Трансформатор строение: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Принцип работы трехфазного трансформатора

Трансформаторы – статические электромагнитные аппараты, с помощью которых возможно преобразовать переменный ток из одного класса напряжения в другой, при этом с неизменной частотой. В энергосистемах трансформатор, который преобразовывает электроэнергию трехфазного напряжения, называют трехфазным силовым.

Конструктивная особенность
Принцип работы
Трехфазный трансформатор: строение, виды, принцип работы
Назначение трёхфазного трансформатора
Определение и виды прибора
Принцип действия
Строение трансформатора
Схемы и группы соединения обмоток
Сфера использования
Немного из истории
Источники:

Для передачи электроэнергии от генераторов электростанций к линиям электропередач (ЛЭП) применяют повышающие трансформаторы (они увеличивают класс напряжения), от ЛЭП к распределительным подстанциям и далее к потребителям – понижающие (они уменьшают класс напряжения).

Конструктивная особенность

Трехфазный трансформатор имеет основу – магнитный сердечник, собранный из трёх ферромагнитных стержней. На стержнях располагаются первичная обмотка высокого напряжения и вторичная обмотка низкого напряжения. Для соединения фаз первичных обмоток применяют схемы «треугольник» либо «звезда». Аналогичным способом соединения выполняются и вторичные обмотки.

На первичную обмотку подаётся электроэнергия из питающей сети, а на вторичную подключается нагрузка. Электроэнергия передаётся за счет электромагнитной индукции. Главная функция магнитопровода – обеспечить между обмотками магнитную связь. Магнитопровод изготавливают из тонких стальных пластин (электротехническая листовая сталь). Чтобы сократить потери, стальные листы между собой изолируют, используя оксидную пленку или специальный лак.

Трансформатор силовой трехфазный с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)

Трансформатор силовой трехфазный ТС и ТСЗ

Трансформатор-стабилизатор высоковольтный дискретный ВДТ-СН

Обмотки с магнитопроводом погружаются в бак, в котором находится трансформаторное масло. Оно одновременно выполняет функцию изоляции и охлаждающей среды. Такие трансформаторы называются масляными. Трехфазный трансформатор, у которого в качестве охлаждения и изоляции используется воздух, называют сухим. Недостаток масляных трансформаторов заключается в повышенной пожароопасности.

Принцип работы

Электромагнитная индукция является базовым явлением в работе трансформатора.

Из электрической сети подается питание к первичной обмотке, в ней появляется переменный ток, в магнитопроводе при этом образуется магнитный переменный поток. Как известно из физики, если поместить второй проводник в магнитное поле, в нем также появляется переменный ток. В качестве второго проводника в трансформаторе выступает вторичная обмотка. Таким образом, в ней появляется напряжение.

Разница между первичным и вторичным напряжением зависит от коэффициента трансформации, который определяется числом витков в обмотках.

Трехфазный трансформатор: строение, виды, принцип работы

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. 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 задачи:

охлаждение обмоток, нагревающихся вследствие протекания по ним тока;

повышение изоляции.

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.

Сфера использования

Такие трансформаторы в основном используются в промышленности. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:

Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.

Немного из истории

Изобретение трансформаторов начиналось ещё в 1876 году великим русским учёным П.Н. Яблоковым. Его изделие не имело замкнутого сердечника, он появился позже – в 1884 году. И с появлением прибора учёные активно стали интересоваться переменным током.

Например, уже в 1889 году М.О. Доливо-Добровольским (русским электротехником) была предложена трёхфазная система переменного тока. Им был построен первый трёхфазный асинхронный двигатель и трансформатор. Через два года была представлена презентация трёхфазной высоковольтной линии протяженностью 175 км, где успешно повышалась и понижалась электроэнергия.

Чуть позже появились масляные агрегаты, так как масло не только оказалось хорошим изолятором, но и прекрасной охлаждающей средой.

Источники:

www.Ruselt.ru
220v.guru
meanders.ru
MirZnanii.com
Практическая электроника
SYL.ru
radioingener.ru
slarkenergy. ru
FB.ru
Asutpp
Всё об энергетике, электротехнике, электронике

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 9 чел.
Средний рейтинг: 3.4 из 5.

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

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.

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.

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.

Что такое архитектура трансформатора? – TechTalks

Эта статья является частью Демистификации ИИ, серии сообщений, которые (пытаются) развеять неоднозначность жаргона и мифов, окружающих ИИ. (в партнерстве с Paperspace)

В последние годы модель трансформатора стала одним из основных достижений в области глубокого обучения и глубоких нейронных сетей. Он в основном используется для расширенных приложений обработки естественного языка. Google использует его для улучшения результатов поиска. OpenAI использовала трансформеры для создания своих знаменитых моделей GPT-2 и GPT-3.

