Где применяют трансформаторы: Где и для чего применяется трансформатор напряжения, разбираем подробно

Содержание

Где и для чего применяется трансформатор напряжения, разбираем подробно

Электричество, впервые этот термин ввел Уильям Гилберт. В одном из своих трудов он описал опыты с наэлектризованным телом. С тех пор прошло много лет, в течении которых не прекращались исследования в этой отрасли. В них принимали участие лучшие ученые умы различных эпох. В итоге появились электрические станции, все населенные пункты опутывает сеть линий электропередач. И сложно представить себе, что еще относительно недавно человек обходился без электроэнергии.

Ведь сегодня она является необходимым условием для жизни и деятельности людей. Но чтобы все современное оборудование обеспечить электроэнергией необходимо осуществлять ее передачу на дальние расстояния. Сделать это можно, используя трансформатор напряжения. Этот прибор позволил уменьшить потери в проводах, а также адаптировать параметры сети под конкретного потребителя. Чтобы понять, как небольшое устройство сумело справиться со столь сложными задачами, рассмотрим его конструктивные особенности.

Назначение и сфера применения трансформаторов

Функция электрических сетей заключается как в выработке энергии, так и ее передаче на большие расстояния, а затем и распределении между потребителями. Вот для чего нужен специальный электромагнитный аппарат или трансформатор напряжения. Такие приборы находят широкое применение на электрических станциях. Они способны повышать или понижать напряжение.

Смотрим видео, немного о трансформаторах и их действии:

Применяется такое оборудование как в закрытых помещениях, так и уличных условиях. Благодаря использованию повышающих трансформаторов на таких объектах стало возможным передавать энергию на дальние расстояния с минимальными потерями в проводах. Это обеспечивается за счет уменьшения пощади сечения кабелей линий электропередачи.

Но так как поступающее со станции высокое напряжение не может использоваться потребителями, то на входе обычно устанавливаются понижающие трансформаторы. Они позволяют получить сравнительно небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Устройство прибора

Простейший из таких приборов состоит из двух основных частей:

  • Магнитопровода, выполненного из стали;
  • Двух обмоток из проводов с изоляцией.

Одна из них называется первичной, так как на нее подается ток. Обмотка, к которой подключаются потребители называется вторичной.

Принцип работы трансформатора напряжения заключается в следующем. Подключение его к сети приводит к поступлению тока на первичную обмотку. Переменный поток, образованный им, проходит по магнитопроводу. При этом в витках обмоток индуцируются переменные ЭДС. Величина этой силы зависит от скорости изменения магнитного потока и того, как быстро он изменяется. А так как эти параметры являются постоянными для каждого прибора, то можно сделать вывод, что одинаковыми будут и индуцируемые в каждой обмотке ЭДС.

Виды и их особенности

Различные виды трансформаторов

Кроме рассмотренных выше понижающих и повышавших приборов выпускаются и другие модели:

  • Тяговые;
  • Лабораторные, в которых возможно регулировать напряжение;
  • Для выпрямительных установок;
  • Источники питания для радиоаппаратуры.

Все они относятся к одной большой группе трансформаторов – силовым. Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов. Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке.

Имеют отличия и в конструктивном исполнении. В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением.

Смотрим видео классификация трансформаторов:

Влияет на классификацию и форма магнитопровода. Он может быть:

  1. Стержневой;
  2. Броневой;
  3. Тороидальный.

При этом различают два вида конструкции обмоток:

  • Концентрический;
  • Дисковый.

По классу точности устройства подразделяются на 4 категории:

Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки. В зависимости от него изделия бывают следующих типов:

  • Внутренние;
  • Наружные;
  • Для КРУ.

Критерии выбора оборудования

Классификация приборов напряжения

Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:

  • Напряжения обмоток, которые указываются на щитке;
  • Коэффициент трансформации;
  • Угловой погрешности.

Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками. Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения 110 кВ важны и его технические характеристики:

  1. Частота тока;
  2. Фазность;
  3. Способ установки;
  4. Место расположения;
  5. Нагрузка.

Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Соответствуют ли они ожидаемым цифрам?

Но даже выбрав модель в соответствии со всеми перечисленными требованиями стоит учитывать возможность ее подключения к цепи измерительных приборов для трансформаторов соответствующего типа.

Если предполагается использовать устройство в качестве защитного, то можно ограничиться изделием со средними показателями точности. В случае проведения измерений с минимальными погрешностями выбирают лабораторные трансформаторы напряжения 10 кВ.

Обслуживание и эксплуатация

Приобретая приборы для бытового обслуживания стоит воспользоваться услугами профессиональных консультантов. Они, имея необходимые знания и опыт помогут выбрать оптимальную модель.

Смотрим видео, диагностика и обслуживание:

Но чтобы оборудование работало эффективно необходимо еще и правильно его эксплуатировать. Установка и использование трансформаторов выполняются в соответствии с нормативными документами. В них же оговаривается и порядок обслуживания приборов. Согласно этим документам после монтажа устройства необходимо проверить схемы включения и все элементы во вторичных цепях.

Исходя из полученных результатов оценивают возможность включения трансформатора в работу.

Чтобы убедиться в исправности прибора следует измерить;

  • Сопротивление на обмотках;
  • Ток.

Уровень масла в трансформаторах должен поддерживаться в пределах шкалы в зависимости от температуры окружающей среды. Также периодически устройство проверяют на предмет отсутствия протекания масла и чистоту изоляции. Для этого используют специальный индикатор – силикагель. При насыщении влагой он приобретает розовый окрас, в то время как в нормальном состоянии он голубого цвета.

