Принцип работы и конструкция трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Трансформаторы — устройство, принцип работы и область применения, основные типы и характеристики

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения.

Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

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

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

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. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

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

Автотрансформаторы.

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

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

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

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

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.

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

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

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

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

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

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

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

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

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

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

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Силовые.

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

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

Тока.

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

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

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

Напряжения.

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

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора.

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рис. 1). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Рис. 1. Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный поток

Простейшие условные обозначения трансформаторов изображены на рис. 2; для наглядности разные обмотки трансформатора можно, как и на рисунке, представить разными цветами.

Рис. 2. Условное обозначение трансформатора в подробных (многолинейных) схемах (a) и в схемах электрических сетей (b)

Трансформаторы могут быть одно- или многофазными, а вторичных обмоток может быть больше одной. В электрических сетях обычно используются трехфазные трансформаторы с одной или двумя вторичными обмотками. Если первичное и вторичное напряжения относительно близки друг другу, то могут использоваться и однообмоточные автотрансформаторы, принципиальные схемы которых представлены на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальные схемы понижающего (a) и повышающего (b) автотрансформаторов

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются его номинальные первичное и вторичное напряжения, номинальные первичный и вторичный ток, а также номинальная вторичная полная мощность (номинальная мощность). Трансформаторы могут изготовляться как на весьма малую мощность (например, для микроэлектронных цепей), так и на очень большую (например, для мощных энергосистем), охватывая диапазон мощностей от 0,1 mVA до 1000 MVA.

Потери энергии в трансформаторе – обусловленные активным сопротивлением обмоток потери в меди и вызванные вихревыми токами и гистерезисом в сердечнике потери в стали – обычно настолько малы, что кпд трансформатора, как правило, выше 99 %. Несмотря на это, тепловыделение в мощных трансформаторах может оказаться настолько сильным, что необходимо прибегать к эффективным способам теплоотвода. Чаще всего активная часть трансформатора размещается в баке, заполненном минеральным (трасформаторным) маслом, который, при необходимости снабжается принудительным воздушным или водяным охлаждением. При мощности до 10 MVA (иногда и выше) могут применяться и сухие трансформаторы, обмотки которых обычно залиты с эпоксидной смолой. Основные преимущества сухих трансформаторов заключаются в более высокой огнебезопасности и в исключении течи трансформаторного масла, благодаря чему они могут без препятствий устанавливаться в любых частях зданий, в том числе на любом этаже. Для измерения переменных тока или напряжения (особенно в случае больших токов и высоких напряжений) часто используются измерительные трансформаторы.

Устройство трансформатора напряжения по своему принципу не отличается от силовых трансформаторов, но работает он в режиме, близком к холостому ходу; коэффициент трансформации в таком случае достаточно постоянен. Номинальное вторичное напряжение таких трансформаторов обычно равно 100 V. Вторичная обмотка трансформатора тока в идеальном случае короткозамкнута и вторичный ток в таком случае пропорционален первичному. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 A, но иногда может быть и меньше (например, 1 A). Примеры условных обозначений трансформаторов тока приведены на рис. 4.

Рис. 4. Условное обозначение трансформатора тока в развернутых схемах (a) и в однолинейных схемах (b)

Первым трансформатором может считаться изготовленное Майклом Фарадеем (Michael Faraday) индукционное кольцо (англ. induction ring), состоящее из кольцевого стального сердечника и двух обмоток, при помощи которого он 29 августа 1831 года открыл явление электромагнитной индукции (рис. 5). Во время быстрого переходного процесса, возникающего при включении или отключении первичной обмотки, соединенной с источником постоянного тока, во вторичной обмотке индуцируется импульсная ЭДС. Такое устройство может поэтому называться импульсным или транзиентным трансформатором.

Рис. 5. Принцип устройства транзиентного трансформатора Майкла Фарадея. i1 первичный ток, i2 вторичный ток, t время

Исходя из открытия Фарадея, учитель физики колледжа города Маргнута (Margnooth) около Дублина (Dublin, Ирландия) Николас Келлан (Nicholas Callan, 1799–1864) построил в 1836 году индукционную катушку (искровой индуктор), состоящий из прерывателя и трансформатора; это устройство позволяло преобразовать постоянный ток в переменный ток высокого напряжения и вызывать длинные искровые разряды. Индукционные катушки стали быстро усовершенствоваться и в 19-м веке широко применялись при исследовании электрических разрядов. К ним могут быть отнесены и катушки зажигания современных автомобилей. Первый трансформатор переменного тока запатентовал в 1876 году живший в Париже русский электротехник Павел Яблочков, использовав его в цепях питания своих дуговых ламп. Сердечник трансформатора Яблочкова представлял собой прямой пучок стальных проволок, вследствие чего магнитная цепь была не замкнутой, как у Фарадея, а открытой, и в других установках такой трансформатор применять не стали. В 1885 году инженеры-электрики Будапештского завода Ганц и Компания (Ganz & Co.) Макс Дери (Max Deri, 172 1854–1938), Отто Титуш Блати (Otto Titus Blathy, 1860–1939) и Кароль Зиперновски (Karoly Zipernovsky, 1853–1942) изготовили трансформатор с тороидальным проволочным сердечником и заодно разработали систему распределения электроэнергии на переменном токе, основанную на применении этих трансформаторов. Трансформатор с еще лучшими свойствами, сердечник которого собирался из Е- и I-образных стальных листов, создал в том же году американский электротехник Уильям Стенли (William Stanley, 1858–1916), после чего началось быстрое развитие систем переменного тока как в Европе, так и в Америке. Первый трехфазный трансформатор построил в 1889 году Михаил Доливо-Добровольский.

Трансформатор — устройство и принцип работы

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, той же частоты. Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.

Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.

Устройство и принцип работы

Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.                                        

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i1-ток, u1-напряжение, n1-число витков,Ф1 – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины — вторичными.

Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i1n1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС e1= -n1 dФ/dt, e2= -n2dФ/dt. При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Фm sinωt , ЭДС равно e = Em sin (ωt-π/2). Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой E=4.44 f n Фm, где f- циклическая частота, n – количество витков, Фm – амплитуда магнитного потока. Причем если вы хотите посчитать величину ЭДС в какой либо из обмоток, нужно вместо n подставить число витков в данной обмотке.

Из приведенных выше формул можно сделать вывод о том, что ЭДС отстает от магнитного потока на четверть периода и отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков E1/E2=n1/n2.

Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода. В этом случае i2 = 0, а u2=E2, ток i1 мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u1≈E1 и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений u1/u2 = n1/n2 = E1/E2 = k.  Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.

Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i2, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф.

Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе η = P2/P1.

Магнитопровод трансформатора представляет собой закрытый сердечник собранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.

По типу конструкции различают стержневой (Г-образный) и броневой (Ш-образный) магнитопроводы. Рассмотрим их структуру.

Стержневой трансформатор состоит из двух стержней, на которых находятся обмотки и ярма, которое соединяет стержни, собственно, поэтому он и получил свое название. Трансформаторы этого типа применяются значительно чаще, чем броневые трансформаторы.

Броневой трансформатор представляет собой ярмо внутри которого заключается стержень с обмоткой. Ярмо как бы защищает стержень, поэтому трансформатор называется броневым. 

Обмотка

Конструкция обмоток, их изоляция и способы крепления на стержнях зависят от мощности трансформатора. Для их изготовления применяют медные провода круглого и прямоугольного сечения, изолированные хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Обмотки должны быть прочными, эластичными, иметь малые потери энергии и быть простыми и недорогими в изготовлении.

Охлаждение

В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате которых выделяется тепло. В связи с этим трансформатору требуется охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы отдают свое тепло в окружающую среду, при этом температура установившегося режима не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют “сухими”, т.е. с естественным воздушным охлаждением. Но при средних и больших мощностях, воздушное охлаждение не справляется, вместо него применяют жидкостное, а точнее масляное. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения. Масло принимает теплоту от обмоток и магнитопровода и отдает ее стенкам бака, с которых тепло рассеивается в окружающую среду. При этом слои масла имеющие разницу в температуре циркулируют, что улучшает теплообмен. Трансформаторам с мощностью до 20-30 кВА хватает охлаждения бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливаются баки с гофрированными стенками. Также нужно учитывать что при нагреве масло имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в высокомощных трансформаторах устанавливают резервные баки и выхлопные трубы (в случае если масло закипит, появятся пары которым нужен выход). В трансформаторах меньшей мощности ограничиваются тем, что масло не заливают до самой крышки.         

Читайте также — Приведение обмоток трансформатора                                                                                                                      

  • Просмотров: 19315
  • Трансформатор тока — устройство, принцип работы и виды

    Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

    Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

    Принцип действия трансформатора тока

    Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

    Назначение трансформаторов

    Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

    Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

    При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

    Конструкция трансформатора тока

    Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

    Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

    Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений. 

    Коэффициент трансформации

    Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

    Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

    Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.  

    Классификация трансформаторов

    Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

    По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

    • Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
    • Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
    • Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
    • Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

    По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

    По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

    По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

    Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

    Принцип работы силового трансформатора

    Трансформаторные будки есть практически на каждой улице любого города вне зависимости от размеров. Вся планета подвержена власти электричества. Что такое силовой трансформатор? Для чего они? Принцип работы силового трансформатора? При должном объяснении все станет понятно любому школьнику.

    Зачем это нужно?

    Трансформатор служит для повышения или понижения подаваемой электроэнергии. Зачем нужно преобразовывать ток? Смысл в том, что согласно закону Джоуля-Ленца тепло, которое выделяет проводник при прохождении по нему электрического тока выделяется в зависимости от силы тока. Причем зависимость эта квадратичная, так как сила тока в формуле имеет вторую степень.

    На практике это означает, что увеличение силы тока в 2 раза приведет к увеличению тепловыделений в 4 раза. Все бы ничего, но закон сохранения энергии пока никто не отменял. На нагрев проводника расходуется электроэнергия, которую с таким трудом добывает человечество. Единственный выход: повысить напряжение до максимум.

    Согласно закону Ома всегда сохраняется некое равенство: произведение силы тока на сопротивление равняется напряжению в сети. Предположим, что сопротивление не изменяется, так как оно зависит от свойств проводящего материала. Тогда единственным выходом будет максимально задрать напряжение, чтобы уменьшить силу тока в сети.