С момента своего дебюта в 2017 году архитектура преобразователя развивалась и разветвлялась на множество различных вариантов, выходящих за рамки языковых задач в другие области. Они использовались для прогнозирования временных рядов. Они являются ключевой инновацией AlphaFold, модели предсказания структуры белка DeepMind. Codex, модель генерации исходного кода OpenAI, основана на преобразователях. Совсем недавно преобразователи нашли свое применение в компьютерном зрении, где они постепенно заменяют сверточные нейронные сети (CNN) во многих сложных задачах.

Исследователи все еще ищут способы улучшить трансформаторы и использовать их в новых приложениях. Вот краткое объяснение того, что делает трансформаторы захватывающими и как они работают.

Обработка последовательностей с помощью нейронных сетей

Классическая нейронная сеть с прямой связью не предназначена для отслеживания последовательных данных и преобразования каждого ввода в вывод. Это работает для таких задач, как классификация изображений, но не работает с последовательными данными, такими как текст. Модель машинного обучения, которая обрабатывает текст, должна не только вычислять каждое слово, но и учитывать, как слова входят в последовательности и связаны друг с другом. Значение слов может меняться в зависимости от других слов, стоящих до и после них в предложении.

До трансформеров рекуррентные нейронные сети (RNN) были популярным решением для обработки естественного языка. Когда предоставляется последовательность слов, RNN обрабатывает первое слово и возвращает результат на уровень, который обрабатывает следующее слово. Это позволяет ему отслеживать все предложение целиком, а не обрабатывать каждое слово отдельно.

Рекуррентные нейронные сети имели недостатки, которые ограничивали их полезность. Во-первых, они были очень медленными. Поскольку им приходилось обрабатывать данные последовательно, они не могли использовать преимущества параллельного вычислительного оборудования и графических процессоров (GPU) при обучении и выводе. Во-вторых, они не могли обрабатывать длинные последовательности текста. По мере того, как RNN углублялся в отрывок текста, эффекты первых слов предложения постепенно исчезали. Эта проблема, известная как «исчезающие градиенты», была проблематичной, когда два связанных слова находились в тексте очень далеко друг от друга. И в-третьих, они фиксируют только отношения между словом и словами, которые стояли перед ним. На самом деле значение слов зависит от слов, стоящих перед ними и после них.

Сети с долговременной кратковременной памятью (LSTM), преемники RNN, смогли в некоторой степени решить проблему исчезающих градиентов и могли обрабатывать большие последовательности текста. Но LSTM обучались еще медленнее, чем RNN, и все еще не могли в полной мере использовать преимущества параллельных вычислений. Они по-прежнему полагались на последовательную обработку текстовых последовательностей.

Трансформеры, представленные в статье 2017 года «Внимание — это все, что вам нужно», внесли два ключевых вклада. Во-первых, они позволили обрабатывать целые последовательности параллельно, что позволило масштабировать скорость и мощность последовательных моделей глубокого обучения до беспрецедентных показателей. А во-вторых, они представили «механизмы внимания», которые позволили отслеживать отношения между словами в очень длинных текстовых последовательностях как в прямом, так и в обратном направлении.

Обработка последовательностей с помощью нейронных сетей

Прежде чем мы обсудим, как работает модель преобразователя, стоит обсудить типы задач, которые решают последовательные нейронные сети.

Модель «вектор в последовательность» принимает один вход, например изображение, и создает последовательность данных, например описание.

Модель «от последовательности к вектору» принимает в качестве входных данных последовательность, такую как обзор продукта или сообщение в социальной сети, и выводит одно значение, например оценку тональности.

Модель «последовательность к последовательности» принимает в качестве входных данных последовательность, например английское предложение, и выводит другую последовательность, например французский перевод предложения.

Несмотря на различия, все эти типы моделей имеют одну общую черту. Они изучают представления. Работа нейронной сети заключается в преобразовании одного типа данных в другой. Во время обучения скрытые слои нейронной сети (слои, стоящие между входным и выходным) настраивают свои параметры таким образом, чтобы наилучшим образом отображать особенности типа входных данных и отображать его на выход.

Исходный преобразователь был разработан как модель последовательностей (seq2seq) для машинного перевода (конечно, модели seq2seq не ограничиваются задачами перевода). Он состоит из модуля кодировщика, который сжимает входную строку исходного языка в вектор, представляющий слова и их отношения друг к другу. Модуль декодера преобразует закодированный вектор в строку текста на языке назначения.