В процессе обслуживания прибора необходимо соблюдать меры безопасности. Они регламентируются нормативными документами. Осмотр трансформатора под напряжением допускается выполнять, находясь на безопасном расстоянии от токоведущих частей.

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов.

Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор.

Применение трансформаторов тока | Оборудование

Измерительные трансформаторы тока применяют в электроустановках переменного тока для питания токовых обмоток измерительных приборов и реле защиты, расширения пределов измерения приборов, изоляции их и реле от высокого первичного напряжения.
Применение трансформаторов тока обеспечивает безопасность персонала при работе с измерительными приборами и реле, так как Цепи высшего и низшего напряжения разделены. Первичную обмотку трансформатора тока включают в цепь измеряемого тока последовательно.

Она имеет один виток или несколько, выполненных проводом большого сечения.
При номинальном первичном токе /ном по вторичной обмотке протекает номинальный вторичный ток равный 5 А (реже 1 или 2,5 А), что позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов, а шкалы приборов градуировать в соответствии с измеряемым первичным током с учетом номинального коэффициента трансформации трансформатора тока

Вторичная обмотка трансформатора тока имеет большое число витков и выполняется проводом, рассчитанным на длительное протекание тока равного 5 А.
На рис.  показан трансформатор тока ТА, включенный первичной обмотки   в первичную цепь, по которой протекает ток во вторичной обмотке W2 подключены последовательно амперметр РА, реле тока КА и токовая обмотка счетчика активной энергии PI (обмотка напряжения PI подключается к трансформатору напряжения TV). Обмотки W1 и W2 располагаются на сердечнике из листовой или ленточной электротехнической стали и надежно изолируются друг от друга.
Вторичная обмотка заземляется для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Выводы первичной обмотки обозначают Л1 и JI2 (линейные), вторичной Я, и И2 (измерительные).

Схема включения трансформаторного тока и подключения к нему приборов.
Трансформатор тока работает в условиях, отличных от условий работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения. Сопротивление его вторичной цепи, состоящей из последовательно соединенных токовых обмоток приборов и реле, очень незначительно, вследствие чего трансформатор работает в условиях, близких к короткому замыканию. Первичный ток , проходя по виткам первичной обмотки, создает в сердечнике магнитный поток Ф, пропорциональный магнитодвижущей силе (МДС) который наводит в витках вторичной обмотки Wг электродвижущую силу ЭДС. Последняя создает в замкнутой вторичной цепи ток /2, который в свою очередь наводит магнитный поток Ф2, пропорциональный магнитодвижущей силе МДС. Результирующий магнитный поток Фо = Ф, — Ф2 обеспечивает передачу электромагнитной энергии из первичной цепи во вторичную.
Таким образом, в сердечнике существует рабочий магнитный поток Фо, благодаря которому создается вторичный ток.
При размыкании вторичной обмотки ее МДС снижается до нуля, тогда FS = Fs, т.е. результирующая МДС F0 резко возрастает, что приводит к увеличению магнитного потока Фо в сердечнике. Следствием этого является возрастание нагрева сердечника и увеличения ЭДС вторичной обмотки до нескольких киловольт. Последнее может привести к перегреву и пробою изоляции вторичной обмотки, появлению опасного напряжения на приборах и реле. Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо. При снятии приборов и реле, подключенных к трансформатору тока необходимо закоротить его вторичную обмотку или зашунтировать обмотку снимаемого прибора.        
Если бы материал сердечника имел высокую магнитную проницаемость и ничтожно малые потери, то коэффициент трансформации был бы постоянным и равным отношению числа витков обмоток. Однако в результате потерь в стали, нарушается точная пропорция между первичным и вторичным токами, появляются токовые и угловые погрешности. Токовая погрешность возникает при измерении тока вследствие того, что действительный коэффициент трансформации отличается от номинального  из-за потерь в стали. Угловая погрешность представляет собой угол между вектором первичного тока, и повернутым на 180° вектором вторичного тока 12 и обозначается 5.
В зависимости от величины погрешностей трансформаторы тока делятся на пять классов точности (табл.).
Приведенные в табл. погрешности соответствуют первичному току, составляющему 100-120% от номинального. При значительном отклонении первичного тока от номинального погрешности резко возрастают.
Номинальной нагрузкой трансформатор тока для данного класса точности называют такую нагрузку вторичной обмотки, при которой погрешность не превышает установленного для этого класса значения
Предельно допустимые погрешности трансформаторов тока


Класс точности

Наибольшая погрешность

токовая, %

угловая, мин

0,2

±0,2

±10

0,5 1

±0,5

±30

±1

±60

3

±3

не нормируется

10

±10

 

Таким образом, номинальная мощность вторичной обмотки и номинальное сопротивление связаны прямой зависимостью, и в расчетах можно использовать в качестве вторичной нагрузки как вторичную мощность так и вторичное сопротивление.
Трансформаторы тока применяют:
класса 0,2 — для точных лабораторных измерений;
класса 0,5 — для подключения счетчиков денежного расчета и точных защит;
класса 1 — для подключения амперметров, счетчиков технического учета, фазометров и других измерительных приборов и реле;
класса 3 и 10 — для подключения релейных защит.
Для питания обмоток приборов, требующих различных классов точности, изготовляют трансформаторы тока с двумя сердечниками, имеющими общую первичную обмотку и индивидуальные вторичные.

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

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.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

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


Сферы применения силовых трансформаторов

Силовым трансформатором является аппарат электрический, главная функция которого – это преобразование электричества из энергии одного значения напряжения в энергию, которая имеет другое назначение. Такие трансформаторы делятся на несколько групп:

  • исходя их количества фаз, они бывают трехфазные и однофазные;
  • они имеют разное количество обмоток и бывают трехобмоточные и двухобмоточные;
  • в зависимости от того, в каком месте их устанавливают, они бывают наружной установки и внутренней;
  • различные они и по назначению. Одни понижающие, а другие повышающие.