    Высоковольтные линии придумали не ради развлечения. Единственная цель столь сложной системы с трансформаторами: максимальное сокращение потерь.

    Принцип работы силового трансформатора

    Чтобы говорить о принципе работы силового трансформатора требуется вспомнить некоторые понятия из школьного курса физики. В итоге будет проще понять объяснения рабочей схемы устройства.

    Индукция

    Чтобы понять, как работает силовой трансформатор, надо разбираться в понятии индукции. Именно на ней основана львиная доля современной электроники. Суть этого явления в том, что при прохождении через проводник ток создает переменное электрическое поле. Движение электронов в свою очередь порождает переменное магнитное поле, которое при попадании в другой проводник породит так переменное электрическое поле.

    То есть, если поставить рядом два проводника, причем один из них подключить к источнику тока, а другое не подключать – электричество будет течь в обоих проводниках. Причем во втором проводнике направление тока будет противоположным таковому в исходном варианте.

    Свойство индукции используется достаточно часто: в усилителях, передатчиках и, конечно, школьных опытах

    Устройство трансформатора

    Корпус аппарата представляет собой бак, в который заливается масло. Масло насыщается минералами, чтобы лучше отводить тепло. Выбросы тепловой энергии при работе трансформатора огромны. Однако даже такие потери в тысячи раз меньше возможных утечек энергии при транспортировке.

    Масло циркулирует по внутреннему и внешнему контуру трансформатора. Отдельно отметим, что внешний контур часто представляет собой оребренный радиатор. Увеличение площади теплоотдачи приводит к улучшению отдачи тепла. Проще говоря, чем больше площадь соприкосновения масла из внутреннего контура и внешнего радиатора – тем лучше будет отводится тепло, тем меньше вероятность аварии на трансформаторной подстанции.

    Само устройство силового трансформатора представляет собой квадратного сечения сердечник, набранный из тонких электростальных пластинок. Используются именно наборные сердечники, чтобы свести к минимум появление самоиндукционных токов, которые приводят к перегреву и увеличению потерь энергии.

    На противоположные стороны квадрата наносят обмотку. Обмотка, на которую поддается ток, называется первичной, обмотка, отдающая преобразованную энергию, вторичной.

    Принцип работы

    Схема работы силового трансформатора выглядит так:

    1. Ток подается на первичную обмотку.
    2. Первичная обмотка в результате прохождения электрического тока начинает генерировать переменное магнитное поле.
    3. Магнитное поле, проходящее сквозь вторичную обмотку, вызывает в ней электрический ток.

    Вес секрет процесса в количестве витков. Отношение принятого напряжения к отданному равняется отношению количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичного обмотки. Это же отношение называют коэффициентом трансформации. То есть коэффициент показывает, во сколько раз уменьшится или увеличится выходное напряжение на подстанции.


    Схема простейшего трансформатора

    Почему трансформатор называют силовым

    Как мы уже сказали, силовые трансформаторы используют для понижения высоковольного тока до приемлемых для города параметров, то есть 220/360 В – в зависимости от местности и прочих условий. Но нужно отметить, что напряжение высоковольтных линий ненамного больше 1000 к В, а это больше миллиона вольт. Именно за трансформацию столь сильного напряжения, устройство и назвали таким красивым именем.


    Установленный силовой трансформатор

    Именно силовые трансформаторы используются для преобразования электричества городских и квартальных сетей. Получается многоступенчатая система снабжения страны электроэнергией:

    1. Сначала повышающие трансформаторы увеличивают напряжение до огромных значений
    2. По проводам ток течет в города и села
    3. Понижающие трансформаторы понижают напряжение сначала до общегородских, а потом и до квартальных значений.

    Отдельно нужно сказать, что иногда приходится понижать значение напряжения до 360 В в городе, потому что высоковольтные линии проводить в городской черте запрещено.

    Виды трансформаторов

    Уже были названы повышающие и понижающие трансформаторы. В зависимости от места использования можно выделить сетевые и силовые аппараты. Сетевые трансформаторы используются в устройствах, поскольку даже квартальные параметры тока слишком высоки для простого телевизора или ноутбука. Поэтому используется трансформатор, чтобы преобразовать ток в подходящий для конкретного предмета бытовой техники.

    Сразу использовать маленькие параметры в городе нельзя из тех же соображений экономии. К тому же, разные приборы требуют разных параметров – всем производителям электроники не угодишь, а потому проще каждому встраивать в свой прибор трансформатор.

    Отдельной строкой идут автомобильные трансформаторы, которые позволяют заводить машину с использованием небольшого электрического импульса. Выделяют и импульсные и многие другие трансформаторы, но всех их объединяет одно: принцип работы. Отличия кроются только в рабочих параметрах тока и предназначении трансформатора.


    Сетевой трансформатор

    Контроль работы устройства

    Во время сервисных работ строго запрещается заглядывать внутрь бака, сливать полностью масла и проводить какие-либо манипуляции с содержимым корпуса трансформатора. Работоспособность изделия проверяется путем химической оценки пробы масла и холостого подключения аппарата. В результате удается узнать, насколько трансформатор работоспособен в данный момент времени.

    Даже к месту монтажа привозят уже готовую конструкцию, которую остается только подключить к сети. Заливка маслом производится на заводе, не говоря уже о более сложных процедурах. Для доставки оборудования используется специализированная техника.

    Понравилась статья? Расскажите друзьям:

    Оцените статью, для нас это очень важно:

    Проголосовавших: 79 чел.
    Средний рейтинг: 3 из 5.

    назначение и зачем нужен, устройство и принцип работы, различные виды

    Электромагнитные статические устройства используются для создания и применения магнитного поля. Случаев, зачем нужен трансформатор в электронных, электрических цепях и радиотехнике, существует много. Устройство оснащено индуктивными обмотками, взаимно связанными на магнитопроводе. Сеть способствует возникновению переменного поля, а трансформатор с помощью электромагнитной индукции придает току постоянные значения без изменения частоты.

     

    Определение и назначение

    Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор — это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.

    Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности. Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.

    Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.

    Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.

    Устройство и принцип работы

    Производитель выбирает базовые правила функционирования агрегата, но это не влияет на надежность эксплуатации. Отличаются концепции процессом изготовления. Принцип действия трансформатора основывается на двух положениях:

    • изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
    • влияние на силовой поток, передаваемый через катушку, продуцирует электродвижущую силу и индукцию.

    Устройство состоит из следующих частей:

    • магнитный привод;
    • катушки или обмотки;
    • основа для расположения витков;
    • изолирующий материал;
    • охладительная система;
    • другие элементы крепления, доступа, защиты.

    Работа трансформатора осуществляется по виду конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотках, его трудно рассмотреть. Витки спирали видны, просматривается верх и низ сердечника, ось располагается вертикально. Материал, из чего состоит виток, должен хорошо проводить электричество.

    В изделиях броневого типа стержень скрывает большую часть оборотов, он ставится горизонтально или отвесно. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение на магнитопроводе двух независимых обмоток без электрической связи между собой.

    Магнитная система

    Выполняется из легированной трансформаторной стали, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для продуцирования магнитного поля агрегата. Проводник конструируется из пластин, лент, подков, его изготавливают на прессе. Часть, на которой располагается обмотка, называются стержнем. Ярмо — это элемент без витков, выполняющий замыкания цепи.

    Принцип действия трансформатора зависит от схемы стоек, которая бывает:

    • плоская — оси ярм и сердечников находятся в единой плоскости;
    • пространственная — продольные элементы устраиваются в разных поверхностях;
    • симметричная — одинаковые по форме, размеру и конструкции проводники расположены ко всем ярмам аналогично другим;
    • несимметричная — отдельные стойки отличаются по виду, габаритам и ставятся в разных положениях.

    Если предполагается, что через обмотку, которую называют первичной, протекает постоянный ток, то магнитный провод делают разомкнутым. В остальных случаях сердечник закрытый, он служит для замыкания силовых линий.

    Обмотки

    Делают в виде совокупности витков, устраиваемых на проводниках квадратного сечения. Форма используется для эффективной работы и повышения коэффициента заполнения в окне магнитопровода. Если требуется увеличить сечение сердечника, то его выполняют в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый такой проводник называется жилой.

    Стержень оборачивается бумагой, покрывается эмалевым лаком. Иногда два сердечника, расположенных параллельно, заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:

    • основные — к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электроток;
    • регулирующие — в них предусмотрены отводы для трансформации напряжения при невысокой силе тока;
    • вспомогательные — служат для снабжения своей сети с мощностью меньше номинального показателя трансформатора и подмагничивания схемы постоянным током.

    Способы обкручивания:

    • рядовая обмотка — обороты делают в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматывают плотно, без промежутков;
    • винтовое обматывание — многослойная обвивка с просветами между кольцами или заходом на соседние элементы;
    • дисковая накрутка — спиральный ряд выполняется последовательно, в круге обвивание производится в радиальном порядке по внутреннему и наружному направлению;
    • фольговая спираль ставится из алюминиевого и медного широкого листа, толщина которого колеблется в пределах 0,1-2 мм.

    Условные обозначения

    Чтобы удобно читалась схема трансформатора, есть специальные знаки. Сердечник вычерчивается толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначаются цифрами 2 и 3.

    В некоторых схемах линия сердечника аналогична по толщине черте полуокружностей обвивки. Обозначение материала стержня различается:

    • магнитопровод из феррита чертят толстой линией;
    • стальной сердечник с магнитным зазором рисуют тонкой чертой с разрывом в середине;
    • ось из намагниченного диэлектрика обозначают тонким пунктиром;
    • медный стержень имеет на схеме вид узкой линии с условным обозначением материала по таблице Менделеева.

    Для выделения катушечного вывода применяют жирные точки, обозначение мгновеннодействующей индукции одинаково. Используется для обозначения промежуточных агрегатов в каскадных генераторах для показания противофазности. Ставят точки, если требуется установить полярность при сборке и направление расположения обмоток. Число витков в первичной обмотке определяется условно, как не нормируется и количество полуокружностей, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.

    Основные характеристики

    Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.

    Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.

    Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.

    Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.