Токены и вложения

Введенный текст должен быть обработан и преобразован в единый формат перед подачей на преобразователь. Сначала текст проходит через «токенизатор», который разбивает его на фрагменты символов, которые можно обрабатывать отдельно. Алгоритм токенизации может зависеть от приложения. В большинстве случаев каждое слово и знак препинания примерно считаются за один токен. Некоторые суффиксы и префиксы считаются отдельными токенами (например, «ize», «ly» и «pre»). Токенизатор создает список чисел, представляющих идентификаторы токенов входного текста.

Затем токены преобразуются в «встраивания слов». Встраивание слов — это вектор, который пытается уловить значение слов в многомерном пространстве. Например, слова «кошка» и «собака» могут иметь одинаковое значение в некоторых измерениях, потому что они оба используются в предложениях о животных и домашних питомцах. Однако «кошка» ближе к «льву», чем к «волку» в каком-то другом измерении, которое отделяет кошачьих от псовых. Точно так же «Париж» и «Лондон» могут быть близки друг к другу, потому что они оба являются городами. Однако «Лондон» ближе к «Англии», а «Париж» к «Франции» по измерению, разделяющему страны. Вложения слов обычно имеют сотни измерений.

Вложения Word создаются путем встраивания моделей, которые обучаются отдельно от преобразователя. Существует несколько предварительно обученных моделей встраивания, которые используются для языковых задач.

Слои внимания

Как только предложение преобразуется в список вложений слов, оно передается в модуль кодировщика преобразователя. В отличие от моделей RNN и LSTM, преобразователь не получает один вход за раз. Он может получать вложенные значения, равные целому предложению, и обрабатывать их параллельно. Это делает преобразователи более эффективными с точки зрения вычислений, чем их предшественники, а также позволяет им исследовать контекст текста как в прямой, так и в обратной последовательности.

Чтобы сохранить последовательный характер слов в предложении, преобразователь применяет «позиционное кодирование», что в основном означает, что он изменяет значения каждого вектора внедрения, чтобы представить его местоположение в тексте.

Затем ввод передается в первый блок кодировщика, который обрабатывает его через «уровень внимания». Слой внимания пытается уловить отношения между словами в предложении. Например, рассмотрим предложение «Большой черный кот перешел дорогу после того, как уронил на бок бутылку». Здесь модель должна ассоциировать «это» с «кошкой» и «это» с «бутылкой». Соответственно, должны устанавливаться другие ассоциации, такие как «большой» и «кошка» или «перекрещенный» и «кошка». Другими словами, уровень внимания получает список вложений слов, которые представляют значения отдельных слов, и создает список векторов, которые представляют как отдельные слова, так и их отношения друг к другу. Слой внимания содержит несколько «головок внимания», каждая из которых может фиксировать различные виды отношений между словами.

Выходные данные уровня внимания передаются в нейронную сеть с прямой связью, которая преобразует их в векторное представление и отправляет на следующий уровень внимания. Преобразователи содержат несколько блоков внимания и слоев прямой связи для постепенного захвата более сложных взаимосвязей.

Задача модуля декодера — преобразовать вектор внимания кодировщика в выходные данные (например, переведенную версию входного текста). На этапе обучения декодер имеет доступ как к вектору внимания, созданному кодировщиком, так и к ожидаемому результату (например, переведенной строке).

Декодер использует тот же механизм токенизации, встраивания слов и внимания для обработки ожидаемого результата и создания векторов внимания. Затем он передает этот вектор внимания и слой внимания в модуль кодировщика, который устанавливает отношения между входными и выходными значениями. В приложении для перевода это часть, в которой слова из исходного и целевого языков сопоставляются друг с другом. Как и модуль кодировщика, вектор внимания декодера проходит через уровень прямой связи. Затем его результат сопоставляется с очень большим вектором, равным размеру целевых данных (в случае языкового перевода он может охватывать десятки тысяч слов).

Обучение преобразователя

Во время обучения преобразователю предоставляется очень большой набор парных примеров (например, английские предложения и их соответствующие французские переводы). Модуль кодировщика получает и обрабатывает полную входную строку. Декодер, однако, получает замаскированную версию выходной строки, по одному слову за раз, и пытается установить сопоставление между закодированным вектором внимания и ожидаемым результатом. Кодер пытается предсказать следующее слово и вносит исправления на основе разницы между его выводом и ожидаемым результатом. Эта обратная связь позволяет преобразователю изменять параметры кодера и декодера и постепенно создавать правильные сопоставления между входным и выходным языками.

Чем больше обучающих данных и параметров имеет преобразователь, тем больше возможностей он получает для поддержания согласованности и согласованности длинных последовательностей текста.

Вариации преобразователя

В примере машинного перевода, который мы рассмотрели выше, модуль кодировщика преобразователя изучил отношения между английскими словами и предложениями, а декодер изучил сопоставления между английским и французским языками.