Стоит отметить, что это еще не все разграничения. Силовые трансформаторы отличаются в зависимости от способа охлаждения и исходя из группы обмотки.

Любой трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. При обмотке трансформатора подключается источник переменного тока, именно по этой обмотке и протекает переменный ток, он и создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. При замыкании в магнитопроводе этот поток индуктируется силу, которая называется электродвижущей. При чем, происходит это в другой обмотке. Это говорит о том, что все обмотки устройства связаны между собой связью, называемой магнитной.

Такие трансформаторы стали просто незаменимы во многих сферах. Таковой сферой, в первую очередь, являются промышленные предприятия, а также линии электропередачи железнодорожных путей. Словом, урбанистический пейзаж каждого города обязательно дополняется силовыми трансформаторами.

Такие трансформаторы создаются для того, чтобы передавать и распределять энергию электричества. Для этого строят подстанции, которые и распределяют энергию между домами, фабриками, заводами.

Существуют преобразовательные трансформаторы, которые применяются для того, чтобы обеспечивать нужную схему включения вентилей в устройствах преобразовательных. Кроме того, они согласовывать напряжение на входе и выходе этого устройства.

Для технологических целей также применяют такие силовые устройства. Так, их используют при сварке или в качестве питания электротермических установок.

Они необходимы также для того, чтобы включать электроизмерительные приборы и некоторые аппараты. Это нужно для того, чтобы расширить пределы измерения в электромагнитных цепях и обеспечить при этом электробезопасность.

Кроме того, и для телевизионной и радио аппаратуры тоже используют силовые трансформаторы в качестве питания. Благодаря этому устройству удается согласовать напряжение, разделить электрические цепи при необходимости.

Стоит отметить еще один важный вид трансформаторов – это сухие. Они созданы для того, чтобы работать в помещениях, которые имеют умеренный климат, при этом, температура может быть от плюс сорока градусов до минус сорока пяти градусов, а влажность воздуха 75 процентов даже при пятнадцати градусов. Устанавливать такие трансформаторы нужно не более тысячи метров над уровнем моря.

  • Трансформаторы ТСЗГЛ отличаются тем, что они без кожуха, у них есть выводы ВН и НН, для того, чтобы была возможность подключать гибкими шинами или кабелем.
  • ТСЗГЛ имеют вывод ВН внутри кожуха, а вот выводы НН либо выводятся на крышу трансформатора, либо находятся внутри кожуха для того, чтобы подсоединяться кабелем.
  • ТСЗГЛ и ТСЗГЛФ создаются с выводами вида НН, они обычно располагаются сбоку кожуха. При этом, у ТСЗГЛ выводы ВН с помощью кабеля подсоединены внутри кожуха. А вот у ТСЗГЛФ выводятся на фланец для того, чтобы их подсоединять шинами.

Для таких трансформаторов обычно используют специальные обмотки для изоляции, которые имеют кварцевый наполнитель и стеклоткань. Это говорит о том, что исключена возможность возникновения трещин, даже если трансформатор будет перегружен.

Для того, чтобы преобразовывать электроэнергию в сетях энергосистем, для того, чтобы блокировать железные дорогие, питание потребителей электроэнергии, для того, чтобы питать аппаратуры сигнализации существуют однофазные трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ.

Важно сказать также об энергосберегающих трансформаторах ТМГ 12. Это масляное устройство, которое создано для того, чтобы преобразовывать энергию в сетях различных систем энергии, как при наружной, так и при внутренней установке. При чем, используются они при температурах, которые колеблются от минус сорока пяти до сорока градусов. В связи с тем, что энергоресурсы постоянно дорожают, целесообразно экономить энергию. А это значит, что такой энегросберегающий трансформатор придется очень кстати. Еще один масляный трансформатор – ТМГ 21. Благодаря ему удается создать конструкцию, при которой удары токов и короткие замыкания сводятся к минимуму. Это плотная конструкция, которая имеет повышенную стойкость к радиальным усилиям.

Силовые трансформаторы

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

устройство и принципы работы, назначение и область применения прибора

Название «трансформатор» произошло от латинского слова «transforмare», что значит «превращать, преобразовывать». Именно в этом и заключается его суть — преобразование путем магнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но аналогичной частоты. Главное назначение трансформатора — использование в электросетях и источниках питания разнообразных приборов.

Устройство и принцип действия

Трансформатор — это прибор для преобразования переменного тока и напряжения, не имеющий подвижных частей.

Устройство трансформаторов состоит из одной или нескольких обособленных проволочных, иногда ленточных катушек (обмоток), которые охвачены единым магнитным потоком. Катушки, как правило, наматывают на сердечник (магнитопровод). Обычно он изготавливается из ферромагнитного материала.

На рисунке схематично представлен принцип работы трансформатора.

На рисунке видно, что первичная обмотка подсоединена к источнику переменного тока, а другая (вторичная) — к нагрузке. В витках первичной обмотки при этом проистекает переменный ток, его величина I1. А обе катушки охватывает магнитный поток Ф, производящий в них электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка находится без нагрузки, то такой режим работы преобразователя называется «холостой ход». Когда вторичная катушка под нагрузкой, в ней под действием электродвижущей силы возникает ток I2.

Выходное напряжение при этом зависит напрямую от того, сколько витков на катушках, а сила тока — от диаметра (сечения) провода. Другими словами, если обе катушки имеют равное количество витков, то напряжение на выходе будет равно напряжению на входе. А если на вторичную катушку намотать в 2 раза больше витков, то и напряжение на выходе станет в 2 раза выше входного.