    Область применения

    Бытовые приборы имеют контакт с заземлением посредством нейтрального провода. Одновременное касание потребителем тока фазы и нулевой цепи ведет к замыканию контура и травме. Подключение через разделительный трансформатор позволяет обезопасить человека, т. к. вторичная обмотка не контактирует с землей.

    Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольного толчка и трансформации коротких сигналов при нагрузке. На выходе изменяется полярность и амплитуда тока, но остается неизменным напряжение.

    Измерительное оборудование постоянного тока является магнитным усилителем. Изменять переменное напряжение помогает направленное движение электронов небольшой мощности. Выпрямитель поставляет постоянную энергию и зависит от значений входного электричества.

    Силовые агрегаты широко используются в генераторах тока малой величины, мощности, показатели в дизелях имеют средние значения. Трансформаторы монтируют последовательно с нагрузкой, прибор подключается к источнику первичной обмоткой, вторичный контур выдает преобразованную энергию. Значение выходного тока прямо пропорционально нагрузке. Используется оборудование с 3 магнитными стержнями, если генератор трехфазного тока.

    Инвертирующие агрегаты имеют транзисторы одинаковой проводимости и на выходе усиливают только часть сигнала. Для полного преобразования напряжения импульс подается на оба транзистора.

    Согласующее оборудование используют для подсоединения к электронным приборам с высоким сопротивлением на входе и выходе нагрузки с низким показателем прохождения электричества. Агрегаты полезны в высокочастотных линиях, где разница величин ведет к потерям энергии.

    Типы трансформаторов

    От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.

    Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом. Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения.

    Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.

    Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.

    Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием — машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.

    Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

    Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.

    Принцип действия трансформатора — устройство и назначение, схема конструкции

    Трансформатор – это электрическая статическая машина, предназначаемая для изменения характеристик напряжения или тока. Название говорящее – трансформировать – значит преобразовывать. Впрочем, трансформации подвергаются только силовые характеристики тока, частота и форма при этом не изменяются.

    Состоит эта машина из нескольких основных частей:

    1. Корпус или магнитопровод – представляет собой сердечник из металлических пластинок, плотно сжатых между собой, изготавливаются из мягкой трансформаторной стали, а в отдельных случаях, из специального состава ферромагнетика.
    2. Первичной обмотки – катушка, размещенная на магнитопроводе, по ней пропускается ток, характеристики которого нужно изменить;
    3. Вторичная обмотка – также катушка, но с проводами других характеристик, в которой индуцируется ток с другими, заранее рассчитанными параметрами.

    Принцип работы и область применения

    В электромагнитную схему трансформатора входят две обмотки и замкнутый сердечник, выполняемый из трансформаторных листовых материалов. Ток, проходящий по первичной катушке, возбуждает в сердечнике электромагнитную индукцию.

    Пересекая провода вторичной катушки, она индуцирует в ней ток, соответствующий параметрам вторичной обмотки. Таких катушек может быть несколько с разными характеристиками (количество витков, сечение провода, материал), соответственно и результат индукции будет различным.

    Трансформаторы используются в энергообеспечении народного хозяйства в различных областях:

    1. Для передачи и преобразования электроэнергии:
      • Передача электроэнергии на далекие расстояния и ее разделение между пользователями. Передача электричества по сетям непосредственно после генерации связана с большими его потерями. Генераторы дают напряжение 6-24 кВ, а передача, во избежание потерь, осуществляется при напряжении от 110 до 750 кВ. Для получения таких характеристик применяются повышающие трансформаторы.
      • Когда электроэнергия по ЛЭП доходит до потребителя, она поступает на понижающие трансформаторные станции, где производится понижение напряжения и мощности в соответствии с потребностями для группы потребителей, а затем распределяется на другие трансформаторные подстанции, например, районного значения. Дальнейшее распределение энергии зависит от потребности того или иного объекта или их группы.
    2. Для правильного включения вентилей в преобразователях, что позволяет согласовать величину напряжения на выходах и входах устройства. Их название – преобразовательные.
    3. Для выполнения различных операций технологических процессов, например – сварки, в электролизных производствах, в обеспечении работы электросталеплавильных агрегатов и других.
    4. Обеспечение работы схем и приборов радиоаппаратуры, электроники, средств связи, бытового электрооборудования и многого прочего.
    5. Для подключения электроизмерительных приборов и отдельных аппаратов (реле, коммандеры и др.) в цепи высокого напряжения для обеспечения измерений и электробезопасности объектов. Такие трансформаторы образуют отдельный класс – измерительные.

    Устройство

    Магнитная схема

    Сердечник трансформатора

    Конфигурация магнитной схемы разделяет эти устройства на три класса:

    • тороидальные;
    • броневые;
    • стержневые;

    Стержень представляет собой ту часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, остальная часть называется «ярмо». В виде стержневых изготавливаются трансформаторы большой и средней мощности.

    Это связано также с более простой схемой охлаждения такой машины. Магнитопроводы обычно производятся из листовой электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм. Листовые детали соединяются между собой электротехническим изолирующим лаком. Это делается для уменьшения влияния вихревых токов на работу магнитопровода.

    Маломощные и микротрансформаторы обычно производят броневыми, поскольку они в изготовлении дешевле стержневых из-за меньшего числа катушек и технологичности изготовления.

    Одним из преимуществ тороидальных трансформаторов является магнитная схема без зазоров. Этим обусловлено низкое магнитное сопротивление магнитопровода таких преобразователей.

    Обмотки

    Чем ближе расположены обмотки по отношению друг к другу, тем надежнее магнитная связь между ними. Поэтому их принято наматывать одну поверх другой. Такие катушки называются концентрическими.

    В зависимости от конструкции, обмотки могут быть расположены последовательно. Эти называются дисковыми. Исполнение зависит от особенностей трансформатора и его назначения.

    Мощные статические машины выделяют много тепла и нуждаются в интенсивном охлаждении.

    Виды преобразователей

    Силовой трансформатор

    Предназначается для изменения параметров потока электричества в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с потребностью понижения мощности (до 760 кВ) подводящих сетей в потребительскую мощность городского хозяйства (220/380 В). Силовой преобразователь переменного тока предназначается для изменения силы тока прямым воздействием в сети.

    Автотрансформатор

    Отличен от предыдущего тем, что обмотки в нем соединяются не только через индукционные потоки, но и непосредственно одна с другой. Вторичная обмотка имеет несколько выводов (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях ведет к получению различного напряжения.

    Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, потому что изменению подвергается только часть энергии. Это эффективно при небольшом различии напряжений на входе и выходе.

    Несовершенство этих устройств состоит в том, что между обмотками нет изоляции. Применение оправдано при надежном заземлении в сетях до 115 кВ и небольшим коэффициентом трансформации – в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток у таких машин меньше, следовательно, они экономичнее в производстве.

    Трансформатор напряжения

    Этот вид преобразователя питается от соответствующего источника. Применяется обычно для изменения высокого напряжения на пониженное в цепях автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью ограждения низковольтных участков схем от повышенного напряжения.

    Трансформаторы тока

    Здесь первичная катушка получает питание от источника тока. Применяется для понижения тока в устройствах релейной защиты и измерителях. Вместе с тем, производится гальваническая развязка. Как правило, ток на вторичной катушке составляет величину 1А или 5А.

    Первичную катушку включают в одну цепь с нагружением, подлежащем контролю, а к вторичной катушке подключаются приборы контроля, либо релейные устройства. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если происходит замыкание вторичной катушки, возникающее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

    Разделительные трансформаторы

    Обмотки таких машин не связаны между собой. Такие преобразователи применяются для улучшения условий безопасности функционирования сетей при замыкании, срабатывает гальваническая развязка.

    Импульсные преобразователи

    Предназначаются для реформирования сигналов в виде коротких (до 10 миллисекунд) импульсов с максимальным сохранением их формы. В основном применяется для передачи импульсов, характерных прямоугольной формой. Как правило, главное требование к этому преобразователю – передача кратковременного импульса в максимально сохраненной форме, при этом, изменение его амплитуды и полярности несущественно.

    Согласующие трансформаторы

    Используются при согласовании нагрузок различных участков с максимальным сохранением формы сигнала. Вместе с тем, использование такого преобразователя дает гальваническую развязку разных участков электронных схем.

    Пик-трансформатор

    Машина, обеспечивающая изменение синусоидальных напряжений в импульсные. При этом, происходит изменение полярности в каждом полупериоде.

    Сдвоенный дроссель

    Конструктивно выполняется в виде преобразователя с одинаковыми обмотками. Учитывая индуктивное влияние катушек друг на друга, он заметно эффективнее обычного дросселя. Распространены как входные фильтры БП блоков питания в звуковых схемах.

    Статья была полезна?

    0,00 (оценок: 0)

    Основы работы с трансформаторами и принципы работы с трансформаторами

    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 использованием национальная сетка пилонов и кабелей на очень большие расстояния.

    Причина преобразования напряжения на гораздо более высокий уровень заключается в том, что более высокие напряжения распределения подразумевают более низкие токи при той же мощности и, следовательно, более низкие потери I 2 * 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 .

    Типовой трансформатор 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 увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока 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 название также 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:
    • V P — первичное напряжение
    • V S — вторичное напряжение
    • N P — количество первичных обмоток
    • N S — количество вторичных обмоток
    • Φ (phi) — это потокосцепление

    Обратите внимание, 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, он 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 изменением количества витков катушки в первичной обмотке (N P ) по сравнению с количеством витков катушки на вторичной обмотке (N S ).

    Поскольку трансформатор в основном является линейным устройством, теперь существует соотношение между количеством витков первичной катушки, деленным на количество витков вторичной катушки. Это соотношение, называемое коэффициентом трансформации, более широко известно 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 вторичной обмотке — 3 вольта на 1 вольт. Тогда мы можем видеть, что если соотношение между количеством витков изменится, результирующие напряжения также должны измениться в том же соотношении, и это правда.

    Трансформаторы — все о «соотношениях». 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, как правило, не имеет значения, просто соотношение витков, и это соотношение дается как:

    A Трансформатор, коэффициент трансформации

    Предполагая идеальный трансформатор и фазовые углы: Φ P ≡ Φ S

    Обратите внимание, что порядок чисел при выражении трансформатора коэффициент передачи очень важен, так как коэффициент передачи 3: 1 выражает совсем другое соотношение трансформатора и выходное напряжение, чем тот, в котором коэффициент передачи задается 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.

