Трансформаторы постоянного тока принцип действия: Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

С целью преобразования электрической энергии высокого напряжения до значений, приемлемых при эксплуатации бытовых приборов в частных домах и квартирах, используются специальные устройства – трансформаторы. В этой статье мы дадим определение трансформаторам постоянного и переменного тока, рассмотрим принцип их работы и разновидности.

Определение трансформаторов тока

Трансформатором тока называют устройство, используемое для образования переменного тока на вторичной обмотке с напряжением, значение которого пропорционально измеряемой величине. Выпускаются разных мощность – 25, 100, 1000 кВА и т. д.

Но трансформатор необязательно понижает входное напряжение – он может работать и на повышение. Существуют приборы различного класса точности, что зависит от погрешности. В общей сложности есть пять классов точности – 0,2, 0,5, 1, 3 и 10. С ростом класса точности повышается и значение погрешностей.

Это значит, что приборы классом точности 0,2 характеризуются минимальными погрешностями и используются преимущественно в лабораторных условиях.

Принцип действия трансформаторов тока

Конструктивно трансформатор ТМГСУ и любого другого типа состоит из магнитопровода (сердечника), изготавливаемого из электротехнической стали, и обмоток (в автотрансформаторах одна, срощенная) из меди.  Первичная обмотка бывает плоской или в форме ролика, и оборачивается вокруг сердечника или проводника. Это позволяет создать трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из минимального числа витков. Такой подход существенно повышает эффективность работы устройства и его коэффициент трансформации.

На вторичной обмотке обычно больше витков. Они наматываются на основу магнитопровода, характеризующегося малыми потерями и при поперечном рассмотрении большой площадью сечения. Величина плотности магнитного потока минимальна, низки и потери напряжения. Для вторичных обмоток обычно используют стандартные величины 1 или 5 А.

Разновидности трансформаторов тока

Трансформаторы делятся на три основных типа:

• Сухие – устройства, в которых обмотка соединяется с проводником, а процесс охлаждения протекает за счет естественной циркуляции воздуха.
• Масляные – первичная обмотка расположена на кабеле или шине. Периодичность устройств равна одному ходу обычного сухого трансформатора. Охлаждения происходит за счет трансформаторного масла, забирающего тепло с нагретых элементов и передающего его через стенки и крышки гофрированного бака в окружающую среду.
• Тороидальные – отсутствует первичная обмотка.

Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Главная » Статьи » Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Все трансформаторы тока — это конструкции, которые изменяют переменный ток и стабильно защищают от перепадов высокого напряжения. Он является механизмом только переменного тока, который не может работать с источником постоянного тока, так как при этом в его обмотках не будет электромагнитной индукции.

Сейчас трансформаторы напряжения, работающие на маленьких мощностях, практически вытеснены более мощными модификациями.

Описание и составляющие

Трансформатор состоит из трех частей:

• Электро-обмотка может быть первичной подводящей напряжение и вторичной снимающей напряжение. Первичная обвивка подключается по порядку и подсоединяется к ключу переменного тока. Вторичная обвивка должна быть замкнута на нагрузку и ее противодействие не превышает установленного значения, она никак не сопряжена с первичной. На вторичной обмотке вызывается крайне высокое напряжение и вследствие этого она обязана быть заземлена.
• Системы охлаждения: естественное воздушное, масляное (трансформаторное масло циркулирует и отдает запасенное тепло через заднюю стенку бака в окружающую среду, охлаждаясь), по тому же принципу циркуляции происходит охлаждение водой и естественное жидким диэлектриком.
• Сердечник. А еще его называют магнитопровод, чаще всего изготавливается из специальных сплавов штампованных пластин в виде буквы Ш и О. Могут быть броневые (катушки установлены на одной оси) и стержневые (занимают большую часть сердечника и сердечники являются раздельными их стягивают при сборке).

Принцип действия

Отдача мощности из одной обмотки во вторую совершается электромагнитным путем и основана на электромагнитной индукции. Непостоянный ток, идя по первичной обмотке, формирует электромагнитное течение в магнитопроводе и индуцирует во вторичной обмотке, пронизывая ее витки. В результате он становиться замкнутым в магнитопроводе и сцепляется с двумя обмотками. Витки обмотки имеют равное усилие и в случае если повысить количество витков на 2–ой обмотке, объединяя их поочередно между собою, то можно повысить вольтаж на выходе трансформатора. Таким же образом уменьшая количество витков уменьшить выходное напряжение. В сердечнике трансформатора неизбежны потери энергии за счет выделения тепла, но в современных мощных моделях эти потери невелики и не превышают 3%. Однофазные трансформаторы напряжения могут работать, на нагрузку, в режиме холостого хода и короткого замыкания.

Как три отдельных однофазных трансформатора можно рассматривать трехфазные, но они работают на больших мощностях.

← Назад к списку новостей

Измерительный трансформатор — постоянный ток

Измерительный трансформатор — постоянный ток

Cтраница 2

Разновидностью магнитных усилителей являются так называемые измерительные трансформаторы постоянного тока

( рис. 5.20), которые используются для измерения постоянных токов до сотен и тысяч ампер. Отсутствие электрической связи между сетью постоянного тока и измерительным прибором делает эту схему безопасной при измерении токов высоковольтных цепей. Обмотка управления часто представляет собой шину, проходящую через отверстия двух тороидальных сердечников с рабочими обмотками. Выходной ток выпрямляется и измеряется амперметром, проградуированным в амперах измеряемого управляющего тока. Таким образом, прибор представляет собой 5.20. Измерительный транс — простейший магнитный усилитель.  [16]

Для описываемого германиевого выпрямителя был изготовлен измерительный трансформатор постоянного тока на 120 ка, что гарантировало необходимую точность измерения.  [17]

Разновидностью магнитных усилителей являются так называемые

измерительные трансформаторы постоянного тока ( рис. 5.7), которые используют для измерения постоянных токов до сотен и тысяч ампер. Отсутствие электрической связи между сетью постоянного тока и измерительным прибором делает эту схему безопасной при измерении токов высоковольтных цепей. Обмотка управления часто представляет собой шину, проходящую через отверстия двух кольцевых сердечников с рабочими обмотками. Выходной ток выпрямляется и измеряется амперметром, проградуированным в амперах измеряемого управляющего тока. Таким образом, прибор представляет собой простейший магнитный усилитель. Отметим, что постоянная времени трансформаторов постоянного тока настолько мала, что их с успехом используют для осцил-лографирования процессов в цепи постоянного тока.  [19]

В качестве датчика постоянного тока применяют также

измерительные трансформаторы постоянного тока. На рис. 6.9, а показана основная схема включения трансформаторов такого рода. Трансформатор в данном случае — это дроссельный магнитный усилитель, сердечник которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Обмотки управления ш2 усилителя включены в цепь измеряемого тока, обмотки переменного тока wl соединены последовательно и подключены к источнику переменного тока.  [20]

Магнитные усилители являются осноп-вым звеном так называемых измерительных трансформаторов постоянного тока. Принцип действия этих устройств заключается в следующем. Постоянное подмаг-ничивагаие магнитных систем а к б ( рис. 24 — 15) осуществляется шиной постоянного тока, проходящей через обе магнитные системы.  [21]

Двухполупериодные МУС служат для построения разнообразных датчиков, измерительных трансформаторов постоянного тока

, стабилизаторов напряжения и мощности.  [22]

Двухполуперподпые МУС служат для построения разнообразных датчиков, измерительных трансформаторов постоянного тока, стабилизаторов напряжения и мощности.  [23]

Двухполупериодные МУС служат для построения разнообразных датчиков, измерительных трансформаторов постоянного тока, стабилизаторов напряжения и мощности.  [24]

Примером применения устройств, работающих в этом режиме, является измерительный трансформатор постоянного тока.  [25]

Ry и КВ-Из-за этого соотношения дроссель насыщения может применяться как измерительный трансформатор постоянного тока

, а при наличии ряда обмоток управления — как суммирующий МУ, позволяющий устранить гальваническую связь между цепями сигналов и придать суммируемым токам различные коэффициенты и знаки. Недостатком дросселя насыщения является малый по сравнению с другими МУ коэффициент усиления по мощности.  [27]

В качестве датчика тока применены нормальные трансформаторы с двумя сердечниками, включенные как измерительные трансформаторы постоянного тока и соединенные по трехфазной нулевой схеме.  [28]

На рис. 6 — 29 показана схема соединений выпускаемого ПО Электроаппарат в Ленинграде измерительного трансформатора постоянного тока типа ТПТ-300, сконструированного в сочетании с двумя блоками типа ТПП-05. В ТПТ предусмотрена двухступенчатая трансформация тока 1000 / 25 в основной конструкции и 25 / 1 в дополнительных трансформаторах тока, встроенных в блоки.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Трансформаторы, машины постоянного тока, выпрямители