Итоговый ток зависит также и от диаметра провода обмотки. Например, при большой нагрузке и маленьком диаметре провода может произойти перегрев обмотки, нарушение целостности изоляции и даже полный выход из строя трансформатора.

Во избежание таких ситуаций составлены таблицы для расчета преобразователя и выбора диаметра провода под заданное выходное напряжение.

Классификация по видам

Трансформаторы принято классифицировать по нескольким признакам: по назначению, по способу установки, по типу изоляции, по используемому напряжению и т. д. Рассмотрим самые распространенные виды приборов.

Силовые преобразователи

Такой вид приборов применяется для подачи и приема электрической энергии на ЛЭП и с ЛЭП с напряжением до 1150 квт. Отсюда и название — силовой. Эти приборы функционируют на низких частотах — порядка 50−60 Гц. Их конструктивными особенностями является то, что они могут содержать несколько обмоток, которые располагаются на броневом сердечнике, изготовленном из электротехнической стали. Причем катушки низкого напряжения могут быть запитаны параллельно.

Такой прибор носит название трансформатор с расщепленными обмотками. Обычно силовые трансформаторы помещают в емкость с трансформаторным маслом, а самые мощные агрегаты охлаждают активной системой. Для установки на подстанциях и электростанциях используют трехфазные приборы мощностью до 4 тыс. кВА. Они получили наибольшее распространение, так как потери в них уменьшены на 15% по сравнению с однофазными.

Автотрансформаторы (ЛАТР)

Это особая разновидность низкочастотного прибора. В нем вторичная обмотка одновременно является частью первичной и наоборот. То есть катушки связываются не только магнитно, но и электрически. Разное напряжение получается и с одной обмотки, если сделано несколько выводов. За счет использования меньшего количества проводов достигается удешевление прибора. Однако при этом отсутствует гальваническая развязка обмоток, а это уже существенный недочет.

Автотрансформаторы нашли применение в высоковольтных сетях и в установках автоматического управления, для запуска двигателей переменного тока. Целесообразно их использование при невысоких коэффициентах трансформации. ЛАТР применяют для регулировки напряжения в лабораторных условиях.

Трансформаторы тока

В таких приборах первичная обмотка подсоединяется непосредственно к источнику тока, а вторичная — к приборам с небольшим внутренним сопротивлением. Это могут быть защитные или измерительные устройства. Самым распространенным видом трансформатора тока считается измерительный.

Он состоит из сердечника, выполненного из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, с намотанной на него одной или несколькими обособленными вторичными обмотками. В то время как первичная может представлять собой просто шину или же провод с измеряемым током, пропущенным при этом сквозь окошко магнитопровода. По такому принципу функционируют, к примеру, токоизмерительные клещи. Главной характеристикой трансформаторного тока является коэффициент трансформации.

Такие преобразователи безопасны и поэтому нашли применение при измерении тока и в схемах релейной защиты.

Импульсные преобразователи

В современном мире импульсные системы практически полностью заменили тяжелые низкочастотные трансформаторы. Обычно импульсный прибор выполняется на ферритовом сердечнике разнообразных форм и размеров:

  • кольцо;
  • стержень;
  • чашечка;
  • в виде буквы Ш;
  • П-образный.

Превосходство таких приборов сомнениям не подлежит — они способны функционировать на частотах до 500 и более кГц.

Так как это прибор высокочастотный, то его размеры существенно снижаются с ростом частоты. На обмотку расходуется меньшее количество провода, а для получения высокочастотного тока в первой цепи достаточно лишь подключения полевого или биполярного транзистора.

Существуют еще много разновидностей трансформаторов: разделительные, согласующие, пик-трансформаторы, сдвоенный дроссель и т. д. Все они широко применяются в современной промышленности.

Область применения приборов

Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:

  1. Для передачи и раздачи электроэнергии.
  2. Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
  3. В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
  4. Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
  5. При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

В начало

Схема трансформатора

  1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
  2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
  3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
  4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
  5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
  6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
  7. Изоляция проводников стекло-шелк.
  8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
  9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
  10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
  11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
  12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.


В начало

Принцип действия трехфазного трансформатора | Русэлт

Трансформаторы – статические электромагнитные аппараты, с помощью которых возможно преобразовать переменный ток из одного класса напряжения в другой, при этом с неизменной частотой.

В энергосистемах трансформатор, который преобразовывает электроэнергию трехфазного напряжения, называют трехфазным силовым. Для передачи электроэнергии от генераторов электростанций к линиям электропередач (ЛЭП) применяют повышающие трансформаторы (они увеличивают класс напряжения), от ЛЭП к распределительным подстанциям и далее к потребителям – понижающие (они уменьшают класс напряжения).

Конструктивная особенность

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

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


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

Принцип работы

Электромагнитная индукция является базовым явлением в работе трансформатора.

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

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

Где и как используются силовые трансформаторы?