    Основы трансформатора, пример №2

    Если к первичной обмотке того же трансформатора, указанного выше, приложено 240 В (среднеквадратичное значение), каким будет результирующее вторичное напряжение холостого хода.

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

    Тогда основная цель трансформатора — преобразовывать напряжения с заданными соотношениями, и мы видим, что первичная обмотка имеет установленное количество или количество обмоток (витков 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). .

    Действие трансформера

    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 (V P ) прикладывается к первичной катушке, ток течет через катушку, которая, в свою очередь, создает вокруг себя магнитное поле, называемое взаимной индуктивностью , посредством этого потока тока в соответствии с законом Фарадея из электромагнитная индукция. Сила магнитного поля нарастает по мере увеличения тока от нуля до максимального значения, которое задается как dΦ / dt.

    По мере того, как 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 индуцирование напряжения во вторичной катушке.Величина индуцированного напряжения будет определяться: 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 одинаковое 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 высоки.

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

    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 = Φ max 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 потока в Герцах, = ω / 2π
    • Ν — количество витков катушки.
    • Φ — количество флюса в полотнах

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

    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 при установившемся постоянном напряжении , а только при 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 используемой меди. . 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:

    а). Максимальный поток в сердечнике.

    б). Площадь поперечного сечения сердечника.

    в). Вторичная наведенная ЭДС.

    Так как номинальное вторичное напряжение равно вторичной наведенной ЭДС, другой более простой способ рассчитать вторичное напряжение из отношения витков дается как:

    Электрическая мощность в трансформаторе

    Еще одним из основных параметров трансформатора является его номинальная мощность. Номинальная мощность трансформатора получается простым умножением тока на напряжение, чтобы получить номинальную мощность в вольт-амперах , (ВА). Небольшие однофазные трансформаторы могут быть рассчитаны только на вольт-амперы, но более мощные силовые трансформаторы рассчитаны на единицы киловольт-ампер , (кВА), где 1 киловольт-ампер равен 1000 вольт-амперам, а единицы Мега-вольт-ампер , (МВА), где 1 мегавольт-ампер равен 1 миллиону вольт-ампер.

    В идеальном трансформаторе (без учета потерь) мощность, доступная во вторичной обмотке, будет такой же, как и мощность в первичной обмотке, они являются устройствами постоянной мощности и не изменяют мощность, только соотношение напряжения к току. Таким образом, в идеальном трансформаторе коэффициент мощности равен единице, поскольку напряжение V, умноженное на ток, I останется постоянным.

    То есть электрическая мощность на одном уровне напряжения / тока на первичной стороне «преобразуется» в электрическую энергию на той же частоте с тем же уровнем напряжения / тока на вторичной стороне.Хотя трансформатор может повышать (или понижать) напряжение, он не может повышать мощность. Таким образом, когда трансформатор увеличивает напряжение, он снижает ток и наоборот, так что выходная мощность всегда равна входной мощности. Тогда мы можем сказать, что первичная мощность равна вторичной мощности (P P = P S ).

    Мощность в трансформаторе

    Где: Φ P — это первичный фазовый угол, а Φ S — вторичный фазовый угол.

    Обратите внимание, поскольку потеря мощности пропорциональна квадрату передаваемого тока, то есть: I 2 R, увеличение напряжения, скажем, удвоение (× 2) напряжения уменьшит ток на ту же величину, (÷ 2) при подаче того же количества мощности на нагрузку и, следовательно, уменьшении потерь в 4 раза. Если бы напряжение было увеличено в 10 раз, ток уменьшился бы в том же разы, уменьшив общие потери в 100 раз.

    Основы трансформатора

    — КПД

    Трансформатору не требуются движущиеся части для передачи энергии.Это означает, что отсутствуют потери на трение или парусность, связанные с другими электрическими машинами. Однако трансформаторы действительно страдают от других типов потерь, называемых «потерями в меди» и «потерями в стали», но, как правило, они довольно малы.

    Потери в меди, также известные как I 2 R потери — это электрическая мощность, которая теряется в тепле в результате циркуляции токов вокруг медных обмоток трансформатора, отсюда и название. Потери в меди представляют собой самые большие потери в работе трансформатора.Фактические потери мощности в ваттах можно определить (в каждой обмотке) возведением в квадрат ампер и умножением на сопротивление обмотки в омах (I 2 R).

    Потери в железе, также известные как гистерезис, представляют собой запаздывание магнитных молекул внутри сердечника в ответ на переменный магнитный поток. Это запаздывающее (или не совпадающее по фазе) состояние связано с тем, что для переворота магнитных молекул требуется мощность; они не меняют направление, пока поток не достигнет достаточной силы, чтобы повернуть их вспять.

    Их перестановка приводит к трению, а трение вызывает нагрев в сердечнике, что является формой потери мощности. Гистерезис в трансформаторе можно уменьшить, сделав сердечник из специальных стальных сплавов.

    Интенсивность потерь мощности в трансформаторе определяет его КПД. Эффективность трансформатора отражается в потерях мощности (мощности) между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками. Тогда результирующий КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки P S к потребляемой мощности первичной обмотки P P и, следовательно, является высоким.

    Идеальный трансформатор имел бы 100% КПД, передавая всю электрическую энергию, которую он получает с первичной стороны, на вторичную. Но настоящие трансформаторы, с другой стороны, не эффективны на 100%. При работе с полной нагрузкой их максимальный КПД составляет от 94% до 96%, что все еще неплохо для электрического устройства. Для трансформатора, работающего при постоянном напряжении и частоте переменного тока, его КПД может достигать 98%. КПД трансформатора η определяется как:

    КПД трансформатора

    Где: вход, выход и потери выражены в единицах мощности.

    Обычно, когда речь идет о трансформаторах, первичные ватты называются «вольт-ампер», ВА, , чтобы отличить их от вторичных ватт. Тогда приведенное выше уравнение эффективности можно изменить на:

    Иногда легче вспомнить взаимосвязь между входом, выходом и эффективностью трансформатора с помощью изображений. Здесь три величины VA, W и η наложены в треугольник, дающий мощность в ваттах вверху с вольт-амперами и эффективность внизу.Это расположение представляет собой фактическое положение каждой величины в формулах эффективности.

    Треугольник КПД трансформатора

    и транспонирование вышеуказанных величин треугольника дает нам следующие комбинации одного и того же уравнения:

    Затем, чтобы найти Вт (выход) = VA x эфф., Или найти VA (вход) = W / eff., Или найти КПД, эфф. = Вт / ВА и т. Д.

    Основные сведения о трансформаторе

    Подведем итоги этого учебника по основам работы с трансформатором.Трансформатор изменяет уровень напряжения (или уровень тока) на своей входной обмотке на другое значение на выходной обмотке с помощью магнитного поля. Трансформатор состоит из двух электрически изолированных катушек и работает по принципу «взаимной индукции» Фарадея, согласно которому ЭДС индуцируется во вторичной катушке трансформатора магнитным потоком, создаваемым напряжениями и токами, протекающими в обмотке первичной катушки.

    Как первичная, так и вторичная обмотки катушки намотаны вокруг общего сердечника из мягкого железа, сделанного из отдельных пластин для уменьшения вихревых токов и потерь мощности.Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, который должен быть синусоидальным по своей природе, а вторичная обмотка подает электроэнергию на нагрузку. При этом трансформатор можно использовать в обратном направлении с источником питания, подключенным к вторичной обмотке, при условии соблюдения номинальных значений напряжения и тока.

    Мы можем представить трансформатор в виде блок-схемы следующим образом:

    Базовое представление трансформатора

    Соотношение первичной и вторичной обмоток трансформаторов друг относительно друга дает либо повышающий трансформатор напряжения, либо понижающий трансформатор напряжения с отношением числа витков первичной обмотки к числу вторичных витков, называемым «витками». коэффициент »или« коэффициент трансформации ».

    Если это отношение меньше единицы, n <1, тогда N S больше, чем N P , и трансформатор классифицируется как повышающий трансформатор. Если это отношение больше единицы, n> 1, то есть N P больше, чем N S , трансформатор классифицируется как понижающий трансформатор. Обратите внимание, что однофазный понижающий трансформатор также можно использовать в качестве повышающего трансформатора, просто поменяв местами соединения и сделав обмотку низкого напряжения первичной, и наоборот, пока трансформатор работает в пределах своей первоначальной проектной мощности в ВА.

    Если отношение витков равно единице, то есть n = 1, то и первичная, и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков катушки, поэтому напряжения и токи будут одинаковыми для первичной и вторичной обмоток.

    Этот тип трансформатора 1: 1 классифицируется как изолирующий трансформатор, поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют одинаковое количество вольт на виток. Эффективность трансформатора — это отношение мощности, которую он передает нагрузке, к мощности, которую он потребляет от источника питания.В идеальном трансформаторе нет потерь, поэтому нет потери мощности, тогда P IN = P OUT .

    В следующем руководстве, посвященном Transformer Basics , мы рассмотрим физическую конструкцию трансформатора и рассмотрим различные типы магнитных сердечников и пластин, используемых для поддержки первичной и вторичной обмоток.

    Основные принципы работы трансформатора

    Векторные группы и заземление нейтрали

    Три конфигурации, в которых обычно соединяются три фазные обмотки трансформатора, — треугольник, звезда или соединенная звезда (зигзаг).Конфигурации (расположение обмоток) показаны на Рисунке 1 ниже.

    Основные принципы и работа трансформатора (фото предоставлено Kazmi Electric Works)

    Как сгруппированы векторы и как используется номенклатура фазовых соотношений, определяется следующим образом:

    • Заглавные буквы для обозначения группы векторов первичной обмотки
    • Строчные буквы для обозначения группы вторичной обмотки
    • D или d представляет первичную или вторичную обмотку треугольником
    • Y или представляет первичную или вторичную обмотку звездой
    • Z или z представляет первичную или вторичную обмотку, соединенную звездой
    • N или n обозначает первичную или вторичную обмотку с заземлением к нейтрали.

    Числа представляют фазовое соотношение между первичной и вторичной обмотками .