Но не для всех преобразователей требуется модуль кодера и декодера. Например, семейство больших языковых моделей GPT использует стеки модулей декодера для генерации текста. BERT, еще один вариант модели преобразователя, разработанный исследователями из Google, использует только модули кодировщика.

Преимущество некоторых из этих архитектур заключается в том, что их можно обучать с помощью методов обучения с самоконтролем или без учителя. BERT, например, выполняет большую часть обучения, беря большие объемы неразмеченного текста, маскируя его части и пытаясь предсказать недостающие части. Затем он настраивает свои параметры в зависимости от того, насколько его прогнозы были близки или далеки от фактических данных. Постоянно проходя через этот процесс, BERT фиксирует статистические отношения между разными словами в разных контекстах. После этого этапа предварительной подготовки BERT можно настроить для последующих задач, таких как ответы на вопросы, обобщение текста или анализ тональности, путем обучения на небольшом количестве помеченных примеров.

Использование неконтролируемого и самоконтролируемого предварительного обучения снижает количество ручных усилий, необходимых для аннотирования обучающих данных.

О трансформерах и новых приложениях, которые они открывают, можно сказать гораздо больше, что выходит за рамки этой статьи. Исследователи все еще ищут способы выжать больше из трансформаторов.

Трансформеры также создали дискуссии о понимании языка и искусственном общем интеллекте. Ясно то, что преобразователи, как и другие нейронные сети, представляют собой статистические модели, которые умным и сложным образом фиксируют закономерности в данных. Они не «понимают» язык так, как люди. Но, тем не менее, они интересны и полезны и могут многое предложить.

ДЕЙКОН | Снижение шума трансформатора за счет воздушной изоляции

Просмотреть все ресурсы

загрузить полный файл в формате pdf

Шум трансформатора (гул) вызван растяжением и сжатием пластин сердечника при намагничивании (явление, известное как магнитострикция). Это растяжение и сжатие (вибрация) происходят дважды в течение нормального цикла напряжения или тока. То есть трансформатор вибрирует в основном на частоте, вдвое превышающей частоту источника питания, т. е. 120 Гц в Северной Америке (и 100 Гц в других местах) и в меньшей степени на частоте 60/50 Гц. Учитывая, что эта вибрация 120/100 Гц не совсем синусоидальна, гармоники более высокого порядка основной частоты (240, 360, 480, … Гц) также присутствуют в спектре вибрации и последующем шуме. Гармоники более высокого порядка также существуют, но в меньшей степени, для компонента 60/50 Гц.

Трансформаторы передают шум частично по воздуху (воздушный шум). В дополнение к воздушному шуму трансформаторы передают вибрацию через свою опорную конструкцию в соседние помещения, вызывая корпусной шум.

Воздушная часть трансформаторного шума обычно снижается путем помещения трансформатора в звуконепроницаемый кожух (помещение). Структурную часть шума следует устранять путем надлежащей изоляции трансформатора от конструкции, уменьшая передачу вибрации трансформатора на конструкцию.

В недавней заявке компании DEICON было предложено дополнительно улучшить снижение корпусного шума двух больших трансформаторов (каждый весом 9000 фунтов), установленных в многоэтажном жилом доме. Трансформаторы были размещены в звукоизолированных помещениях и изолированы от пола с помощью виброизоляторов (крепления из прессованного стекловолокна для одного трансформатора и коврики из пробки/неопрена для другого). В предварительном исследовании, включавшем некоторые лабораторные испытания, был сделан вывод о том, что опоры из сжатого стекловолокна имели слишком сильное демпфирование, что ухудшало их изоляцию высокочастотных вибраций, а опоры из пробки/неопрена были слишком жесткими для эффективной изоляции трансформатора. Было решено заменить изоляционную среду со сжатого стекловолокна и пробки/неопрена на воздух.

Переключение монтажных систем на воздушную изоляцию снизило передачу вибрации от трансформатора к конструкции, что резко снизило корпусной шум. На рис. 1 показаны две вновь установленные пневмоопоры (пневмобаллоны) под трансформатором. Всего в системе изоляции использовалось 6 пневмокреплений.

На рис. 2 показаны спектры мощности ускорения в диапазоне частот 0–2400 Гц, измеренные на несущей/основной конструкции трансформатора рядом с одной из монтажных ножек. Синяя кривая показывает измерение с пробковым/неопреновым креплением (матом), а красная кривая показывает то же измерение с установленными воздушными креплениями. Как видно из этого рисунка, изолирующий эффект воздушных креплений намного превосходит эффект старых ковриков из пробки/неопрена.

Замеры звука до и после замены креплений проводились в жилой зоне; не показано для краткости. Наблюдалось улучшение в соответствии с уменьшением вибрации.