Электроэнергия, которую мы получаем в наших домах, в основном вырабатывается в электрической сети, которая передает электроэнергию на обширные территории по линиям электропередач. Однако провода, используемые в линиях электропередач, не являются хорошими электрическими проводниками; и эти недостатки препятствуют прохождению электрического тока. Это приводит к потере электроэнергии по более длинным линиям электропередачи. Чтобы решить эту проблему, используются повышающие трансформаторы, которые повышают вырабатываемое напряжение до более высокого значения, что позволяет мощности эффективно перемещаться на большие расстояния без потери мощности.Таким образом, повышающие трансформаторы помогают подавать электроэнергию на линии электропередачи; но это высокое напряжение электричества не может быть использовано конечными пользователями. Такая высокая мощность может не только повредить приборы, но и стать причиной опасности и смерти. Вот почему необходимо снова снизить напряжение перед отправкой конечным потребителям. Поэтому понижающие трансформаторы используются на подстанциях, а также на опорах электроснабжения возле зданий, так что напряжение снижается, а ток увеличивается к тому времени, когда мощность достигает конечных потребителей.Таким образом, повышающие и понижающие трансформаторы играют важную роль в обеспечении приемлемого количества энергии в домах и офисах для повседневного использования. Эти повышающие и понижающие трансформаторы являются основной классификацией силовых трансформаторов. Однако, в зависимости от конструкции и назначения, силовые трансформаторы в Индии подразделяются на многие другие группы, а именно:

Трансформаторы повышающие и понижающие

Как следует из названий, повышающие и понижающие трансформаторы увеличивают и понижают уровень напряжения вырабатываемой мощности, соответственно, для распределения мощности по всей распределительной сети.Самый большой пример использования повышающих и понижающих трансформаторов — это система электросетей прямо от электросети до опор электросети.

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Опять же, как следует из названия, однофазные трансформаторы принимают однофазный переменный ток для передачи энергии от одной цепи к другой посредством электромагнитной индукции. И наоборот, трехфазные трансформаторы имеют три первичные обмотки, соединенные вместе, и три вторичные обмотки, соединенные вместе, чтобы обеспечить экономичные решения для питания больших нагрузок и больших распределительных сетей.Эти трансформаторы используются для подачи питания на различные устройства жилого и коммерческого оборудования, такие как телевизоры, домашние инверторы, освещение, отопительное оборудование и низковольтные электронные устройства.

Трансформаторы тороидальные

Это трансформаторы в форме пончика, которые меньше по размеру, экономят место и имеют пониженное внешнее магнитное поле. Благодаря кольцевому сердечнику и медным обмоткам, обернутым вокруг кольца, на магнитном пути нет остаточного зазора, что делает эти трансформаторы высокоэффективными, генерируя очень низкие потери без нагрузки и демонстрируя более высокий пусковой ток.Тороидальные трансформаторы используются в токовых выключателях, разъединителях, конденсаторах и других связанных силовых устройствах.

Разделительные трансформаторы

Изолирующие трансформаторы — это трансформаторы, которые соединяют две цепи магнитно, обеспечивая при этом нулевой металлический токопроводящий путь между ними. Это помогает предотвратить попадание электромагнитных помех и утечку из системы питания переменного тока в приборы. Лучше всего эти трансформаторы используются в медицинском оборудовании.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы — это те, у которых одна обмотка отводится в точке вдоль обмотки, при этом напряжение прикладывается в одной части, а более высокое / меньшее напряжение создается в другой части.Эти трансформаторы используются там, где соотношение между высоким и низким напряжением меньше 2. Автотрансформаторы меньше, легче, дешевле и эффективнее. Они используются в асинхронных двигателях, электрооборудовании в испытательных лабораториях и в качестве ускорителей в фидерах переменного тока.

Вы можете получить все эти силовые трансформаторы в Индии. и более в Miracle Electronics, где трансформаторы спроектированы так, чтобы обеспечивать высочайший уровень безопасности оператора за счет регулирования и повышения / понижения напряжения по мере необходимости.Силовые трансформаторы Miracle Electronics соответствуют требованиям RoHS, REACH и доступны по запросу со знаками CE и UL.

Насколько важны силовые трансформаторы для электрического оборудования? Какие существуют различные аксессуары для электропроводки?

Для чего нужен трансформатор?

Трансформаторы можно найти везде, где используется электрическая энергия переменного тока.Трансформатор — это электрическое устройство, которое меняет напряжение на ток в цепи, не влияя при этом на общую электрическую мощность. Это означает, что он принимает электричество высокого напряжения с небольшим током и преобразует его в электричество низкого напряжения с большим током, или наоборот. Одна вещь, которую следует знать о трансформаторах, заключается в том, что они работают только с переменным током (AC), который вы получаете от розеток, а не с постоянным током (DC).

Трансформаторы

могут использоваться либо для увеличения напряжения, также известного как повышение напряжения, либо они могут уменьшать напряжение, также известное как понижение напряжения.В трансформаторах используются две катушки с проводами, каждая с сотнями или тысячами витков, намотанных на металлический сердечник. Одна катушка предназначена для входящего электричества, а другая — для исходящего электричества. Переменный ток во входящей катушке создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое затем генерирует переменный ток в исходящей катушке.

Энергия теряется в процессе передачи электричества на большие расстояния, например, во время поездки от электростанции к вашему дому. При очень высоком напряжении теряется меньше энергии.Обычно электрические компании используют высокое напряжение в проводах для передачи на большие расстояния. Однако это высокое напряжение слишком опасно для домашнего использования. В случае с электрическими сетями в домах они используют трансформаторы для изменения напряжения электричества, когда оно движется от электростанции к вашему дому.

Сначала с помощью трансформатора напряжение электричества, поступающего от электростанции, «повышается» до нужного уровня для передачи на большие расстояния. Поскольку ток высокого напряжения может вызвать дугу, повышающие трансформаторы, называемые катушками зажигания, используются для питания свечей зажигания.Динамо на электростанциях генерирует большие токи, но не большое напряжение. Это электричество повышается до высокого напряжения для передачи по проводам, поскольку электричество более эффективно распространяется при высоком напряжении.