Трансформаторы, машины постоянного тока, выпрямители Трансформаторы. Аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты, называется трансформатором. Он представляет собой сердечник из мягкой ста-ди, на котором намотаны две обмотки. Обмотка, к которой подводится напряжение, называется первичной, а обмотка, к которой подключаются потребители, — вторичной. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает переменный магнитный поток, который во вторичной обмотке наводит ЭДС. Между числом витков и напряжениями обмоток существует следующая зависимость: во окольно раз число витков первичной обмотки больше (или меньше) числа витков вторичной обмотки, во столько же раз напряжение первичной обмотки больше (или меньше) напряжения вторичной обмотки. Число, показывающее эту зависимость, называется коэффициентом трансформации. Трансформаторы, применяемые для понижения напряжения, называются понижающими. Коэффициент трансформации у них больше единицы Трансформаторы, с помощью которых напряжение повышается, называются повышающими. Коэффициент трансформации у них меньше единицы. Рис. 7. Соединение звездой 1 — нулевая точка генератора; 2 — линейный провод; 3 — нулевой провод; 4 — нулевая точка потребителя Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом или холостой работой трансформатора. Небольшой ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Величина его обычно составляет 3,5—10%’ тока номинальной нагрузки трансформатора- Машины постоянного тока. Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращающего ее первичного двигателя в электрическую энергию постоянного тока, которую машина отдает потребителям. Генератор постоянного тока работает по принципу электромагнитной индукции. Поэтому основными его частями являются якорь с расположенной на нем обмоткой и электромагниты, создающие магнитное поле. Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных штампованных листов электротехнической стали. На валу якоря укрепляется коллектор, состоящий из отдельных медных пластин, припаянных к определенным местам обмотки якоря. Коллектор служит для выпрямления тока и отвода его при помощи неподвижных щеток во внешнюю сеть. Электромагниты генератора постоянного тока состоят из стальных полюсных сердечников, на которые надеваются катушки из медной изолированной проволоки. Внешняя цепь соединяется с цепью якоря машины при помощи щеток, укрепленных в щеткодержателях. При вращении якоря обмотка его пересекает магнитные линии полюсов, и в проводниках обмотки индуктируется ЭДС. В зависимости от способа создания магнитного поля генераторы постоянного тока делятся на несколько групп: с постоянными магнитами (магнитоэлектрические), с независимыми возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с постоянными магнитами состоят из •одного или нескольких постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. В промышленности такие генераторы не применяются из-за небольшой вырабатываемой мощности. Обмотка полюсов генератора с независимым возбуждением питается от постороннего источника постоянного напряжения. У генератора с самовозбуждением обмотка возбуждения полюсов получает питание со щеток якоря самой машины. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа соединения обмоток возбуждения полюсов и якоря делятся на три вида: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Машина постоянного тока станет работать, как электрический двигатель, если ее подключить к источнику напряжения. В этом случае такая машина будет превращать электрическую энергию в механическую. Устройство электрических двигателей такое же, как у генераторов. Принцип их работы основан на взаимодействии тока, протекающего в обмотке якоря, и магнитного поля, создаваемого полюсами электромагнитов. Для преобразования переменного тока в постоянный и обратно применяют также вращающиеся преобразователи трех видов: двигатель-генераторы, одноякорные и каскадные преобразователи. Двигатель-генератор состоит из двух отдельных машин — двигателя и генератора, сидящих на одном валу и соединенных муфтой. Для преобразования переменного тока в постоянный используют асинхронный или синхронный двигатель и генератор постоянного тока с независимым возбуждением или’ самовозбуждением. Одноякорный преобразователь — это генератор постоянного тока, у которого кроме коллектора имеются контактные кольца. Переменный ток преобразуется в постоянный в одном якоре. В случае преобразования трехфазного тока обмотка якоря с одной стороны машины соединена с коллектором. Три точки обмотай якоря, расположенные под углом 120°, присоединены к трем контактным кольцам, укрепленным на валу с другой стороны -машины. Для преобразования однофазного переменного тока в постоянный применяют преобразователи, у которых на валу кроме коллектора укреплены два контактных кольца, присоединенных к двум диаметрально противоположным точкам обмотки якоря. Каскадный преобразователь состоит из асинхронного двигателя и одноякорного преобразователя. Обе машины установлены на одном валу. Цепь ротора асинхронного двигателя соединяется последовательно с якорем преобразователя. В сварочной технике используют твердые выпрямители. Они состоят из трех слоев. Первым слоем служит металл с большим числом свободных электронов. Второй, так называемый запирающей или изоляционный слои, не имеет свободных электронов. Третий слой — полупроводник с небольшим числом свободных электронов. iipn наличии на крайних слоях разности потенциалов в запирающем слое возникает сильное электрическое поле, которое способствует вырыванию свободных электронов из прилегающих к нему слоев. Если металлу с большим числом свободных электронов сообщить отрицательный заряд, а металлу с небольшим числом сво-оодных электронов — положительный, то из первого металла будет вырвано значительное число электронов и в цепи станет проходить электрический ток от второго металла к первому. При обратной полярности число электронов, вырванных из второго металла, будет невелико и гака в цепи практически не будет. Читать далее: Сварочные флюсы Сварочные электроды Общие сведения о сварке арматуры Противопожарные мероприятия при сварке Безопасность труда при сварке технологических трубопроводов Безопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкций Защита от поражения электрическим током при сварке Техника безопасности и производственная санитария при сварке Управление качеством сварки Статистический метод контроля

Трансформаторы постоянного напряжения и тока

В САУ тяговым генератором, помимо амплистата, используются еще два вида МУ: трансформатор постоянного тока и трансформатор постоянного напряжения. Трансформатор постоянного напряжения обеспечивает подачу на управляющую обмотку амплистата сигнала, пропорционального напряжению тягового генератора, а трансформатор постоянного тока — сигнала, пропорционального току нагрузки ТЭД или генератора. Другими словами, ТПН н ТПТ являются датчиками сигналов по напряжению и току в САУ тяговым генератором. Такие трансформаторы называют измерительными. Основное требование к ТПН и ТПТ — обеспечить с достаточно высокой точностью пропорциональность между м. д. с. управления и током выхода. ТПН и ТПТ представляют собой простейшие МУ без обратных связей. Коэффициенты усиления таких МУ невелики, но это не имеет значения, так как основное требование для измерительных трансформаторов — получить указанные выше зависимости.

Трансформаторы напряжения и тока имеют по два тороидальных сердечника из ленты железоникелевого сплава (пермаллоя) с высокой магнитной проницаемостью. В ТПН и ТПТ рабочие обмотки состоят из двух встречио включенных секций с равным числом витков, при этом каждая из секций расположена на своем сердечнике. Эти обмотки питаются переменным током от синхронного подвозбудителя через распределительный трансформатор. Нагрузка цепей рабочих обмоток ТПН

Рис. 29. Характеристика управления трансформаторов постоянного напряжения ТПН-ЗА, ТПН-61

Рис. 30. Характеристики управления трансформаторов постоянного тока ТПТ-21, ТПТ-22

н ТПТ — балластные резисторы СБТН и СБТТ и подключенная параллельно им через выпрямительные мосты В1 и В2 управляющая обмотка ОУ амплистата (см. рис. 27).

Обмотка управления ТПН через резистор СТН включена на напряжение тягового генератора так, что характеристика управления ТПН может быть представлена как зависимость тока выхода 1н от напряжения генератора V\ (рис. 29). Добавочный резистор СТН (из нихрома) имеет сопротивление во много раз большее, чем сопротивление обмотки управления. Это сделано для того, чтобы уменьшить погрешность системы управления при изменении температуры и сопротивления обмотки управления ТПН. На тепловозах типа ТЭ10 применяются трансформаторы постоянного напряжения марки ТПН-ЗА, а с 1984 г.-ТПН-61.

На тепловозах с динамической жесткой характеристикой генератора ТПТ подают сигнал, пропорциональный току в цепи одного или двух ТЭД. Для этого через окно сердечников ТПТ проходят шины от цепи соответственно одного или двух двигателей. Таким образом, обмоткой управления ТПТ является виток силовой цепи (от «плюса» генератора через ТЭД на «минус» генератора) .

На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У для контроля цепи одного двигателя устанавливаются трансформаторы ТПТ-21, а для контроля цепи двух двигателей-ТПТ-22, при этом первые имеют коэффициент трансформации в 2 раза выше, чем вторые, что обеспечивает равенство выходных сигналов при равных токах двигателей (рис. 30).

⇐Предыдущая Оглавление Следующая⇒

Принцип действия трансформатора | Основы судовой электротехники

Страница 6 из 16

ГЛАВА V
ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 28. Принцип действия трансформатора, основные соотношения
В судовых электроэнергетических установках и системах автоматики широкое применение находят электромагнитные статические (без движущихся частей) аппараты — трансформаторы. Действие трансформаторов, предназначенных для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого по величине напряжения, основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Наибольшее распространение на транспортных судах получили однофазные и трехфазные трансформаторы с ферромагнитным сердечником из электротехнической стали.

Однофазный трансформатор (рис. 80) состоит из замкнутого сердечника, собранного при относительно низких частотах из тонких листов электротехнической стали (0,5 мм), на котором расположены две обмотки; одна из них — первичная — получает питание от сети переменного тока. Переменный ток i первичной обмотки создает переменный магнитный поток, который по закону электромагнитной индукции индуцирует в первичной и вторичной обмотках ЭДС, равные:
(170)
В данном случае выражение для мгновенных значений ЭДС может быть записано в виде
(171)
На основании формул (170) и (171) имеем

Переходя к действующим значениям ЭДС, получим:
откуда
(174)
где w — число витков; ω= 2πf — круговая частота питающей сети; A=0 — постоянная интегрирования, равная нулю в случае установившегося синусоидального режима.
Переменный магнитный поток изменяется от —Фт до +Фт, тогда 1

(175)
(176)
(177)
Уравнение (177) устанавливает зависимость между действующими значениями ЭДС и амплитудными значениями магнитного потока трансформатора.