    Углы смещения напряжения от вторичной к первичной задаются в соответствии с положением «стрелок» на часах относительно положения середины дня или двенадцати часов.

    Это означает: 1 — -30 °, 3 — -90 °, 11 — + 30 ° и так далее .

    Рисунок 1 — Расположение обмоток

    Пример определения векторной группировки Dy1 приведен на рисунке 1. В этом случае заметно, что вторичное напряжение звезды находится в положении на один час, что означает , что оно отстает от первичного треугольника. вектор напряжения на 30 ° .

    На рисунке 2 ниже показан еще один пример , определяющий группировку векторов Dyn5 .

    Очевидно, что вторичное напряжение звезды находится в положении «5 часов», что означает, что оно отстает от вектора первичного напряжения треугольником на 5 × 30 ° = 150 ° .

    Рисунок 2 — Определение векторной группировки Dyn5

    В основном разработчики системы решают, какое расположение векторной группировки требуется для каждого уровня напряжения в сети, хотя есть много факторов, влияющих на это решение.

    Важными аспектами с точки зрения пользователя являются:

    1. Векторное смещение между системами, подключенными к каждой обмотке трансформатора, и возможность достижения параллельной работы
    2. Обеспечение точки или точек заземления нейтрали, к которым относится нейтраль к земле либо напрямую, либо через импеданс
    3. Практичность конструкции трансформатора и стоимость, связанная с требованиями к изоляции
    4. Обмотка Z снижает дисбаланс напряжения в системах, где нагрузка неравномерно распределяется между фазами, и допускает нагрузку нейтрального тока с изначально низкой нулевой нагрузкой. сопротивление последовательности. Поэтому часто используется для заземления трансформаторов.

    Основные принципы и работа трансформатора

    Сопутствующее содержание EEP с рекламными ссылками

    Трансформатор: принцип работы

    ТРАНСФОРМАТОР

    Принцип работы

    9000 Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой через индуктивно связанный провод.Изменяющийся ток в первой или первичной обмотке создает изменяющийся магнитный поток в сердечнике трансформатора и, таким образом, изменяющееся магнитное поле во вторичной обмотке. Это изменяющееся магнитное поле индуцирует изменяющуюся электродвижущую силу, ЭДС или напряжение во вторичной обмотке. Этот эффект называется взаимной индукцией.

    Если нагрузка подключена ко вторичной обмотке, электрический ток будет течь во вторичной обмотке, а электрическая энергия будет передаваться от первичной цепи через трансформатор к нагрузке.В идеальном трансформаторе индуцированное напряжение во вторичной обмотке пропорционально первичному напряжению и определяется отношением числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки следующим образом:

    При соответствующем выборе соотношения витков трансформатор, таким образом, позволяет «повышать» напряжение переменного тока (AC), делая больше, или «понижать», делая меньше чем.

    Основной принцип

    Конструкция

    Ламинированные стальные сердечники

    Трансформаторы, используемые на мощных или звуковых частотах, обычно имеют сердечники из высокопроницаемой стали Si.Сталь имеет проницаемость, во много раз превышающую проницаемость свободного пространства, и сердечник, таким образом, служит для значительного уменьшения тока намагничивания и ограничения потока на пути, который плотно соединяет обмотки. Первые разработчики трансформаторов вскоре поняли, что сердечники, построенные из твердого железа, приводят к недопустимым потерям на вихревые токи, и их конструкции смягчали этот эффект с помощью сердечников, состоящих из пучков изолированных железных проводов. Более поздние конструкции сконструировали сердечник путем наложения слоев тонких стальных пластин, принцип, который до сих пор используется.Каждая пластина изолирована от соседей тонким непроводящим слоем изоляции. Уравнение универсального трансформатора указывает минимальную площадь поперечного сечения сердечника, чтобы избежать насыщения.

    Эффект расслоения заключается в ограничении вихревых токов высокоэллиптическими путями, которые ограничивают небольшой поток, и, таким образом, уменьшают их величину. Более тонкие листы уменьшают потери, но их строительство трудоемко и дорого. Тонкие пластинки обычно используются в высокочастотных трансформаторах, а некоторые типы очень тонких стальных пластин могут работать на частотах до 10 кГц.

    Одна общая конструкция ламинированного сердечника состоит из чередующихся стопок стальных листов E-образной формы, покрытых фасонными деталями, что и привело к названию «трансформатора EI». Такая конструкция имеет тенденцию демонстрировать больше потерь, но он очень экономичен в производстве. Тип резаного сердечника или С-образного сердечника изготавливается путем наматывания стальной полосы вокруг прямоугольной формы с последующим соединением слоев вместе. Затем ее разрезают на две части, образуя две С-образные формы, и сердечник собирается. путем связывания двух половинок C стальной лентой.Их преимущество в том, что поток всегда направлен параллельно металлическим зернам, что снижает сопротивление.

    Постоянство стального сердечника означает, что он сохраняет статическое магнитное поле при отключении питания. Когда затем снова подается питание, остаточное поле вызовет сильный бросок тока до тех пор, пока эффект остаточного магнетизма не уменьшится, обычно после нескольких циклов приложенного переменного тока. Необходимо выбрать устройства защиты от сверхтоков, такие как плавкие предохранители, чтобы обеспечить прохождение этого безвредного броска тока.На трансформаторах, подключенных к длинным воздушным линиям электропередачи, индуцированные токи из-за геомагнитных возмущений во время солнечных бурь могут вызвать насыщение сердечника и срабатывание устройств защиты трансформатора.

    Распределительные трансформаторы могут достигать низких потерь холостого хода за счет использования сердечников, изготовленных из кремнистой стали с низкими потерями и высокой проницаемостью или из металлического сплава (некристаллического). Более высокая начальная стоимость материала сердечника компенсируется в течение срока службы трансформатора меньшими потерями при малой нагрузке.

    Твердые сердечники

    Сердечники из порошкового железа используются в таких схемах, как импульсные источники питания, которые работают с частотами выше сетевых и до нескольких десятков килогерц. Эти материалы сочетают в себе высокую магнитную проницаемость и удельное объемное электрическое сопротивление. Для частот, выходящих за пределы диапазона VHF, распространены сердечники, изготовленные из непроводящих магнитных керамических материалов, называемых ферритами. Некоторые радиочастотные трансформаторы также имеют подвижные сердечники (иногда называемые « заглушками »), которые позволяют регулировать коэффициент связи (и полосу пропускания) настроенных радиочастотных цепей. Тороидальные трансформаторы построены вокруг кольцевого сердечника, который в зависимости от рабочей частоты , изготавливается из длинной полосы кремнистой стали или пермского сплава, намотанной в катушку, порошкового железа или феррита.Ленточная конструкция обеспечивает оптимальное выравнивание границ зерен, повышая эффективность трансформатора за счет уменьшения сопротивления сердечника. Форма замкнутого кольца устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника E-I. [78] Поперечное сечение кольца обычно квадратное или прямоугольное, но доступны и более дорогие сердечники с круглым поперечным сечением. Первичная и вторичная обмотки часто наматываются концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника. Это сводит к минимуму необходимую длину провода, а также обеспечивает экранирование, чтобы минимизировать создание электромагнитного поля магнитным полем сердечника.

    Тороидальные трансформаторы более эффективны, чем более дешевые ламинированные типы E-I при аналогичном уровне мощности. Другие преимущества по сравнению с типами EI включают меньший размер (около половины), меньший вес (около половины), меньший механический гул (что делает их лучше в усилителях звука), более низкое внешнее магнитное поле (около одной десятой), низкие потери без нагрузки ( что делает их более эффективными в резервных цепях), монтаж на одном болте и больший выбор форм. Основные недостатки — более высокая стоимость и ограниченная мощность (см. «Классификацию» выше).Из-за отсутствия остаточного зазора на магнитном пути тороидальные трансформаторы также имеют тенденцию демонстрировать более высокий пусковой ток по сравнению с ламинированными типами E-I.

    Ферритовые тороидальные сердечники используются на более высоких частотах, обычно от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц, для уменьшения потерь, физических размеров и веса импульсного источника питания. Недостатком конструкции тороидального трансформатора является более высокая трудоемкость намотки. Это связано с тем, что необходимо пропускать всю длину обмотки катушки через отверстие сердечника каждый раз, когда к катушке добавляется один виток.Как следствие, редко встречаются тороидальные трансформаторы мощностью выше нескольких кВА. Небольшие распределительные трансформаторы могут достичь некоторых преимуществ тороидального сердечника, разделив его и заставив открыть, а затем вставив катушку, содержащую первичную и вторичную обмотки.

    Воздушные сердечники

    Физический сердечник не является абсолютным обязательным условием, и работающий трансформатор можно изготовить, просто разместив обмотки рядом друг с другом, что называется трансформатором с воздушным сердечником. .Воздух, который составляет магнитную цепь, по существу не имеет потерь, поэтому трансформатор с воздушным сердечником исключает потери из-за гистерезиса в материале сердечника. Индуктивность рассеяния неизбежно высока, что приводит к очень плохому регулированию, и поэтому такие конструкции не подходят для использования в распределительной сети. Однако они имеют очень широкую полосу пропускания и часто используются в радиочастотных приложениях, для которых удовлетворительный коэффициент связи поддерживается за счет тщательного перекрытия первичной и вторичной обмоток.Они также используются для резонансных трансформаторов, таких как катушки Тесла, где они могут достичь достаточно низких потерь, несмотря на высокую индуктивность рассеяния.

    Обмотки

    Проводящий материал, используемый для обмоток, зависит от области применения, но во всех случаях отдельные витки должны быть электрически изолированы друг от друга, чтобы ток проходил через каждый виток. Для маломощных и сигнальных трансформаторов, в которых малы токи и есть разность потенциалов между соседними витками.

    Вид в разрезе обмоток трансформатора. Белый: изолятор. Зеленая спираль: кремнистая сталь с ориентированным зерном. Черный: Первичная обмотка из бескислородной меди. Красный: вторичная обмотка. Вверху слева: тороидальный трансформатор. Справа: C-core, но E-core будет аналогичным. Черные обмотки выполнены из пленки. Вверху: одинаково низкая емкость между всеми концами обеих обмоток. Поскольку большинство жил имеют как минимум умеренную проводимость, им также необходима изоляция. Внизу: самая низкая емкость на одном конце вторичной обмотки, необходимая для маломощных высоковольтных трансформаторов.Внизу слева: уменьшение утечки приведет к увеличению емкости.