Позже напряжение понижается, прежде чем оно попадет в ваш дом — снова с помощью трансформаторов. «Понижающий» трансформатор преобразует 440-вольтовое электричество в линиях электропередачи на 120-вольтовое электричество, которое вы используете в своем доме. Затем ток либо используется на этом уровне для таких устройств, как лампочки, либо преобразуется в постоянный ток с помощью адаптера переменного / постоянного тока для таких устройств, как портативные компьютеры.

С момента появления первых трансформаторов постоянного напряжения в 1885 году трансформаторы стали незаменимыми для передачи, распределения и использования электрической энергии переменного тока во всех сферах применения энергии. В Power Temp Systems мы специализируемся на производстве инновационного оборудования, которое эффективно и безопасно распределяет и использует энергию для любого проекта.

Основы электрических трансформаторов

Что такое электрические трансформаторы?

Электрические трансформаторы — это машины, передающие электричество из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения, но без изменения частоты.Сегодня они рассчитаны на использование источника переменного тока, а это означает, что колебания напряжения питания зависят от колебаний тока. Таким образом, увеличение тока приведет к увеличению напряжения и наоборот.

Трансформаторы

помогают повысить безопасность и эффективность энергосистем, повышая и понижая уровни напряжения по мере необходимости. Они используются в широком спектре жилых и промышленных применений, в первую очередь и, возможно, наиболее важно для распределения и регулирования мощности на большие расстояния.

Строительство электрического трансформатора

Три важных компонента электрического трансформатора — это магнитный сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка — это часть, которая подключена к источнику электричества, откуда первоначально создается магнитный поток. Эти катушки изолированы друг от друга, и основной поток индуцируется в первичной обмотке, откуда он передается на магнитный сердечник и соединяется со вторичной обмоткой трансформатора через путь с низким сопротивлением.

Сердечник передает поток на вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая замыкает поток, а внутри сердечника размещается путь с низким сопротивлением, чтобы максимизировать потокосцепление. Вторичная обмотка помогает завершить движение потока, который начинается на первичной стороне, и с помощью сердечника достигает вторичной обмотки. Вторичная обмотка способна набирать импульс, потому что обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, и, следовательно, их магнитные поля помогают создавать движение. Во всех типах трансформаторов магнитный сердечник собирается из многослойных стальных листов, оставляя минимально необходимый воздушный зазор между ними для обеспечения непрерывности магнитного пути.

Как работают трансформаторы?

В электрическом трансформаторе для работы используется закон электромагнитной индукции Фарадея: «Скорость изменения магнитной индукции во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

Физическая основа трансформатора заключается во взаимной индукции между двумя цепями, которые связаны общим магнитным потоком. Обычно он имеет 2 обмотки: первичную и вторичную. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник, который является ламинированным, и взаимная индукция, возникающая между этими цепями, помогает передавать электричество из одной точки в другую.

В зависимости от величины магнитного потока между первичной и вторичной обмотками будут разные скорости изменения магнитного потока. Чтобы обеспечить максимальную потокосцепление, то есть максимальный поток, проходящий через вторичную обмотку и связанный с ней от первичной обмотки, для обеих обмоток размещен путь с низким сопротивлением. Это приводит к повышению эффективности работы и образует сердечник трансформатора.

Приложение переменного напряжения к обмоткам первичной обмотки создает переменный поток в сердечнике.Это связывает обе обмотки, чтобы навести ЭДС как на первичной, так и на вторичной стороне. ЭДС во вторичной обмотке вызывает ток, известный как ток нагрузки, если к вторичной части подключена нагрузка.

Таким образом электрические трансформаторы передают мощность переменного тока из одной цепи (первичной) в другую (вторичную) посредством преобразования электрической энергии из одного значения в другое, изменяя уровень напряжения, но не частоту.

Видео предоставлено: Инженерное мышление

Как работает трансформатор — Принцип работы электротехники

Электрический трансформатор — КПД и потери

В электрическом трансформаторе не используются движущиеся части для передачи энергии, что означает отсутствие трения и, следовательно, потерь на ветер.Однако электрические трансформаторы страдают от незначительных потерь меди и железа. Потери меди возникают из-за потерь тепла при циркуляции токов по медным обмоткам, что приводит к потере электроэнергии. Это самые большие потери в работе электрического трансформатора. Потери в железе вызваны запаздыванием магнитных молекул, находящихся внутри сердечника. Это отставание происходит в ответ на изменение магнитного потока, которое приводит к трению, и это трение производит тепло, которое приводит к потере мощности в сердечнике.Эти потери можно значительно уменьшить, если сердечник изготовлен из специальных стальных сплавов.

Интенсивность потерь мощности определяет КПД электрического трансформатора и выражается в потерях мощности между первичной и вторичной обмотками. Результирующий КПД затем рассчитывается как отношение выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой. В идеале КПД электрического трансформатора составляет от 94% до 96%

Типы трансформаторов

Электрические трансформаторы можно разделить на различные категории в зависимости от их конечного использования, конструкции, поставки и назначения.

На основе проектирования
  • Трансформатор с сердечником Этот трансформатор имеет две горизонтальные секции с двумя вертикальными ветвями и прямоугольный сердечник с магнитной цепью. Цилиндрические катушки (ВН и НН) размещены на центральном плече трансформатора сердечника.
  • Корпус типа Трансформатор Трансформатор кожухового типа имеет двойную магнитную цепь и центральную ветвь с двумя внешними ветвями.

На базе поставки
  • Однофазный Трансформатор Однофазный трансформатор имеет только один набор обмоток.Отдельные однофазные блоки могут дать те же результаты, что и трехфазные переключатели, когда они соединены внешне.
  • Трехфазный Трансформатор Трехфазный (или трехфазный) трансформатор имеет три набора первичных и вторичных обмоток, образующих группу из трех однофазных трансформаторов. Трехфазный трансформатор в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленности.