На основании выражения (177) действующее значение ЭДС в первичной обмотке
(178)
во вторичной обмотке
(179)
где f — частота питающей сети, Гц; w1 и w2 — число витков соответственно первичной и вторичной обмоток; Фт—амплитудное значение синусоидально изменяющегося магнитного потока, замыкающегося по ферромагнитному сердечнику; √2xπ4,44 — постоянный коэффициент.
Составив математическое отношение выражений (178) и (179), получим:
(180)

Величина Кп называется коэффициентом трансформации. Учитывая, что в трансформаторах при разомкнутой вторичной обмотке ЭДС незначительно отличается по величине от напряжения, коэффициент К12 с некоторой погрешностью можно выразить через напряжения:
(181)
Под действием возбужденной во вторичной обмотке ЭДС в ней, при замыкании зажимов на некоторую нагрузку, будет протекать переменный ток, величина напряжения которого будет зависеть от коэффициента трансформации.

В процессе преобразования переменного тока в трансформаторе возникают потери мощности: электрические в проводниках обмоток при протекании в них тока; магнитные, обусловленные перемагничиванием сердечника (потери на гистерезис и вихревые токи), и диэлектрические в изоляции при воздействии на нее переменного электрического поля. Наибольшие значения имеют электрические и магнитные потери; диэлектрические потери невелики, и их необходимо практически учитывать только при высоких напряжениях и частотах.
Активные и реактивные мощности первичной и вторичной обмоток связаны следующим равенством:
(182)
где Р1 — активная мощность, подводимая к первичной обмотке; Рэ, Рм, Рд — электрические, магнитные и диэлектрические потери; Р2 — активная мощность, отдаваемая вторичной обмоткой нагрузке; Q1 — реактивная мощность, подводимая к первичной обмотке; Q’— реактивная мощность, расходуемая на создание магнитного поля трансформатора; Q2 — реактивная мощность, отдаваемая вторичной обмоткой нагрузке.
Для судовых трансформаторов характерны следующие режимы работы: холостой ход и под нагрузкой.

устройство, принцип работы и схема подключения

В статье читатель узнает, что такое трансформатор тока, где они применяются. Мы постараемся дать краткую характеристику видам и типам устройства, объясним принцип действия. Также предлагаем ознакомиться с видеороликом в конце текста для лучшего понимания материала.

Без такого привычного устройства современный мир был бы невозможен в том виде, каком мы к нему привыкли. Его задача – помочь передавать энергию на большие расстояния. Тех, кто дочитает материал до конца, ждет приятный бонус: файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А. По любым вопросам не стесняйтесь писать в комментариях, опытные эксперты будут рады вам помочь.

Опорные трансформаторы тока.

Что это за устройство

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник.

Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть.

Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

Схематичный рисунок опорного трансформатора тока.

Это устройство, первичная обмотка которого последовательно включена в рабочую цепь, а вторичная служит для проведения измерений. Подобные устройства используются не только в лабораториях для оценки величин. Истинное место трансформаторов тока возле электростанций, где они помогают контролировать режимы, внося коррективы в процесс эксплуатации оборудования.

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

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

Тем, кому будет интересно почитать, материал в тему: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Область применения

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

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Трансформаторы тока принято классифицировать по роду тока. Измеряемое напряжение различается по роду. Для проведения измерений в цепи постоянного тока используется нарезка сигнала на импульсы. Напрямую трансформация невозможна:

• для переменного тока;
• для постоянного тока.

По назначению: мы уже сказали, что часто трансформаторы тока применяются для измерений (к примеру, кВт ч). Называют системы, где требуется защитить персонал для повышения безопасности.

Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования. Трансформаторы делят в зависимости от назначения. Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

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

Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

Принцип работы устройства

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток, выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

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

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток. Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

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

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек, либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией.

Микротрансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги. Подробнее принцип работы трансформатора тока рассмотрен в видеоролике:

Вкратце принцип работы и устройство трансформатора тока заключается в подаче питания от источника электричества. Наиболее актуальным является использование для снижения первичных показателей тока до величины, применяемой в измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления.

Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключаются к вторичной обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют показания в первичной обмотке и делят на коэффициент трансформации.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены.

Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.

Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Схема режима работы трансформатора тока.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны.

Поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения. Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:

U_2/U_1 =N_2/N_1

где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке.

Если U2> U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Интересный материал для ознакомления: что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Виды и типы трансформаторов

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

1. Автотрансформаторы.
2. Импульсные трансформаторы.
3. Разделительный трансформатор.
4. Пик-трансформатор.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения. Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Сравнительные характеристики различных видов трансформаторов.

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

Кроме того, производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией. Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

1. Сухие.
2. Тороидальные.
3. Высоковольтные (масляные, газовые).

У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

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

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

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

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

Принцип работы трансформатора тока.

Параметры трансформаторов тока

При выборе для работы в тандеме с трёхфазным счётчиком первым делом обращают внимание на коэффициент трансформации. Ряд значений стандартизирован, и нужно выбирать приборы, способные работать в паре. Выше говорилось, что в иных случаях коэффициент трансформации возможно менять, и нужно этим пользоваться.

Помимо рабочего напряжения роль играет ток в первичной обмотке (исследуемой сети). Понятно, что с ростом увеличивается нагрев, и однажды токонесущая часть может сгореть. Это требование не столь актуально для трансформаторов без первичной обмотки. Номинальный вторичный ток обычно равен 1 либо 5 А, что служит критерием для согласования с сопрягаемыми устройствами.

Полагается обращать внимание на сопротивление нагрузки в цепи измерения. Вряд ли найдётся счётчик, выбивающийся из общего ряда, но нужно контролировать момент. В противном случае не гарантируется точность показаний. Коэффициент нагрузки обычно не ниже 0,8.

Это уже касается измерительных приборов, с индуктивностями в составе. ГОСТ нормирует значение в вольт-амперах. Для получения сопротивления в омах требуется поделить цифру на квадрат тока вторичной обмотки.

Интересно почитать: однофазные асинхронные двигатели на службе человечества.

Предельные режимы работы обычно характеризуются током электродинамической стойкости, возникающим при коротком замыкании. В паспорте пишут значение, при котором прибор проработает сколь угодно долго без выхода из строя.

В условиях короткого замыкания ток столь силен, что начинает оказывать механическое воздействие. Порой вместо тока электродинамической стойкости указывается кратность его к номинальному.

Остаётся лишь произвести операцию умножения. Указанный параметр не касается приборов без первичной обмотки. Вдобавок определяется ток термической стойкости, который трансформатор выдерживает без критического перегрева. Этот вид устойчивости способен выражаться кратностью.

Отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Заключение

Надеемся, что теперь вам полностью понятен принцип работы трансформаторов тока. Предлагаем скачать файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А., в котором подробно рассмотрены все нюансы работы с трансформаторами тока. Если хотите регулярно узнавать новую информацию по этой теме, а также по теме металлоискателей и радиодеталей: подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Там можно не только узнавать различного рода полезную информацию, но еще и задавать вопросы и получать на них подробные ответы. В завершение хочу поблагодарить источники, откуда мы черпали информацию:

kuhnileona.ru

vashtehnik.ru

Следующая

ТрансформаторыЧто такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Трансформаторы

— обзор | Темы ScienceDirect

3 Силовые трансформаторы

Силовой трансформатор используется на подстанции для повышения или понижения входящего и выходящего напряжения. Трансформаторы на распределительных подстанциях всегда понижают входящие напряжения передачи до более низких напряжений, используемых на уровне распределения. Линии распределения отходят от подстанций напряжением 4–25 кВ. Затем мощность передается на распределительный трансформатор, где напряжение дополнительно понижается до напряжения использования, которое находится в диапазоне от 110 до 480 В для прямого использования потребителем.

Когда трансформатор был изобретен Уильямом Стэнли в 1886 году, первые ограничения на диапазон и уровни мощности энергосистем были сняты. В системе постоянного тока, разработанной Томасом Эдисоном, передаваемая мощность требовала исключительно высоких уровней тока из-за низкого напряжения. Эти большие уровни тока вызывали большие падения напряжения и потери мощности в линиях передачи. Использование трансформаторов значительно снизило падение напряжения и потери мощности. Основная предпосылка идеального трансформатора заключается в том, что при повышении напряжения в системе уровни тока пропорционально уменьшаются для поддержания постоянной выходной мощности.

Трансформатор обычно изготавливается одним из двух способов. На рис. 5 показаны следующие основные конфигурации:

Рис. 5. Однофазные трансформаторы: (A) с сердечником и (B) с корпусом.

•

Тип сердечника: Состоит из простой прямоугольной многослойной стальной пластины с обмоткой трансформатора, намотанной с обеих сторон. Обмотка, подключенная к источнику, называется первичной обмоткой, а то, что связано с импедансом или нагрузкой, называется вторичной обмоткой.

•

Тип оболочки: Этот тип конструкции состоит из сердечника с тремя ножками, обмотки которого намотаны вокруг центральной ножки.

В обоих типах трансформаторов сердечник состоит из тонких пластин, электрически изолированных друг от друга, чтобы минимизировать вихревые токи или те токи, которые циркулируют в материале сердечника и вызывают тепловые потери.