    В силовых трансформаторах большой мощности также используются многожильные проводники, поскольку даже при низких частотах мощности в противном случае в сильноточных обмотках могло бы существовать неравномерное распределение тока. Каждая жила индивидуально изолирована, и жилы расположены так, что в определенных точках обмотки или по всей обмотке каждая часть занимает разные относительные положения в проводнике в целом. Перестановка выравнивает ток, протекающий в каждой жилке проводника, и снижает потери на вихревые токи в самой обмотке.Многожильный провод также более гибкий, чем сплошной провод аналогичного размера, что облегчает производство.

    Для сигнальных трансформаторов обмотки могут быть расположены таким образом, чтобы минимизировать индуктивность рассеяния и паразитную емкость для улучшения высокочастотной характеристики. Это можно сделать, разделив каждую катушку на секции, и эти секции будут размещены слоями между секциями другой обмотки. Это известно как многослойная обмотка или перемежающаяся обмотка.

    Силовые трансформаторы часто имеют внутренние соединения или ответвления в промежуточных точках обмотки, обычно на стороне обмотки с более высоким напряжением, для целей регулирования напряжения.Такие отводы обычно управляются вручную, автоматические переключатели ответвлений под нагрузкой зарезервированы из соображений стоимости и надежности для более мощных или специализированных трансформаторов, питающих цепи передачи или распределения или определенные нагрузки, такие как печные трансформаторы. Преобразователи звуковой частоты, используемые для передачи звука на громкоговорители громкоговорителей, имеют ответвители, позволяющие регулировать импеданс каждого динамика. Центр часто используется в выходном каскаде усилителя мощности звука в двухтактной схеме.Трансформаторы модуляции в передатчиках AM очень похожи. Обмотки некоторых трансформаторов защищены эпоксидной смолой. Пропитав трансформатор эпоксидной смолой в вакууме, можно заменить воздушные пространства внутри обмоток эпоксидной смолой, тем самым герметизируя обмотки и помогая предотвратить возможное образование короны и поглощение грязи или воды. Это позволяет производить трансформаторы, более подходящие для влажной или грязной среды, но с более высокой стоимостью производства.

    Охлаждение

    Масляный силовой трансформатор в разрезе.Консерватор (резервуар) наверху обеспечивает изоляцию нефти от атмосферы. Ребра охлаждения стенок бака обеспечивают необходимый баланс рассеивания тепла.

    Хотя сегодня маслонаполненные трансформаторы нередко эксплуатируются более пятидесяти лет из-за высоких температур и повреждают изоляцию обмотки, общепринятое практическое правило состоит в том, что ожидаемый срок службы трансформатора сокращается вдвое на каждые 8 ​​градусов Цельсия. Рабочая Температура. В нижней части диапазона номинальной мощности сухие трансформаторы и трансформаторы, погруженные в жидкость, часто имеют самоохлаждение за счет естественной конвекции и рассеивания тепла излучением.По мере увеличения номинальной мощности трансформаторы часто охлаждаются такими другими средствами, как принудительное воздушное охлаждение, принудительное масляное охлаждение, водяное охлаждение или их комбинации. Диалектическая охлаждающая жидкость, используемая во многих наружных коммунальных и промышленных трансформаторах, представляет собой трансформаторное масло, которое охлаждает и изолирует обмотки. Трансформаторное масло — это минеральное масло высокой степени очистки, которое по своей сути помогает термически стабилизировать изоляцию проводника обмотки, обычно бумажную, в пределах допустимых температурных ограничений изоляции.Однако проблема отвода тепла является центральной для всего электрического оборудования, поэтому в случае дорогостоящих трансформаторов это часто приводит к необходимости контролировать, моделировать, прогнозировать и управлять температурными условиями изоляции проводов обмоток и масла при различных, возможно, сложных, условия силовой нагрузки. Строительные нормы и правила многих юрисдикций требуют, чтобы трансформаторы, заполненные жидкостью внутри помещений, либо использовали негорючие жидкости, либо располагались в огнеупорных помещениях. Сухие трансформаторы с воздушным охлаждением предпочтительнее для использования внутри помещений даже при номинальной мощности, когда конструкция с масляным охлаждением была бы более экономичной, поскольку их стоимость компенсируется сниженной стоимостью строительства здания.

    Масляный бак часто имеет радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. В некоторых крупных трансформаторах используются вентиляторы или насосы с электрическим приводом для принудительного воздушного или масляного охлаждения или водяного охлаждения на основе теплообменника. Трансформаторы, заполненные маслом, подвергаются длительным процессам сушки, чтобы гарантировать полное отсутствие воды в трансформаторе перед подачей охлаждающего масла. Это помогает предотвратить электрический пробой под нагрузкой. Масляные трансформаторы могут быть оснащены реле Бухгольца, которые обнаруживают газ, выделяющийся во время внутренней дуги, и быстро обесточивают трансформатор, чтобы предотвратить катастрофический отказ.Масляные трансформаторы могут выйти из строя, разорваться и сгореть, что приведет к отключению электроэнергии и потерям. Установки маслонаполненных трансформаторов обычно включают меры противопожарной защиты, такие как стены, удерживание масла и спринклерные системы пожаротушения.

    Сушка изоляции

    Конструкция маслонаполненных трансформаторов требует, чтобы изоляция, покрывающая обмотки, была тщательно высушена перед введением масла. Есть несколько разных методов сушки.Общим для всех является то, что они проводятся в условиях вакуума. Вакуум затрудняет передачу энергии (тепла) к изоляции. Для этого есть несколько разных методов. Традиционная сушка осуществляется путем циркуляции горячего воздуха над активной частью и циклической сушки с периодами сушки в вакууме горячим воздухом (HAV). Для более крупных трансформаторов чаще всего используется испаренный растворитель, который конденсируется на более холодной активной части. Преимущество состоит в том, что весь процесс можно проводить при более низком давлении и без влияния добавленного кислорода.Этот процесс обычно называют сушкой в ​​паровой фазе (VPD).

    Для распределительных трансформаторов, которые меньше по размеру и имеют меньший вес изоляции, можно использовать резистивный нагрев. Это метод, при котором в обмотки вводят ток для нагрева изоляции. Преимущество заключается в том, что обогревом можно очень хорошо управлять, и он является энергоэффективным. Этот метод называется низкочастотным нагревом (LFH), поскольку ток подается с гораздо более низкой частотой, чем номинальная частота сети, которая обычно составляет 50 или 60 Гц.Более низкая частота снижает влияние индуктивности в трансформаторе, поэтому напряжение, необходимое для индукции тока, может быть уменьшено. Метод сушки LFH также используется для обслуживания старых трансформаторов.

    Клеммы

    Провода очень маленьких трансформаторов будут подключены непосредственно к концам катушек и выведены к основанию блока для подключения цепей. Более крупные трансформаторы могут иметь тяжелые болтовые клеммы, шины или высоковольтные изоляционные вводы из полимеров или фарфора.Большой ввод может иметь сложную конструкцию, поскольку он должен обеспечивать тщательный контроль градиента электрического поля, не допуская утечки масла из трансформатора.

    Дель Веккьо, Роберт М., Пулен, Бертран, Фегали, Пьер Т., Шах, Дилипкумар М., Ахуджа, Раджендра: 9781498787536: Amazon.com: Книги

    Эта книга посвящена пониманию технических деталей проектирования традиционных однофазных и многофазных силовых трансформаторов. В этом последнем издании, которое по-прежнему включает фундаментальные проектные уравнения и теорию, используемую для проектирования силовых трансформаторов, оно также обеспечивает расширенное моделирование для дальнейшей оптимизации конструкции трансформатора.Читатель найдет эту книгу очень полезной для понимания теории проектирования трансформаторов, включая множество практических соображений.
    — Журнал IEEE Electrical Insulation Magazine, март / апрель 2020 г.

    Роберт М. Дель Веккио получил степень бакалавра физики в Технологическом институте Карнеги, Питтсбург, Пенсильвания, степень магистра в области электротехники и степень доктора философии по физике в Университете Питтсбурга, Питтсбург, Пенсильвания, в 1972 году. С 1972 по 1978 год занимал несколько академических должностей.Затем он присоединился к научно-исследовательскому центру Westinghouse в Питтсбурге, штат Пенсильвания, где работал над моделированием магнитных материалов и электрических устройств. В 1989 году он начал работать в компании North American Transformer (ныне SPX Transformer Solutions), Милпитас, Калифорния, где он разработал компьютерные модели и инструменты для проектирования трансформаторов. В настоящее время он консультант.

    Бертран Пулен получил степень бакалавра инженерных наук в области электротехники в Политехнической школе Монреаля в 1978 году и степень магистра техники высокого напряжения в 1988 году в том же университете.Бертран начал свою карьеру в небольшой мастерской по ремонту двигателей, генераторов и трансформаторов в Монреале в 1978 году в качестве технического консультанта. В 1980 году он присоединился к трансформаторному подразделению ASEA в Вареннесе, Канада, в качестве инженера-испытателя, а затем инженера-конструктора и инженера-исследователя. В 1992 году он присоединился к North American Transformer, где занимался испытаниями и исследованиями и, наконец, руководил отделом исследований, разработок и испытаний. В 1999 году он вернулся в ABB в Вареннесе, где занимал должность технического менеджера предприятия в Варенне и старшего главного инженера подразделения силовых трансформаторов ABB по всему миру.Он является членом IEEE Power and Energy Society, активным членом комитета трансформаторов и зарегистрированным профессиональным инженером в Квебеке, Канада.

    Пьер Т. Фегали, PE, MS получил степень бакалавра электротехники в Государственном университете Кливленда в 1985 году и степень магистра инженерного менеджмента в 1996 году в Государственном университете Сан-Хосе. Он проработал в трансформаторной промышленности более 23 лет. Он начал свою карьеру в проектировании распределительных трансформаторов в компании Cooper Power Systems в Зейнсвилле, штат Огайо.В 1989 году он присоединился к North American Transformer в Милпитасе, Калифорния, где он был старшим инженером-конструктором. В период с 1997 по 2002 год он занимал на предприятии несколько должностей, в том числе: менеджера по производственному контролю, менеджера по качеству и тестированию и руководителя завода. Он стал вице-президентом по развитию бизнеса и инжинирингу в North American Substation Services, Inc. Он является профессиональным инженером в штате Калифорния и активным членом IEEE и PES.