По целевому назначению
  • Повышающий трансформатор
    Этот тип определяется количеством витков провода.Таким образом, если вторичный набор имеет большее количество витков, чем первичный, это означает, что напряжение будет соответствовать тому, которое образует базу повышающего трансформатора.
  • Понижающий трансформатор
    Этот тип обычно используется для понижения уровня напряжения в сети передачи и распределения электроэнергии, поэтому его механизм полностью противоположен повышающему трансформатору.

На основании использования
  • Силовой трансформатор
    Обычно используется для передачи электроэнергии и имеет высокий рейтинг.
  • Распределение трансформатор Этот электрический трансформатор имеет сравнительно более низкую мощность и используется для распределения электроэнергии.
  • Instrument трансформатор Этот электрический трансформатор подразделяется на трансформаторы тока и напряжения.
    • Трансформатор тока
    • Трансформатор потенциала

Эти трансформаторы используются для реле и защиты приборов одновременно.

На основе охлаждения
  • Самоохлаждающиеся масляные трансформаторы Этот тип обычно используется в небольших трансформаторах мощностью до 3 МВА и предназначен для самоохлаждения за счет окружающего воздушного потока.
  • Масляные трансформаторы с водяным охлаждением В электрическом трансформаторе этого типа используется теплообменник для облегчения передачи тепла от масла к охлаждающей воде.
  • С воздушным охлаждением (воздушное охлаждение) Трансформаторы В трансформаторах этого типа выделяемое тепло охлаждается с помощью воздуходувок и вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию воздуха по обмоткам и сердечнику.

Основные характеристики трансформатора

Все трансформаторы имеют общие черты, независимо от их типа:

  • Частота входной и выходной мощности одинаковая
  • Все трансформаторы используют законы электромагнитной индукции
  • Первичная и вторичная катушки не имеют электрического соединения (за исключением автотрансформаторов). Передача энергии осуществляется посредством магнитного потока.
  • Для передачи энергии не требуются движущиеся части, поэтому отсутствуют потери на трение или ветер, как в других электрических устройствах.
  • Потери, которые возникают в трансформаторах, меньше, чем в других электрических устройствах, и включают:
    • Потери в меди (потеря электроэнергии из-за тепла, создаваемого циркуляцией токов вокруг медных обмоток, считается самой большой потерей в трансформаторах)
    • Потери в сердечнике (потери на вихревые токи и гистерезис, вызванные запаздыванием магнитных молекул в ответ на переменный магнитный поток внутри сердечника)

Большинство трансформаторов очень эффективны, вырабатывая от 94% до 96% энергии при полной нагрузке.Трансформаторы очень большой мощности могут выдавать до 98%, особенно если они работают с постоянным напряжением и частотой.

Применение электрического трансформатора

Основные области применения электрического трансформатора:

  • Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока.
  • Увеличение или уменьшение значения индуктивности или конденсатора в цепи переменного тока.
  • Предотвращение прохождения постоянного тока из одной цепи в другую.
  • Изоляция двух электрических цепей.
  • Повышение уровня напряжения на объекте выработки электроэнергии перед передачей и распределением электроэнергии.

Общие применения электрического трансформатора включают насосные станции, железные дороги, промышленность, коммерческие предприятия, ветряные мельницы и энергоблоки.

Советы по поиску и устранению неисправностей электрического трансформатора

Использование мультиметра — лучший способ проверить и устранить неисправности в электрической цепи.

  1. Начните с проверки напряжения цепи, которую необходимо проверить.Этот шаг поможет вам определить тип лампочки, необходимой для сборки тестера цепей.
  2. Вырежьте 2 полосы из провода AWG 16 калибра , убедившись, что каждая из них имеет длину не менее 12 дюймов.
  3. Используйте инструмент для зачистки, чтобы удалить четверть внешнего пластика с обоих концов проводов и 1 дюйм внешнего пластика с двух других концов. Как только это будет сделано, скрутите оголенную проволоку, чтобы пряди соединялись.
  4. Присоедините два конца, с которых вы сняли 1/4 дюймов пластика, к клеммам патрона лампы.
  5. Вставьте лампочку в патрон и прикрепите два оставшихся конца провода к клеммам, которые вы хотите проверить.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет. Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. В нем хранится обширный перечень электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводных кабелей, предохранительных выключателей и т.Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной электротехнической продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она занимает уникальное положение, предлагая конкурентоспособную структуру ценообразования. Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

трансформаторов | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как работает трансформатор.
  • Рассчитайте напряжение, ток и / или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что подразумевает их название — они преобразуют напряжения из одного значения в другое (вместо ЭДС используется термин «напряжение», потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие приборы имеют встроенный трансформатор (как на рисунке 1), который преобразует 120 В или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством.Трансформаторы также используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, например, как показано на рисунке 2. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более знакомым с ростом количества электронных устройств, которые работают от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока.Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, иногда даже 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемый в этом тексте (см. Рисунок 3), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Обе катушки называются первичной обмоткой и вторичной обмоткой . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля.Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение В, , , , почти полностью зависит от входного напряжения В, , p и соотношения количества витков в первичной и вторичной катушках.Согласно закону индукции Фарадея для вторичной обмотки ее индуцированное выходное напряжение В с равно

[латекс] {V} _ {\ text {s}} = — {N} _ {\ text {s}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex],

, где N s — количество витков во вторичной катушке, а Δ Φ / Δ t — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС ( В с = ЭДС с ), при условии, что сопротивление катушки невелико (разумное предположение для трансформаторов).Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому Δ Φ / Δ t одинаковы с обеих сторон. Входное первичное напряжение В p также связано с изменением магнитного потока на

[латекс] {V} _ {p} = — {N} _ {\ text {p}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Причина этого немного более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению магнитного потока, вызванному входным напряжением В p , отсюда знак минус (это пример самоиндукции , тема, которая будет исследована в некоторых подробнее в следующих разделах).Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, правило петли Кирхгофа говорит нам, что наведенная ЭДС точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества контуров в их катушках.Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор — это тот, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной.На практике это почти верно — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

P p = I p V p = I s V s = P s .