Трансформатор работает по принципу магнитной индукции. Изменяющееся во времени напряжение В _p , которое прикладывается к входной (первичной) стороне, создает изменяющийся во времени поток в сердечнике.Этот изменяющийся магнитный поток соединяется с вторичной обмоткой и индуцирует вторичное напряжение В, _с , пропорционально соотношению обмоток. Соотношение между напряжениями на обеих сторонах идеального трансформатора определяется следующим образом:

Vp / Vs = Np / Ns,

, где N _p и N _s — количество витков первичной обмотки. и вторичные обмотки соответственно. Соотношение между током, протекающим с обеих сторон идеального трансформатора, определяется выражением

NpIp = NsIs,

, где I _p и I _s — первичный и вторичный токи соответственно.Если трансформатор без потерь, то входная мощность равна выходной мощности, а напряжения и токи связаны соотношением Vp / Vs = Is / Ip. Таким образом, когда напряжение увеличивается от вторичного к первичному, ток уменьшается; следовательно, ток ниже при более высоких напряжениях.

В современных энергосистемах трансформаторы можно найти повсюду. Трансформаторы имеют множество названий в зависимости от цели, для которой они используются в энергосистеме. Трансформатор, подключенный к выходу генератора и используемый для повышения его напряжения до уровня передачи, называется единичным трансформатором.Трансформаторы, которые понижают уровни напряжения передачи до уровней распределения, известны как трансформаторы подстанции. Наконец, трансформаторы, которые понижают напряжение на уровне распределения до уровня напряжения, доступного для потребителей, известны как распределительные трансформаторы.

Трансформаторы обычно размещаются в различных местах. Многие трансформаторы представляют собой воздушные трансформаторы, подвешенные на столбах с прямым доступом к проводам. Подземные трансформаторы обычно помещаются в подземные хранилища, чтобы защитить их от доступа общественности и нарушений окружающей среды.Наиболее распространенный тип трансформатора — это трансформатор, устанавливаемый на площадку, который обычно устанавливается на бетонную площадку на уровне земли. Подушечки для крепления предназначены для контакта с населением и поэтому должны соответствовать строгим стандартам Американского национального института стандартов (ANSI). Последний тип трансформатора — это внутренний трансформатор, который предназначен для размещения в здании, обычно на уровне земли. Из-за опасений по поводу масла, используемого в качестве охлаждающей жидкости, большинство внутренних трансформаторов охлаждаются менее воспламеняющимся хладагентом, таким как газ, и часто называются трансформаторами сухого типа.

Уникальный набор трансформаторов — это трансформаторы с переключением под нагрузкой (ULTC). Поскольку напряжение вдоль распределительной линии обычно уменьшается с увеличением нагрузки, потребляемой потребителями, желательно регулировать величину напряжения на подстанции. Самый экономичный метод регулирования напряжения — с помощью трансформатора ULTC. Трансформатор ULTC имеет несколько настроек отвода, которые позволяют регулировать количество вторичных обмоток в зависимости от желаемого уровня напряжения.При изменении соотношения первичной и вторичной обмоток соотношение напряжений на первичной и вторичной обмотках также изменяется. Это изменение настройки отвода позволяет изменять вторичное напряжение в ответ на изменения нагрузки. Эти ответвители полностью автоматические и работают в зависимости от напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Принцип работы управляющего трансформатора

| ATO.com

Управляющий трансформатор — это небольшой трансформатор сухого типа, который в основном используется для изменения напряжения переменного тока.Он намотан железным сердечником и катушкой. Он может изменять не только напряжение переменного тока, но и импеданс. Если расчетная мощность не превышена, ток также можно изменить. В разных средах трансформатор также может применяться по-разному. Как правило, он используется в качестве источника контрольного освещения и светового индикатора для электрических приборов в станках и механическом оборудовании.

Управляющий трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции.Трансформатор имеет два набора катушек: первичную и вторичную. Вторичная обмотка находится за пределами первичной обмотки. Когда к первичной катушке подается переменный ток, железный сердечник трансформатора генерирует переменное магнитное поле, а затем вторичная катушка генерирует индуцированную электродвижущую силу. Первичная обмотка и вторичная обмотка обычно покрыты железным сердечником, так что они могут быть связаны друг с другом посредством магнитных цепей и связи цепей, так что энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке.Условно говоря, к основным функциям более сложного оборудования относятся: предотвращение поражения рабочих электрическим током, предотвращение помех и получение соответствующего напряжения. Принцип его работы следующий:

Из рисунка видно, что U1 — это положительно выбранное переменное напряжение. Когда он нагружен с обеих сторон первичной обмотки, в проводе будет генерироваться переменный ток I1 и переменный магнитный поток. Переменный магнитный поток может проходить через первичную катушку и вторичную катушку вдоль железного сердечника, тем самым обеспечивая замкнутую магнитную цепь.Потенциал взаимной индукции U2 индуцируется во вторичной катушке, и в то же время ① самоиндуцированный потенциал также индуцируется в первичной катушке, то есть E1, который противоположен направлению приложенного напряжения, поэтому он будет ограничивать значение l1. Если требуется поддерживать существование, это требует потребления энергии. Кроме того, трансформатор имеет потери. Если вторичный ток не подключен к нагрузке, но катушка все еще имеет ток, это именно тот ток холостого хода, о котором мы говорили.

Тогда, если вторичная катушка подключена к нагрузке, в катушке будет генерироваться ток l2, и в это время будет генерироваться магнитный поток ②, который противоположен направлению движения бывшей, и также играет противодействующая роль. Кроме того, общий магнитный поток в сердечнике уменьшается, напряжение самоиндукции E1 также уменьшается, l1 увеличивается, поэтому можно сделать вывод, что первичный ток и вторичная нагрузка тесно связаны. Если ток вторичной нагрузки увеличивается, l1 увеличится, и also также увеличится, тогда увеличенная часть может быть просто компенсирована на ②, при этом общее магнитное количество сердечника останется неизменным.

Управляющий трансформатор должен медленно повышаться во время использования. При этом запрещается перемещение управляющего трансформатора во время работы. Следует отметить, что конструкция управляющего трансформатора ограничивает его работоспособность в течение длительного времени, и он может поддерживать работу только на короткое время. Если управляющий трансформатор эксплуатируется в течение длительного времени, трансформатор перегорит из-за выделяемого чрезмерного тепла.

Управляющий трансформатор также может использоваться в химической промышленности в качестве выпрямительного трансформатора.В настоящее время требуется только перемонтировать регулировочные отводы управляющего трансформатора, отключить все питание оборудования, а затем отрегулировать напряжение на управляющем трансформаторе с помощью оборудования для регулирования напряжения с обеих сторон, чтобы его можно было использовать в химическая промышленность.

Основная теория и принципы трансформаторов, законы и формулы

Основные трансформаторы

Полная теория от electronics-tutorials.ws. Одна из основных причин, по которой мы используем переменные напряжения и токи переменного тока в наших домах и на рабочих местах, заключается в том, что источники переменного тока можно легко генерировать при подходящем напряжении, преобразовывать (отсюда и название трансформатор) в гораздо более высокие напряжения, а затем распространять по стране с помощью национальная сетка пилонов и кабелей на очень большие расстояния.

Причина преобразования напряжения на более высокий уровень заключается в том, что более высокие напряжения распределения подразумевают более низкие токи при той же мощности и, следовательно, более низкие потери I2 * R в сетевой кабельной сети. Эти более высокие напряжения и токи передачи переменного тока затем могут быть снижены до гораздо более низкого, безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в наших домах и на рабочих местах, и все это возможно благодаря базовому трансформатору напряжения.

Трансформатор напряжения можно рассматривать как электрический компонент, а не как электронный компонент. Трансформатор в основном представляет собой очень простое статическое (или стационарное) электромагнитное пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое.

Трансформатор делает это путем соединения двух или более электрических цепей с помощью общей колебательной магнитной цепи, которая создается самим трансформатором.Трансформатор работает на принципах «электромагнитной индукции» в форме взаимной индукции.

Взаимная индукция — это процесс, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Тогда мы можем сказать, что трансформаторы работают в «магнитной области», а трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой. Трансформаторы способны либо увеличивать, либо уменьшать уровни напряжения и тока своего источника питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.

Однофазный трансформатор напряжения в основном состоит из двух электрических катушек с проволокой, одна из которых называется «Первичная обмотка», а другая — «Вторичная обмотка». В этом руководстве мы определим «первичную» сторону трансформатора как сторону, которая обычно принимает питание, а «вторичную» как сторону, которая обычно подает питание. В однофазном трансформаторе напряжения первичной обмоткой обычно является сторона с более высоким напряжением.

Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе вокруг общей замкнутой магнитной железной цепи, называемой «сердечником».Этот сердечник из мягкого железа не является твердым, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы помочь уменьшить потери сердечника.

Две обмотки катушки электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую мощность от одной катушки к другой. Когда электрический ток проходит через первичную обмотку, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке, как показано.

Однофазный трансформатор напряжения

Другими словами, для трансформатора нет прямого электрического соединения между двумя обмотками катушки, что дало ему также название изолирующий трансформатор.Обычно первичная обмотка трансформатора подключается к источнику входного напряжения и преобразует или преобразует электрическую энергию в магнитное поле. В то время как работа вторичной обмотки заключается в преобразовании этого переменного магнитного поля в электрическую энергию, производящую требуемое выходное напряжение, как показано.

Конструкция трансформатора (однофазный)

Где:
— VP — первичное напряжение
— VS — вторичное напряжение
— NP — количество первичных обмоток
— NS — количество вторичных обмоток
— Φ (phi) — поток Связь

Обратите внимание на то, что две обмотки катушки не связаны электрически, а связаны только магнитно.Однофазный трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение, подаваемое на первичную обмотку. Когда трансформатор используется для «увеличения» напряжения на его вторичной обмотке относительно первичной, это называется повышающим трансформатором. Когда он используется для «уменьшения» напряжения на вторичной обмотке относительно первичной, он называется понижающим трансформатором.

Однако существует третье условие, при котором трансформатор создает на своей вторичной обмотке такое же напряжение, какое прикладывается к его первичной обмотке.Другими словами, его выход идентичен по передаваемому напряжению, току и мощности. Этот тип трансформатора называется «трансформатором импеданса» и в основном используется для согласования импеданса или изоляции прилегающих электрических цепей.

Разница в напряжении между первичной и вторичной обмотками достигается путем изменения количества витков катушки в первичной обмотке (NP) по сравнению с количеством витков катушки во вторичной обмотке (NS).

Поскольку трансформатор в основном является линейным устройством, теперь существует соотношение между количеством витков первичной катушки, деленным на количество витков вторичной катушки.Этот коэффициент, называемый коэффициентом трансформации, более известен как «коэффициент трансформации» трансформаторов (TR). Это значение коэффициента трансформации определяет работу трансформатора и соответствующее напряжение на вторичной обмотке.

Необходимо знать соотношение количества витков провода на первичной обмотке по сравнению с вторичной обмоткой. Передаточное число витков, которое не имеет единиц измерения, сравнивает две обмотки по порядку и записывается с двоеточием, например 3: 1 (3-к-1). В этом примере это означает, что если на первичной обмотке 3 вольта, то на вторичной обмотке будет 1 вольт, а на 1 вольт — 3 вольта.Тогда мы можем видеть, что если соотношение между количеством витков изменится, результирующие напряжения также должны измениться в том же соотношении, и это правда.

Трансформаторы — это все «отношения». Соотношение первичной и вторичной обмоток, отношение входа к выходу и коэффициент трансформации любого данного трансформатора будет таким же, как и его коэффициент напряжения. Другими словами, для трансформатора: «коэффициент трансформации = коэффициент напряжения». Фактическое количество витков провода на любой обмотке обычно не имеет значения, просто соотношение витков, и это соотношение определяется как:

Коэффициент трансформации трансформаторов

Предполагая идеальный трансформатор и фазовые углы: ΦP ≡ ΦS Обратите внимание, что порядок чисел при выражении значения отношения витков трансформатора очень важен, поскольку соотношение витков 3: 1 выражает совсем другое соотношение трансформатора и выходное напряжение, чем то, в котором соотношение витков задано как 1: 3.

Основы трансформатора Пример №1
Трансформатор напряжения имеет 1500 витков провода на первичной обмотке и 500 витков провода на вторичной обмотке. Каким будет коэффициент трансформации (TR) трансформатора.

Это соотношение 3: 1 (3 к 1) просто означает, что на каждую вторичную обмотку приходится три первичные обмотки. По мере того, как соотношение перемещается от большего числа слева к меньшему числу справа, значение первичного напряжения, следовательно, понижается, как показано.

Базовый пример трансформатора №2
Если на первичную обмотку того же трансформатора, описанного выше, подано действующее значение 240 вольт, каким будет результирующее вторичное напряжение холостого хода.

Еще раз подтверждаем, что трансформатор является «понижающим» трансформатором, поскольку первичное напряжение составляет 240 вольт, а соответствующее вторичное напряжение ниже на 80 вольт.

Тогда основная цель трансформатора — преобразовывать напряжения с заданными соотношениями, и мы можем видеть, что первичная обмотка имеет установленное количество или количество обмоток (катушек провода) на ней, чтобы соответствовать входному напряжению.Если вторичное выходное напряжение должно быть таким же, как входное напряжение на первичной обмотке, то на вторичный сердечник должно быть намотано такое же количество витков катушки, как и на первичном сердечнике, что дает равное соотношение витков 1: 1. (1 к 1). Другими словами, одна катушка включает вторичную обмотку, а другая — первичную.

Если выходное вторичное напряжение должно быть больше или выше, чем входное напряжение (повышающий трансформатор), то на вторичной обмотке должно быть больше витков, обеспечивающих соотношение витков 1: N (1-к-N), где N представляет собой число передаточного числа витков.Аналогичным образом, если требуется, чтобы вторичное напряжение было ниже или ниже первичного (понижающий трансформатор), то количество вторичных обмоток должно быть меньше, обеспечивая соотношение витков N: 1 (N-к-1). .

Трансформатор Действие

Мы видели, что количество витков на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой, соотношение витков, влияет на величину напряжения, доступного от вторичной обмотки. Но если две обмотки электрически изолированы друг от друга, как создается это вторичное напряжение? Ранее мы говорили, что трансформатор в основном состоит из двух катушек, намотанных на общий сердечник из мягкого железа.Когда переменное напряжение (VP) прикладывается к первичной катушке, ток течет через катушку, которая, в свою очередь, создает вокруг себя магнитное поле, называемое взаимной индуктивностью, за счет этого потока тока в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Сила магнитного поля нарастает по мере увеличения тока от нуля до максимального значения, которое задается как dΦ / dt.

Когда магнитные силовые линии, устанавливаемые этим электромагнитом, расширяются наружу от катушки, сердечник из мягкого железа формирует путь и концентрирует магнитный поток.Этот магнитный поток связывает витки обеих обмоток, когда он увеличивается и уменьшается в противоположных направлениях под влиянием источника переменного тока.

Однако сила магнитного поля, индуцированного в сердечнике из мягкого железа, зависит от силы тока и количества витков в обмотке. Когда ток уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается.

Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, они проходят через витки вторичной обмотки, вызывая наведение напряжения во вторичной катушке.Величина индуцированного напряжения будет определяться следующим образом: N * dΦ / dt (закон Фарадея), где N — количество витков катушки. Также это индуцированное напряжение имеет ту же частоту, что и напряжение первичной обмотки.

Тогда мы можем видеть, что одно и то же напряжение индуцируется в каждом витке катушки обеих обмоток, потому что один и тот же магнитный поток связывает витки обеих обмоток вместе. В результате общее индуцированное напряжение в каждой обмотке прямо пропорционально количеству витков в этой обмотке. Однако пиковая амплитуда выходного напряжения, доступного на вторичной обмотке, будет уменьшена, если магнитные потери сердечника велики.

Если мы хотим, чтобы первичная катушка создавала более сильное магнитное поле, чтобы преодолеть магнитные потери сердечника, мы можем либо послать больший ток через катушку, либо сохранить тот же ток, и вместо этого увеличить количество витков катушки (NP) обмотки. Произведение ампер на витки называется «ампер-витки», которое определяет силу намагничивания катушки.

Итак, предположим, что у нас есть трансформатор с одним витком в первичной обмотке и только с одним витком во вторичной.Если один вольт приложен к одному витку первичной катушки, при условии отсутствия потерь, должно протекать достаточно тока и генерироваться достаточно магнитного потока, чтобы индуцировать один вольт в одном витке вторичной обмотки. То есть каждая обмотка поддерживает одинаковое количество вольт на виток.

Поскольку магнитный поток изменяется синусоидально, Φ = Φmax sinωt, то основное соотношение между наведенной ЭДС, (E) в обмотке катушки из N витков определяется выражением:

ЭДС = количество оборотов x скорость изменения

Где:
— ƒ — частота магнитного потока в Герцах, = ω / 2π
— Ν — количество витков катушки.
— Φ — величина потока в сетках

Это известно как уравнение ЭДС трансформатора. Для ЭДС первичной обмотки N будет числом витков первичной обмотки (NP), а для ЭДС вторичной обмотки N будет числом витков вторичной обмотки (NS).

Также обратите внимание, что, поскольку трансформаторы требуют переменного магнитного потока для правильной работы, трансформаторы, следовательно, не могут использоваться для преобразования или подачи постоянного напряжения или тока, поскольку магнитное поле должно изменяться, чтобы индуцировать напряжение во вторичной обмотке.Другими словами, трансформаторы НЕ работают на установившемся постоянном напряжении, только на переменном или пульсирующем напряжении.

Если первичная обмотка трансформатора была подключена к источнику постоянного тока, индуктивное реактивное сопротивление обмотки было бы равно нулю, поскольку постоянный ток не имеет частоты, поэтому эффективное сопротивление обмотки будет очень низким и равным только сопротивлению меди. использовал. Таким образом, обмотка будет потреблять очень высокий ток от источника постоянного тока, что приведет к ее перегреву и, в конечном итоге, сгоранию, потому что, как мы знаем, I = V / R.

Основы трансформатора Пример №3
Однофазный трансформатор имеет 480 витков на первичной обмотке и 90 витков на вторичной обмотке. Максимальное значение плотности магнитного потока составляет 1,1 Тл, когда на первичную обмотку трансформатора подается напряжение 2200 В, 50 Гц. Вычислить:

a). Максимальный поток в сердечнике.

б). Площадь поперечного сечения сердечника.
c). Вторичная наведенная ЭДС.