    Дилипкумар М. Шах получил степень BSEE в Индии в 1964 году и степень MSEE в IIT (Чикаго, Иллинойс) в 1967 году.С 1967 по 1977 год он работал инженером-проектировщиком трансформаторов в компаниях Westinghouse Electric и Delta Star. Он присоединился к Waukesha Electric Systems в 1977 году в качестве старшего инженера-конструктора, а затем технического менеджера. С 2002 года он работал консультантом по трансформаторам для коммунальных предприятий в Аргентине, Бразилии и США, охватывая такие области, как анализ конструкции, диагностика отказов трансформаторов, а также для производителей трансформаторов в Аргентине, Бразилии, Индии и США над улучшением их конструкций и производственной практики. для трансформатора до 500кВ.В настоящее время он работает консультантом в корпорации «Аурига» специалистом по трансформаторам.

    Раджендра Ахуджа окончил Univ. Индора в Индии, где он получил степень бакалавра инженеров. С отличием. (Электротехника) в 1975 году. Работал в B.H.E.L. и GEC Alsthom India, и участвовал в проектировании и разработке трансформаторов сверхвысокого напряжения, а также в разработке обмоток с защитным экраном. Он также имеет опыт проектирования специальных трансформаторов для тяговых, печных, фазовращающих и выпрямительных устройств.Он присоединился к North American Transformer (ныне SPX Transformer Solutions) в 1994 году в качестве главного инженера-конструктора и стал руководителем отделов испытаний и разработок. Он стал вице-президентом по инжинирингу в SPX Transformer Solutions. Он является активным членом Общества энергетики и энергетики, Комитета трансформаторов IEEE и IEC. В настоящее время он консультант.

    Принципы проектирования трансформаторов

    , третье издание — третье издание

    Содержание

    1 ВВЕДЕНИЕ

    1.1 Историческая справка

    1.2 Использование в энергосистемах

    1.3 Трансформаторы в форме сердечника и оболочки

    1.4 Конструкция многослойного и намотанного сердечника

    1.5 Трансформатор охлаждения

    1.6 Типы обмоток

    1,7 Изоляционные конструкции

    1,8 Конструкционные элементы

    1.9 Современные тенденции


    2 МАГНИТИЗМ И СМЕЖНЫЕ ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ

    2.1 Введение

    2.2 Основной магнетизм

    2.3 Гистерезис

    2.4 Магнитные цепи

    2,5 Пусковой ток

    2.6 Форма волны тока короткого замыкания и пиковая амплитуда

    2.7 Оптимальное стекирование ядер

    3 ЦЕПНАЯ МОДЕЛЬ ДВУХМОБИЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ЖИЛОМ

    3.1 Введение

    3.2 Схема сердечника

    3.3 Модель схемы двухобмоточного трансформатора с сердечником

    3.4 Примерная модель схемы двухобмоточного трансформатора без сердечника

    3.5 Векторная диаграмма нагруженного трансформатора с сердечником

    3,6 на единицу системы

    3.7 Регулирование напряжения


    4 РАСЧЕТ РЕАКТИВНОСТИ И УТЕЧКИ

    4.1 Введение

    4.2 Общий метод определения индуктивностей и взаимных индуктивностей

    4.3 Формула реактивного сопротивления утечки через две обмотки

    4.4 Идеальные двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы

    4.5 Реактивное сопротивление утечки для трансформаторов с двумя обмотками в зависимости от параметров цепи

    4.6 Реактивное сопротивление утечки для трехобмоточных трансформаторов


    5 ФАЗОРОВ, ТРЕХФАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И СИММЕТРИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ

    5.1 Фазоры

    Трехфазные соединения по схеме «треугольник» и «треугольник» 5,2

    5.3 Зигзагообразное соединение

    5.4 Скотт связи

    5.5 Симметричные компоненты


    6 АНАЛИЗ ТОКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

    6.1 Введение

    6.2 Анализ тока короткого замыкания в трехфазных системах

    6.3 тока повреждения для трансформаторов с двумя выводами на фазу

    6.4 Токи повреждения для трансформаторов с тремя выводами на фазу

    6.5 Фактор асимметрии


    ТРАНСФОРМАТОРЫ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ 7 ФАЗ И ЗИГЗАГ

    7.1 Введение

    7.2 Основные принципы

    7.3 Трансформатор сдвига фазы со сдавленным треугольником

    7.4 Стандартный трансформатор с переключением фаз по схеме треугольник

    7.5 Двухжильный фазосдвигающий трансформатор

    7.6 Регулирующий эффект

    7.7 Анализ тока короткого замыкания

    Зигзагообразный трансформатор 7,8


    8 МНОГОКЛЮЧЕВОЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР МОДЕЛЬ

    8.1 Введение

    8,2 Теория

    8.3 Трансформаторы с подключением обмоток в фазе

    8.4 Многофазные трансформаторы

    8.5 Обобщение модели

    8.6 Регулировка и полное сопротивление клемм

    8.7 Модель многополюсного трансформатора для симметричной и несбалансированной нагрузки

    8.8 Анализ двух кернов


    9 МЕТОД РАБИНСА ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЛЕЙ УТЕЧКИ, ИНДУКТИВНОСТИ И СИЛ В ТРАНСФОРМАТОРАХ С ЖЕЛЕЗНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ, ВКЛЮЧАЯ МЕТОДЫ С ВОЗДУШНЫМ ЖЕЛЕЗОМ

    9.1 Введение

    9.2 Теория

    9.3 Формула Рабинса для реактивного сопротивления утечки

    9.4 Метод Рабинса, применяемый для вычисления «Я»

    Индуктивность и взаимная индукция между секциями катушки

    9.5 Определение B-поля

    9.6 Определение силы намотки

    9.7 Численные соображения

    9,8 Индуктивность воздушного сердечника


    10 МЕХАНИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ

    10.1 Введение

    10.2 Расчет силы

    10.3 Анализ напряжений

    10,4 Прочность на радиальный изгиб

    10.5 Распределение напряжений в секции обмотки композитной проволоки и бумаги

    10.6 Дополнительные механические аспекты


    11 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

    11.1 Простая геометрия

    11.2 Расчет электрического поля с использованием конформного картирования

    11.3 Расчет электрического поля методом конечных элементов


    12 РАСЧЕТ ЕМКОСТИ

    12.1 Введение

    12.2 Распределительная емкость по обмотке или диску

    12.3 Формула емкости диска Штейна

    12.4 Общая формула емкости диска

    Катушка 12,5, заземленная с одного конца, с заземленными цилиндрами с обеих сторон

    12.6 Статическое кольцо на одной стороне диска

    12.7 Терминальный диск без статического кольца

    12,8 Матрица емкостей

    12.9 Два концевых статических кольца

    12.10 Статическое кольцо между первыми двумя дисками

    12.11 Емкость обмоточного диска с намотанными экранами

    12.12 Емкость многозадачной обмотки


    13 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРОБОЙ НАПРЯЖЕНИЯ

    13.1 Введение

    13.2 Принципы пробоя напряжения

    13.3 Геометрическая зависимость пробоя трансформаторного масла

    13.4 Координация изоляции

    Модель обмотки 13,5 континуума, используемая для получения распределения импульсного напряжения


    14 АНАЛИЗ И ИСПЫТАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

    14.1 Введение

    14.2 Модель с сосредоточенными параметрами для распределения переходного напряжения

      14.3 Настройка импульсного тестового генератора на получение формы волны, близкой к идеальной


        15 БЕЗ НАГРУЗКИ И ПОТЕРИ НАГРУЗКИ

        15.1 Введение

        15.2 Без нагрузки или потери в сердечнике

        15.3 Потери нагрузки

        15.4 Потери в резервуаре и защитном кожухе из-за соседних сборных шин

        15,5 Потери в резервуаре, связанные с вводами


        16 ПОТЕРИ ИЗ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 3D

        16.1 Введение

        16.2 Потери утечки на стенках резервуара и зажимах

          16.3 Граничная коррекция нелинейного импеданса для паразитных потерь


            17 ТЕПЛОВОЕ ДИЗАЙН

            17.1 Введение

            17.2 Тепловая модель дискового змеевика с направленным потоком масла

            17.3 Тепловая модель для змеевиков без направленного потока масла

            17,4 Радиатор Тепловой Модель

            Бак охлаждения 17,5

            17.6 Смешивание масла в баке

            17,7 Зависимость от времени

            17,8 Накачиваемый поток

            17.9 Сравнение с результатами испытаний

            17.10 Определение показателей m и n

            17.11 Расчет потери жизни

            17.12 Расчет температуры кабеля и выводов

            17.13 Расчет температуры стенки резервуара

            17.14 Расчет температуры опорной плиты

            17.15 Расчет температуры стали сердечника


            18 ПЕРЕХОДНИКИ НАГРУЗКИ

            18.1 Введение

            18.2 Общее описание LTC

            18.3 Типы регулирования

            18.4 Принципы работы

            18.5 Схемы подключения

              18,6 Общее техническое обслуживание


                19 ОГРАНИЧЕННАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИЗАЦИЯ В ПРИМЕНЕНИИ К КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

                19.1 Введение

                19.2 Геометрическое программирование

                19.3 Нелинейная оптимизация с ограничениями

                19.4 Применение при проектировании трансформатора


                ССЫЛКИ

                ИНДЕКС

                Понижающий трансформатор

                — принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки

                Понижающий трансформатор

                снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах. Наша сегодняшняя электроника сильно зависит от этого. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, принцип его работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

                Что такое понижающий трансформатор

                Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное напряжение. В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показано изображение обмотки типичного понижающего трансформатора.

                Рис. 1: Изображение обмоток понижающего трансформатора

                Принцип работы понижающего трансформатора

                Трансформатор работает по принципу «закона Фарадея электромагнитной индукции».Взаимная индукция между обмотками отвечает за передачу сигнала в трансформаторе.

                Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи».

                ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это соотношение называется , коэффициент .

                Возможность снижения напряжения понижающих трансформаторов зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Поскольку количество обмоток во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством обмоток в первичной обмотке, количество магнитной связи со вторичной обмоткой трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

                Соответственно, наведенная ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. Из-за этого напряжение на вторичной обмотке снижается по сравнению с первичной обмоткой

                Уравнение понижающего трансформатора

                Формула, используемая для расчета понижающего трансформатора, равна

                , где

                • Ns = количество витков во вторичной обмотке
                • Np = количество витков первичной обмотки
                • Vs = напряжение вторичной обмотки
                • Vp = напряжение первичной обмотки

                Число витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше числа витков первичной обмотки трансформатора i.e Np > Ns для работы трансформатора в качестве «понижающего трансформатора».

                Поскольку количество витков во вторичной обмотке будет меньше, общая наведенная ЭДС будет и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше, чем входное напряжение первичной обмотки.

                Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, число витков первичной обмотки [Np] составляет 5000, а входное напряжение [Vp] составляет 240. Затем напряжение на вторичной обмотке [Vs] можно рассчитать по формуле:

                Купить перестроив уравнение, получим:

                Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной обмотке.Таким образом, трансформатор называется понижающим трансформатором.

                Типы понижающих трансформаторов

                Понижающие трансформаторы можно разделить на три категории на основе ответвлений во вторичной обмотке. Это:

                • Однофазный понижающий трансформатор
                • Понижающий понижающий трансформатор с центральным ответвлением
                • Многоканальный понижающий трансформатор

                Однофазный понижающий трансформатор

                Используется для понижения номинального тока и входного напряжения, дает низкий выходное напряжение и ток.

                Ex: 12 В перем. Тока.

                Рис. 2 — Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

                Понижающий понижающий трансформатор с центральным ответвлением

                Понижающие трансформаторы этого типа будут иметь одну первичную обмотку и центральное разделение вторичной обмотки. по которому он дает выходное напряжение с центральной пинтой.

                Пример: 12в-0-12в.

                Рис. 3 — Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

                Многоканальный понижающий трансформатор

                Этот тип понижающих трансформаторов имеет несколько ответвлений во вторичной обмотке.Множественные отводы используются для получения желаемого переменного выхода с вторичными обмотками.

                Пример: 0-12 В, 0-18 В.

                Рис. 4 — Символ и физический вид многозадачного понижающего трансформатора

                Применения понижающего трансформатора

                Различные применения понижающего трансформатора включают:

                • В основных адаптерах и зарядных устройствах для сотовых телефонов, стереосистемы и проигрыватели компакт-дисков
                • Для понижения уровня напряжения в линии передачи
                • В сварочных аппаратах путем снижения напряжения и увеличения тока.
                • В телевизорах, стабилизаторах напряжения, инверторах и т. Д.

                Преимущества понижающего трансформатора

                Преимущества понижающего трансформатора следующие:

                • Полезно для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу энергии
                • КПД более 99%
                • Обеспечивает различные требования к напряжению
                • Низкая стоимость
                • Высокая надежность
                • Высокая надежность

                Недостатки понижающего трансформатора

                Недостатки понижающего трансформатора следующие:

                • Требуется количество отказов при техническом обслуживании, которые могут повредить трансформатор
                • Неустойчивость в расходах на сырье
                • Устранение неисправности требует больше времени

                Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

                Рис.5 — Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

                На электростанциях электричество переменного тока генерируется при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для дома и бизнеса. Сгенерированное выходное напряжение электростанции передается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

                Выход повышающего трансформатора подается на линию передачи высокого напряжения, которая транспортирует мощность / электричество на большие расстояния.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления / конечной подстанции, с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, то есть 220-240 В.

                  Также читают:
                  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, характеристики и применение
                Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

                Принцип работы, конструкция и приложения

                Однофазный трансформатор — это электрическое устройство, которое принимает однофазное питание переменного тока и выдает однофазный переменный ток.Он используется при распределении электроэнергии в загородных районах, поскольку общий спрос и связанные с этим затраты ниже, чем у трехфазного распределительного трансформатора. Они используются в качестве понижающего трансформатора для понижения домашнего напряжения до подходящего значения без изменения частоты. По этой причине он обычно используется для питания электронных устройств в жилых домах. В этой статье обсуждается обзор однофазного трансформатора.

                Что такое однофазный трансформатор?

                Определение: Трансформатор — это устройство, преобразующее магнитную энергию в электрическую.Он состоит из двух электрических катушек, называемых первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Первичная обмотка трансформатора получает энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Магнитная железная цепь, называемая «сердечником», обычно используется для намотки этих катушек. Хотя эти две катушки электрически изолированы, они связаны магнитным полем.

                Когда электрический ток проходит через первичную обмотку трансформатора, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение на вторичной обмотке трансформатора.В зависимости от типа применения однофазный трансформатор используется для повышения или понижения напряжения на выходе. Этот трансформатор обычно представляет собой силовой трансформатор с высоким КПД и низкими потерями. Схема однофазного трансформатора приведена ниже.

                однофазный трансформатор

                Принцип однофазного трансформатора

                Однофазный трансформатор работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Обычно за работу трансформатора в электрическом трансформаторе отвечает взаимная индукция между первичной и вторичной обмотками.

                Работа однофазного трансформатора

                Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электроэнергию в одной цепи в другую цепь той же частоты. Он состоит из первичной и вторичной обмоток. Этот трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности.

                Когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, ток течет в катушке и нарастает магнитное поле. Это состояние известно как взаимная индуктивность, и течение тока соответствует закону электромагнитной индукции Фарадея.Когда ток увеличивается от нуля до максимального значения, магнитное поле усиливается и определяется выражением dɸ / dt.

                Этот электромагнит образует магнитные силовые линии и расширяется наружу от катушки, образуя путь магнитного потока. Витки обеих обмоток связаны этим магнитным потоком. Сила магнитного поля, создаваемого в сердечнике, зависит от количества витков в обмотке и силы тока. Магнитный поток и ток прямо пропорциональны друг другу.

                работа однофазного трансформатора

                Источник: Викимедиа

                Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, он проходит через вторичную обмотку, создавая на ней напряжение. Закон Фарадея используется для определения напряжения, индуцируемого на вторичной катушке, и определяется по формуле:

                N. dɸ / dt

                где,

                «N» — количество витков катушки

                Частота первичной и вторичной обмоток одинакова.

                Таким образом, мы можем сказать, что индуцированное напряжение одинаково в обеих обмотках, поскольку один и тот же магнитный поток связывает обе катушки вместе.Кроме того, полное индуцированное напряжение прямо пропорционально количеству витков в катушке.

                Предположим, что первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по одному витку. При отсутствии потерь ток течет через катушку, создавая магнитный поток и индуцируя напряжение в один вольт на вторичной обмотке.

                Из-за источника переменного тока магнитный поток изменяется синусоидально и определяется выражением,

                ɸ = ɸ макс Sin ωt

                Взаимосвязь между наведенной ЭДС, E в обмотках катушки из N витков, определяется выражением,

                E = N (d∅) / dt

                E = N * ω * ɸ макс cosωtφ

                Emax = Nωɸ макс

                Erms = Nω / √2 * ɸ макс. = 2π / √2 * f * N * ɸ макс.

                Erms = 4.44 fNɸ макс

                Где,

                ‘f’ — частота в герцах, определяемая как ω / 2π.

                «N» — количество витков катушки

                ‘’ — величина потока в Webers

                Приведенное выше уравнение является уравнением ЭДС трансформатора. Для ЭДС первичной обмотки трансформатора E N будет числом витков первичной обмотки (NP), а для ЭДС E вторичной обмотки трансформатора число витков N будет (NS).

                Конструкция однофазного трансформатора

                В простом однофазном трансформаторе каждая обмотка намотана цилиндрически на пластину из мягкого железа отдельно для обеспечения необходимой магнитной цепи, которую обычно называют «сердечником трансформатора».Он предлагает путь, по которому поток магнитного поля индуцирует напряжение между двумя обмотками.

                Как видно на рисунке выше, две обмотки расположены недостаточно близко, чтобы обеспечить эффективную магнитную связь. Таким образом, схождение и увеличение магнитной цепи рядом с катушками может улучшить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками. Для предотвращения потерь мощности от сердечника должны использоваться тонкие стальные листы.

                В зависимости от того, как обмотки намотаны на центральный многослойный стальной сердечник, конструкция трансформатора делится на два типа.

                Трансформатор с сердечником

                В конструкции этого типа только половина обмоток намотана цилиндрически вокруг каждой ветви трансформатора для усиления магнитной связи, как показано на рисунке ниже.Такая конструкция обеспечивает одновременное прохождение магнитных силовых линий через обе обмотки. Основным недостатком трансформатора с сердечником является поток утечки, который возникает из-за протекания небольшой части магнитных силовых линий за пределы сердечника.

                трансформатор сердечник

                Трансформатор кожух

                В этой конструкции трансформатора первичная и вторичная обмотки расположены цилиндрически на центральном плече, в результате чего площадь поперечного сечения в два раза больше, чем у внешних.В этом типе конструкции есть два замкнутых магнитных пути, а по внешнему краю течет магнитный поток / 2. Трансформатор типа оболочки преодолевает поток утечки, снижает потери в сердечнике и увеличивает КПД.

                однофазный трансформатор-оболочка

                Применения

                Области применения однофазного трансформатора указаны ниже.

                • Для понижения сигналов на большом расстоянии для поддержки электронных устройств как в жилых, так и в коммерческих помещениях
                • В телевизорах для регулирования напряжения
                • Для повышения мощности в бытовых инверторах
                • Для электроснабжения загородных территорий
                • Для электрической изоляции двух цепей, поскольку первичная и вторичная цепи расположены далеко друг от друга

                Часто задаваемые вопросы

                1).Что значит однофазный?

                Однофазная система или цепь, которая генерирует или использует одно переменное напряжение

                2). В домах используется однофазное питание?

                Как правило, дома питаются от однофазной сети

                3). На каких принципах работает однофазный трансформатор?

                Закон электромагнитной индукции и взаимной индукции Фарадея

                4).

    Оставьте комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *