, а вторичная обмотка подключена к шинам нагрузки.
При параллельном соединении двух или более чем двух трансформаторов важно, чтобы их выводы одинаковой полярности были подключены к одним и тем же шинам
.
Если этого не сделать, две ЭДС, наведенные во вторичных обмотках, которые параллельны с неправильной полярностью, будут действовать вместе в локальной вторичной цепи даже при отсутствии нагрузки и, следовательно, вызовут эквивалент глухого короткого замыкания.
Существуют определенные определенные условия, которые должны быть выполнены, чтобы избежать любых местных циркулирующих токов и гарантировать, что трансформаторы
разделяют общую нагрузку пропорционально их номинальным значениям в кВА.
Условия следующие:
1. Первичная обмотка трансформаторов должна соответствовать напряжению и частоте питающей сети.
2. Трансформатор должен быть правильно подключен с соблюдением полярности.
3. Номинальное напряжение первичных и вторичных обмоток должно быть одинаковым.Другими словами, трансформатор должен иметь такое же передаточное число, то есть передаточное число.
4. Импеданс в процентах должен быть одинаковым по величине и иметь одинаковое отношение X / R, чтобы избежать циркулирующих токов и работы с разными коэффициентами мощности.