Помогите мне, поделившись этим постом
Трансформатор тока

: принцип работы, назначение, параметры и технические характеристики

В электротехнике величины с большими значениями необходимо вычислять относительно часто. Для решения этой проблемы используются трансформаторы тока, назначение и принцип работы которых позволяют проводить некоторые измерения. По этой причине первичная обмотка устройства последовательно подключается к цепи переменного тока, частоту которой необходимо определить.Первичная и вторичная обмотки имеют определенную пропорцию между токами. Все такие трансформаторы отличаются высокой точностью. Их конструкция включает две или более вторичных обмотки, которые подключены к защитным устройствам, измерительным приборам и приборам учета.

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока — это электрическое устройство, которое используется для увеличения или уменьшения переменного тока, подаваемого на него. Трансформаторы тока обеспечивают, когда вторичный ток, используемый для расчета, равен основному току электрической сети.Включение в цепь первичной обмотки производится последовательно с токоподводом. Вторичная обмотка в виде измерительных приборов и различных реле подключается к любой нагрузке. Существует пропорциональная зависимость, относящаяся к количеству витков между токами обеих обмоток. Изоляция между обмотками в системах трансформаторов высокого напряжения основана на максимальном рабочем напряжении. Как правило, один из концов вторичной обмотки заземляется, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно равны.

Что такое трансформатор тока?

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут быть совмещены.

Измерительные трансформаторы пересылают полученную информацию в соответствующие измерительные приборы. Они устанавливаются в цепи высокого напряжения, в которые нельзя напрямую подключать измерительные приборы. Поэтому подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток счетчиков мощности и других приборов учета осуществляется только во вторичной обмотке трансформатора.В результате трансформатор преобразует переменный ток, даже очень большого значения, в переменный ток с помощью индикаторов, которые лучше всего подходят для использования обычных измерительных приборов. При этом сохраняется разделение измерительных приборов от цепей высокого напряжения и улучшается электрическое состояние обслуживающего персонала.

Защитные трансформаторные устройства в основном передают полученную информацию об измерениях на устройства управления и безопасности. С помощью защитных трансформаторов переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток наиболее подходящего значения, обеспечивая устройства релейной защиты максимальной мощностью.

Для чего нужен трансформатор тока?

Трансформаторы тока относятся к группе специальных вспомогательных устройств, используемых в цепях переменного тока вместе с различными измерительными приборами и реле. Такие трансформаторы имеют главную функцию преобразования любого значения тока в наиболее удобные для измерения значения, обеспечивая питание для отключения устройств и обмоток реле. Рабочие по обслуживанию должным образом защищены от поражения электрическим током благодаря изоляции оборудования.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей высокого напряжения, в которых прямое подключение измерительных приборов невозможно. Основное назначение — ретрансляция полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключенные к вторичной обмотке.

Трансформаторы

выполняют важную функцию по контролю состояния электрического тока в цепи, к которой они подключены. При подключении к силовому реле проводятся постоянные проверки сети, наличия и состояния заземления.Когда ток достигает аварийного значения, срабатывает система безопасности, которая отключает все используемое оборудование.

Каков принцип работы трансформатора тока?

Принцип действия трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. С определенным количеством витков напряжение от внешней сети поступает на первичную силовую обмотку и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению магнитного потока, захваченного магнитной цепью вокруг катушки.Которая перпендикулярна текущему направлению. Благодаря этому потери электрического тока при преобразовании будут минимальными. Поток также варьируется в зависимости от типа магнитного материала.

Принцип работы трансформатора тока

Электродвижущая сила стимулирует магнитный поток на пересечении переключателей вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно. Ток возникает под управлением ЭДС, которая требуется для определения полного сопротивления катушки и выходной нагрузки. На источнике вторичной обмотки одновременно наблюдается падение напряжения.

Трансформатор тока

Параметры и характеристики:

Каждый трансформатор тока имеет индивидуальные параметры и технические характеристики, определяющие область применения данных устройств.

Спецификация трансформатора тока

1. Номинальный ток.

Позволяет аппарату работать без перегрева длительное время. У таких трансформаторов есть значительный запас на нагрев и возможна нормальная работа с перегрузками до 20 процентов.

2.Расчетное напряжение.

Надежность гарантирует, что трансформатор работает нормально. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых заземлена под высоким напряжением, а другая.

3. Коэффициент трансформации.

В первичной и вторичной обмотках описывает соотношение между токами и определяется специальной формулой. Из-за некоторых потерь в процессе фактическое значение может отличаться от номинального.

4.Текущая ошибка.

Это происходит под действием тока намагничивания в трансформаторе. Именно по этому факту абсолютные значения первичного и вторичного тока различаются между собой. Текущее намагничивание создает магнитный поток в сердечнике. Погрешность трансформатора тока также увеличивается с ее ростом.

Трансформаторы постоянного тока

(DCT) — основной принцип работы. Магнитный датчик …

Контекст 1

… метод «нулевого потока», который основан на цепи отрицательной обратной связи, которая включает в себя магнитную цепь, как показано на (Рис.3), первичный проводник, ток IP которого необходимо измерить, вставляют через отверстие в тороидальном сердечнике или сердечнике любого аналогичного типа (рис. 3). …

Контекст 2

… метод «нулевого потока», который основан на цепи отрицательной обратной связи, которая включает в себя магнитную цепь, как показано на (Рис.3), первичный проводник, ток которого IP, подлежащий измерению, вставляется через отверстие тороидального сердечника или сердечника любого аналогичного типа (рис. 3). Компенсационный ток IS проходит через вторичную катушку, поэтому он компенсирует магнитный поток, создаваемый в сердечнике измеряемым током.Этот метод имеет преимущество в том, что компенсирует эффекты нелинейности данного магнитного материала, создаваемые рабочим магнитным потоком, и поддерживает его на очень низком уровне. …

Контекст 3

… частью для всех DCT является компенсационный усилитель (CA) вместе с вторичной обмоткой NS и шунтирующим резистором RS. Напряжение, эквивалентное магнитной индукции B, усиливается компенсационным усилителем CA, который генерирует ток через вторичную обмотку IS.Этот ток используется для компенсации магнитного потока в сердечнике (рис. 3). Если количество витков во вторичной обмотке равно NS, вторичный ток будет …

Контекст 4

… при следующем анализе считается, что IP и IS являются положительными токами с опорными направлениями, как обозначено в ( Рис.3), так что все обсуждения относятся к DC …

Context 5

… Принципиальная схема для всех DCT концентраторов с зазором показана на (Рис.3). Независимо от типа датчика потока, общим компонентом для всех DCT является CA, а также вторичная обмотка NS и шунтирующий резистор RS. Потребляемая мощность DCT DP состоит из резервной части 0 P, связанной с резервным током 0 CI, и переменной части VP, связанной с …

Контекст 6

… первый датчик (IT) (рис. 5a) основан на линейном СА, тогда как второй (SWT) основан на полумостовом СА класса D (рис. 5b). Все остальные схемы одинаковы для обоих преобразователей, топология которых представлена ​​на рис.3.Мы предполагаем, что источники питания имеют ± VDD и генерируются однонаправленными источниками. Первичный ток — IP, а компенсационный ток — IS. …

Трансформатор — его работа, конструкция, типы и применение

Они являются неотъемлемой частью электрической системы, и их применение можно найти практически во всех областях электротехники, от систем электроснабжения до обычных бытовых приборов.

С развитием источников питания переменного тока возникла потребность в трансформаторах.Раньше передача электроэнергии постоянного тока приводила к большим потерям и низкой эффективности.

Мы только что запустили нашу серию видеоблогов Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по проектированию энергосистем. Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, это весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, , и получите от этого пользу.

Однако, увеличив напряжение передачи с помощью трансформатора, эта проблема была решена.Увеличение напряжения сопровождается уменьшением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность в трансформаторе.

А поскольку потери мощности прямо пропорциональны квадрату тока, это приводит к уменьшению тока в 10 раз, следовательно, к снижению потерь в 100 раз. Действительно, без трансформаторов мы не смогли бы использовать электрические власть, как мы ее сейчас используем.

Вот почему мы генерируем электроэнергию при напряжении от 11 до 25 кВ, а затем повышаем его до 132 220 или 500 кВ для передачи с минимальными потерями, а затем мы понижаем напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях.

Конструкция трансформатора

Трансформатор состоит в основном из сердечника, обмоток и бака, однако в некоторых трансформаторах также присутствуют проходные изоляторы, сапуны, радиаторы и расширители.

Сердечник: Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или кремнистой стали, что обеспечивает путь с низким сопротивлением (силовые линии магнитного поля могут легко проходить через них).

Сердечники трансформатора ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи, обычно 2 слоя.Толщиной от 5 мм до 5 мм и изолированы друг от друга и обмоток покрытием из оксида, фосфата или лака. Ядро состоит из пластин различной формы, таких как E, L, I, C и U.

В трансформаторах с оболочкой сердечник окружает или покрывает обмотки, как оболочка.

В трансформаторах с сердечником обмотки намотаны вокруг двух концов или прямоугольников сердечника.

Обмоток:

Однофазный двухобмоточный трансформатор обычно имеет 2 обмотки, первичная и вторичная обмотки, которые сделаны из высококачественной многожильной меди.Обмотки намотаны на сердечник и полностью не имеют электрического контакта друг с другом.

Их также можно назвать обмотками высокого и низкого напряжения соответственно, причем обмотка высокого напряжения имеет большую изоляцию, чем обмотка низкого напряжения.

Принцип работы:

Основной принцип работы трансформатора — это работа взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые связаны общим магнитным потоком через сердечник трансформатора.Сердечник обеспечивает путь для прохождения магнитного потока с низким сопротивлением.

Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, как описано выше. Обмотка, подключенная к источнику, может рассматриваться как первичная обмотка, и ток, который она проводит, может иметь собственное магнитное поле.

Это магнитное поле создается поперек сердечника и меняет направление из-за переменных токов, и теперь согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке

Это изменение магнитного поля индуцирует на вторичной обмотке напряжение, пропорциональное количеству витков на обмотках.Это можно понять с помощью следующего уравнения:

Коэффициент трансформации трансформатора:

Обе обмотки трансформатора, т.е. первичный и вторичный имеют определенное количество витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков.

Где:

N _P = Количество витков первичной обмотки

N _S = витков вторичной обмотки

Идеальный трансформатор:

Идеальный трансформатор — это трансформатор, который дает выходную мощность, точно равную потребляемой мощности.Это означает, что у него нет никаких потерь.

Идеальных трансформаторов не существует и используются только для упрощения расчетов трансформаторов. Их соотношение напряжений можно смоделировать с помощью этих простых уравнений:

Где:

В _P = Напряжение первичной стороны

В _S = Напряжение вторичной обмотки

А мощность определяется по формуле:

и

или

Где:

Другими словами, идеальный трансформатор будет иметь 100% КПД без потерь мощности.

Мы можем предположить, что идеальный трансформатор будет иметь нулевое сопротивление обмотки, поток утечки и потери в меди или сердечнике.

Схема эквивалента идеального трансформатора:

Эквивалентная схема идеального трансформатора не будет моделировать какое-либо сопротивление или какое-либо реактивное сопротивление, потому что все типы потерь считаются несуществующими. Итак, мы получаем очень упрощенную принципиальную схему.

Чем идеальный трансформатор отличается от настоящего трансформатора?

На самом деле у нас есть трансформаторы, которые состоят из некоторых потерь мощности; следовательно, выходная мощность никогда не равна входной мощности трансформатора.

Настоящие трансформаторы будут иметь некоторое значение сопротивления обмотки, будут иметь поток утечки, а также будут иметь потери в меди и сердечнике, которые мы обсудим ниже.

Ток намагничивания:

Это ток, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике трансформатора (или его намагничивания).

Можно заметить, что когда на трансформатор подается переменный ток при размыкании цепи во вторичной обмотке, небольшой ток все равно будет течь через первичную обмотку.

Этот ток состоит из тока намагничивания (i _m ) и тока потерь в сердечнике (i _{h + e} ).

Некоторые важные моменты, касающиеся тока намагничивания:

1. Он не является чисто синусоидальным и будет иметь более высокочастотные компоненты, когда ядро ​​начнет насыщаться.
2. Когда сердечник достигает максимального магнитного потока, для небольшого увеличения притока потребуется очень высокий ток намагничивания.

Ток потерь в сердечнике компенсирует гистерезис и потери на вихревые токи в сердечнике.

Сумма тока намагничивания и тока потерь в сердечнике называется током возбуждения трансформатора.

Потери:

Трансформатор является статическим устройством и не имеет вращающейся части, поэтому у него нет вращательных потерь. Однако он имеет следующие электрические потери:

1. Потери в сердечнике или в железе
2. Потери меди

Потери в сердечнике:

Потери в сердечнике называются потерями в стали, потому что они связаны или являются следствием стального сердечника трансформатора.

Их можно разбить на 2 части.

1. Гистерезис потери
2. Потери на вихревых токах

Гистерезис потери:

Можно считать, что любой ферромагнитный материал имеет множество небольших магнитных доменов (маленьких постоянных магнитов), которые указывают в случайных направлениях. Когда к железу прикладывают внешнее магнитное поле, эти домены выстраиваются в направлении поля.

Однако, когда переменный ток меняет свое направление, магнитное поле также меняет свое направление, и магнитные домены также должны менять свое направление в соответствии с магнитным полем.

Некоторые магнитные домены выровняются, но некоторым потребуется дополнительная энергия для их выравнивания. Эта энергия, необходимая для переориентации магнитных доменов во время каждого цикла переменного тока, известна как потеря гистерезиса.

Потери на вихревых токах:

Переменный поток в сердечнике трансформатора соединяется со вторичными обмотками и наводит на них напряжение согласно закону Фарадея.

Также вероятно, что этот переменный поток будет связываться с другими проводящими частями трансформатора, такими как железный сердечник и железный кожух или корпус.

Этот переменный поток затем вызовет локализованные напряжения в этих частях, что приведет к возникновению вихрей тока, протекающих внутри них. Эти токи известны как вихревые токи.

Эти токи вызывают потери энергии из-за удельного сопротивления сердечника или проводящей части, на которой они возникают, поэтому энергия рассеивается в виде тепла.

Гистерезисные потери и потери на вихревые токи приводят к нагреву сердечника трансформатора.

Потери меди:

Первичная и вторичная обмотки трансформатора всегда будут иметь некоторое собственное сопротивление, и прохождение тока через это сопротивление всегда будет приводить к потерям энергии.

Поскольку обмотки изготовлены из меди, потери энергии или тепла в них известны как потери в меди.

Потери меди можно определить по:

Итак, чем больше величина тока, тем больше будут потери в меди. Вот почему эти потери также известны как переменные потери, поскольку они зависят от нагрузки.

Реактивное сопротивление утечки:

Первичная и вторичная обмотки создают свой собственный поток, который связан друг с другом, это называется взаимным потоком.

Однако не весь магнитный поток между первичной и вторичной обмотками связан.

Некоторое количество магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, не соединяется с вторичной обмоткой, в то время как некоторое количество магнитного потока, создаваемого вторичной обмоткой, не соединяется с первичной обмоткой.

Этот поток, который соединяется только с одной из обмоток вместо соединения с обеими, известен как поток утечки.

Поскольку обмотки являются индуктивными по своей природе, этот поток рассеяния будет создавать в обмотках самореактивное сопротивление или импеданс, который известен как реактивное сопротивление рассеяния.

Это реактивное сопротивление утечки вызовет падение напряжения в первичной и вторичной обмотках.

Схема эквивалента трансформатора

:

Эквивалентная схема трансформатора — это упрощенное представление трансформатора, состоящего из сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Эквивалентная схема помогает нам в выполнении расчетов трансформатора, поскольку анализ основной схемы теперь может быть применен к трансформатору.

Резистор R

_P и резистор R _S :

Эти резисторы моделируют резистивные потери в меди в трансформаторе, и их легко представить.

X _M :

Как мы уже упоминали ранее, ток возбуждения или ток холостого хода равен сумме тока намагничивания и тока потерь в сердечнике.

Итак, ток намагничивания можно смоделировать реактивным сопротивлением X _M , подключенным к первичному источнику напряжения.

R _C :

Потери в сердечнике, состоящие из потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь, можно смоделировать с помощью сопротивления R _C , подключенного к первичному источнику напряжения

Xm и Rc известны как ветви возбуждения.

X _P и X _S :

X _p — реактивное сопротивление утечки на первичной обмотке, а X _S — реактивное сопротивление утечки на вторичной обмотке.

Для первичной и вторичной сторон:

Эквивалентная схема, показанная выше, является точным представлением трансформатора. Однако для решения практических схем трансформатора необходимо преобразовать всю схему на единый уровень напряжения.

Это делается путем привязки цепи к ее первичной или вторичной стороне.

На первичную сторону:

Чтобы привязать или преобразовать схему к первичной стороне, мы сначала находим значение константы «а».

Где a = N _p N _s

Теперь, когда мы нашли «a», мы можем преобразовать сопротивление вторичной стороны Rs и реактивное сопротивление Xs в первичную сторону, умножив их оба на ² .

R _S ^‘ = R _S x a ²

X _S ^‘ = X _S x a ²

Вторичное напряжение Vs умножается на «a», а вторичный ток Is делится на «a».

На вторичную сторону:

Учитывая значение константы «a», мы делим значения сопротивления первичной стороны и реактивного сопротивления на ² .

То же самое будет сделано для X _M и R _C .

R _P ^‘ = R _P a ²

X _P ^‘ = X _P a ²

R _C ^‘ = R _C a ²

X _M ^‘ = X _M a ²

Первичный ток умножается на «а», а первичное напряжение делится на «а».

После того, как мы отнесли наши значения к одной конкретной стороне, первичной или вторичной, мы можем переместить ветвь возбуждения на передний план и последовательно сложить сопротивления и реактивные сопротивления, как показано на принципиальных схемах.

Эффективность:

КПД трансформатора — это отношение выходной мощности трансформатора к входной мощности.

Выдается

η = P _ВЫХ P _ВЫХ + P _ПОТЕРЯ X 100%

Где:

Поскольку выходная мощность всегда будет меньше входной, КПД трансформатора всегда будет находиться в пределах 0–100%, в то время как идеальный трансформатор будет иметь КПД 100%.

Чтобы рассчитать КПД трансформатора по эквивалентной схеме, мы просто добавляем потери в меди и потери в сердечнике к уравнению КПД, чтобы получить следующее уравнение:

η = P _ВЫХ P _ВЫХ + P _cu + P _{сердечник} X 100%

Регулировка напряжения:

Также важно знать, что, поскольку трансформатор имеет последовательные сопротивления внутри, на нем также будут падать напряжения.Это приведет к изменению выходного напряжения с изменяющейся нагрузкой, даже если входное напряжение остается постоянным.

Величина, которая сравнивает выходное напряжение без нагрузки с выходным напряжением при полной нагрузке, называется регулировкой напряжения.

Его можно рассчитать по следующей формуле:

VR = V _S.NL — V _S.FL V _S.FL X 100%

Где:

В _S.NL = выходное напряжение без нагрузки

В _S.FL = Выходное напряжение при полной нагрузке

Следует отметить, что идеальный трансформатор будет иметь регулировку напряжения 0%.

Типы трансформаторов и их применение

Привет! По соответствующей теме мы ранее писали в блоге о типах трансформаторов . Если это вас заинтересует, ознакомьтесь с ним и дайте нам знать, что вы думаете

Повышающий трансформатор:

Эти трансформаторы увеличивают нижний уровень напряжения на первичной стороне до более высокого значения на вторичной стороне.В этом случае вторичная обмотка имеет большее количество витков, чем первичная.

Они в основном используются на генерирующих станциях, где генерируемое напряжение около 11 кВ повышается до 132 кВ или более для передачи.

Понижающий трансформатор:

Понижающие трансформаторы понижают высокое напряжение на первичной стороне до более низкого значения на вторичной стороне. В этом случае первичная обмотка имеет большее количество витков.

Понижающие трансформаторы

используются на сетевых станциях для снижения высоких напряжений передачи до подходящего более низкого значения для распределения и использования. Их также можно найти на наших зарядных устройствах для мобильных устройств.

Другие типы включают силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, трансформаторы с сердечником, одно- и трехфазные трансформаторы, внутренние и внешние трансформаторы. Вы можете проверить наш предыдущий блог, посвященный типам трансформаторов и их применению.

Ограничения трансформатора:

Здесь также важно отметить, что трансформатор будет работать только от переменного тока.Это связано с тем, что постоянный ток (DC) будет создавать постоянное магнитное поле вместо изменяющегося магнитного поля, и, следовательно, во вторичной обмотке не будет индуцироваться ЭДС.

На этом мы завершаем нашу тему о трансформаторах. Мы надеемся, что этот блог был полезен и дал вам ценную информацию по этой теме. Не стесняйтесь предлагать или задавать любые вопросы, которые могут у вас возникнуть, в разделе комментариев ниже. Спасибо.

Принцип работы трансформатора

| Диаграмма состояния холостого хода и нагрузки под нагрузкой

Первичная и вторичная обмотки и магнитный сердечник трансформатора неподвижны по отношению друг к другу.Первичная обмотка подключена к переменному источнику питания, в результате чего в магнитопроводе создается переменный магнитный поток (т.е. величина потока изменяется во времени).

Присутствуют три фактора, необходимые для создания наведенного напряжения: проводники, магнитный поток и относительное движение. Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции , то есть изменяющийся ток в первичной обмотке вызывает изменяющийся поток в обеих обмотках, вызывая противо-ЭДС в первичной обмотке и индуцированное напряжение во вторичной обмотке, что составляет по сути то же самое, что и наведенная ЭДС.

Небольшой трансформатор показан на рисунке , рис. 1 (a), , а стандартное обозначение схемы для однофазного трансформатора с железным сердечником показано на рисунке , рис. 1 (b), . Обратите внимание, что две обмотки обычно наматываются отдельно и размещаются рядом.

Рисунок 1 Трансформатор и символ чертежа

Условия холостого хода

В условиях холостого хода напряжение питания подается на высокоиндуктивную первичную обмотку.Постоянный ток вызовет протекание большего тока, вероятно, сгорит трансформатор за очень короткое время. Однако переменный ток создает самоиндуцированное напряжение В ₁ ^‘, лишь немного меньшее, чем приложенное напряжение, и противоположное приложенному напряжению.

Единственные потери — это потери, необходимые для создания магнитного поля и тока, протекающего через сопротивление первичной обмотки.

Ток холостого хода или возбуждения обычно очень мал по сравнению с током полной нагрузки.Во многих случаях ток возбуждения может составлять от 1 до 3 процентов от тока полной нагрузки.

Ток возбуждения вызывает создание переменного потока, называемого «взаимным потоком», в сердечнике, соединяющем первичную и вторичную обмотки, как показано на Рис. 2 . Взаимный поток вызывает индуцирование напряжения во вторичной обмотке — вторичное напряжение В ₂ ^‘ — но ток не может течь до тех пор, пока не будет подключена нагрузка.

Рисунок 2 Незагруженный трансформатор

Ток возбуждения можно разделить на две прямоугольные составляющие, называемые энергетической и намагничивающей составляющими, как показано на векторной диаграмме ненагруженного трансформатора в , рис. 3 .

Параллельные цепи используют напряжение в качестве опорного вектора, а последовательные цепи используют ток , поскольку в каждом случае опорный вектор является общим для всех компонентов в схеме. В трансформаторах взаимный поток, создаваемый намагничивающим компонентом, является общим для обеих обмоток и используется в качестве опорного вектора при построении векторных диаграмм для трансформаторов.

Рисунок 3 Векторная диаграмма для холостого трансформатора

Соотношения векторов показаны на Рисунок 3 .Поток Φ показан как эталонный вектор, и намагничивающая составляющая тока возбуждения находится в фазе с ним. И Φ, и I _м представляют собой чисто индуктивную часть цепи, и поэтому они будут отставать на 90 ° в.д. от приложенного напряжения В ₁ .

Это означает, что с магнитным потоком в качестве опорного вектора напряжение будет опережать поток на 90 ° E. Энергетическая составляющая тока I _e , которая представляет потери в цепи железа и небольшие потери в меди, является резистивной и будет представлена ​​вектором, синфазным с напряжением.

Ваттметр , подключенный в первичной цепи, покажет мощность, используемую для покрытия этих потерь. Сумма векторов I _m и I _e складывается с током холостого хода I ₀ . Большой угол (возможно, приближающийся к 90 °) между В ₁ и I ₀ указывает на очень низкий коэффициент мощности трансформатора на холостом ходу.

Самоиндуцированное напряжение В ₁ ^′ в первичной обмотке, поскольку оно противодействует приложенному напряжению, находится на 180 ° E не в фазе с В ₁ .

Условия под нагрузкой

Когда нагрузка приложена к вторичным клеммам, вторичный ток I ₂ протекает, и определяется его величина и фазовое соотношение с вторичным напряжением на клеммах В ₂ по типу нагрузки.

Закон Ленца говорит нам, что направление этого вторичного тока I ₂ всегда будет таким, чтобы препятствовать любому изменению потока Φ. На рис. 4 , W ₁ — это первичная обмотка, начало которой обозначено сплошной точкой «•».

Рисунок 4 Нагруженный трансформатор

Предположим, что в определенный момент времени первичный ток I ₁ течет от начала до конца обмотки, создавая магнитный поток с магнитной полярностью по часовой стрелке. направление вокруг железного сердечника, как показано. Этот поток является взаимным для обеих катушек.

Взаимный поток вызывает ток реакции в обеих катушках, который препятствует установлению взаимного потока.Это можно рассматривать как противоположный реактивный поток, но общий эффект заключается в уменьшении взаимного потока, тем самым уменьшая самоиндуцированное напряжение В ₁ ^‘ в первичной обмотке и позволяя большему току течь в обеих первичных и вторичный.

Все эти события происходят вместе. Приложение нагрузки вызывает ток во вторичной обмотке; вызывая размагничивающий поток; уменьшение взаимного потока. Самоиндуцированное напряжение в первичной обмотке уменьшается; увеличивается первичный ток; взаимный поток возрастает до исходного значения.На практике взаимный поток в железном сердечнике трансформатора остается постоянным для всех нагрузок.

Следовательно, увеличение вторичного тока нагрузки вызывает увеличение первичного тока линии.

Векторная диаграмма в На рисунке 5 показан общий случай трансформатора под нагрузкой. Предположим для целей диаграммы, что вторичное напряжение равно первичному напряжению, а подключенная нагрузка является индуктивной, так что вторичный ток I ₂ отстает от индуцированного напряжения В ₂ ^′ на фазовый угол Φ

Рисунок 5 Фазорная диаграмма для трансформатора под нагрузкой

Эквивалентным током для питания этой нагрузки будет значение I ₁ ^′ .Если бы трансформатор был на 100% эффективен, это значение первичного тока было бы фактическим током, протекающим в трансформатор от источника питания. Поскольку ток возбуждения I ₀ уже протекает в первичных обмотках для покрытия потерь в сердечнике, общий первичный ток будет векторной суммой этих двух токов ( I ₁ ^′ + I ₀ ).

Сумма векторов I ₁ ^′ и I ₀ дает фактический первичный ток I ₁ , протекающий с запаздывающим фазовым углом Φ ₁ .Следует отметить, что ток возбуждения был увеличен для наглядности, и потери меди в обмотках считаются незначительными.

Значение наведенного напряжения

Значение наведенного напряжения в трансформаторе зависит от трех факторов: частоты, количества витков и максимального мгновенного магнитного потока.

При условии, что форма волны тока и, следовательно, распределение магнитного потока синусоидальное, уравнение для действующего значения наведенного напряжения определяется следующим образом:

Поскольку сердечники трансформаторов обычно проектируются на основе допустимых значений.