Перестановка терминов дает

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} {{ I} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].

В сочетании с [латексом] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}} } {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex], мы находим, что

[латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{ N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex]

— это соотношение между выходным и входным токами трансформатора.Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 петель и потребляет ток 10,00 А. а) Какое количество петель во вторичной обмотке? (b) Найдите текущий выходной сигнал вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (а)

Решаем [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s , номер петель во вторичной обмотке и введите известные значения.{4} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

Для создания такого большого напряжения требуется большое количество контуров во вторичной обмотке (по сравнению с первичной). Это справедливо для трансформаторов с неоновой вывеской и трансформаторов, подающих высокое напряжение внутри телевизоров и электронно-лучевых трубок.

Стратегия и решение для (b)

Аналогичным образом мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N } _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для [латекса] {I} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для I с и ввод известных значений.{4}} = 12,0 \ text {mA} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, текущий выход значительно меньше входного. В некоторых зрелищных демонстрациях используются очень большие напряжения для получения длинных дуг, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь составляет P p = I p V p = (10,00 A) (120 В) = 1.20 кВт. Это равно выходной мощности P p = I s V s = (12,0 мА) (100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если нет изменений в первичном напряжении, значит, во вторичной обмотке нет напряжения. Одна из возможностей — подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель.Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка вырабатывает напряжение, подобное показанному на рисунке 4. На самом деле это не практичная альтернатива, и переменный ток обычно используется везде, где необходимо увеличивать или уменьшать напряжения.

Рис. 4. Трансформаторы не работают для входа чистого постоянного напряжения, но если он включается и выключается, как показано на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как показано на нижнем графике. Это не тот синусоидальный переменный ток, который нужен большинству устройств переменного тока.

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного подключения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12.5 В постоянного тока) должен иметь выход 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с первичной обмоткой на 200 контуров и входным напряжением 120 В. (а) Сколько витков должно быть во вторичной катушке? (б) Если ток зарядки составляет 16,0 А, каков ток на входе?

Стратегия и решение для (а)

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество петель. Решение [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s и ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {N} _ {\ text {s}} & = & {N} _ {\ text {p}} \ frac {{V} _ {\ text {s} }} {{V} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (\ text {200} \ right) \ frac {15.0 \ text {V}} {120 \ text {V}} = 25 \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия и решение для (b)

Текущие входные данные могут быть получены путем решения [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ текст {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для I p и ввод известных значений. Это дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {I} _ {\ text {p}} & = & {I} _ {\ text {s}} \ frac {{N} _ {\ text {s} }} {{N} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (16.0 \ text {A} \ right) \ frac {25} {200} = 2.00 \ text {A} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Количество петель во вторичной обмотке невелико, как и ожидалось для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток дает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для управления большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых контуров во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Заметим еще раз, что это решение основано на предположении о 100% эффективности — или выходная мощность равна мощности ( P p = P s ), что является разумным для хороших трансформаторов.В этом случае первичная и вторичная мощность составляют 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки согласованности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный ток. Это делается с помощью так называемого выпрямителя, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают только односторонний ток.

Трансформаторы

находят множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику, лежащую в основе этого явления, исследуя магниты и узнайте, как их можно использовать, чтобы зажечь лампочку.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Краткое содержание раздела

  • Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
  • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

    [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex],

    , где V p и V s — напряжения на первичной и вторичной катушках, имеющих N p и N s витков.

  • Токи I p и I s в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением [латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ текст {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, что вызывает физические вибрации трансформаторов при частоте, в два раза превышающей используемую мощность переменного тока.

Задачи и упражнения

1. Подключаемый трансформатор, показанный на рисунке 4, подает 9,00 В в систему видеоигр. (a) Сколько витков во вторичной обмотке, если ее входное напряжение составляет 120 В, а первичная обмотка имеет 400 витков? (б) Какой у него входной ток, когда его выход 1,30 А?

2. Американская путешественница в Новой Зеландии несет трансформатор для преобразования стандартных 240 В в Новой Зеландии в 120 В, чтобы она могла использовать в поездке небольшие электроприборы.а) Каково соотношение витков первичной и вторичной обмоток ее трансформатора? (б) Какое отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландец, путешествующий по Соединенным Штатам, мог использовать этот же трансформатор для питания своих устройств на 240 В от 120 В?

3. В кассетном магнитофоне используется подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. (а) Каков текущий ввод? б) Какая потребляемая мощность? (c) Является ли такое количество мощности приемлемым для небольшого прибора?

4.(а) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей фонарика, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная — 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток требуется для получения выходного сигнала 4,00 А? (c) Какая потребляемая мощность?

5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим 100% эффективность. (b) Если фактический КПД меньше 100%, потребуется ли входной ток больше или меньше? Объяснять.

6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную катушку с несколькими точками, в которых может быть снято напряжение, давая на выходе 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В на первичную катушку с 280 витками. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходного напряжения? (b) Если максимальный входной ток составляет 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ.Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение до 335 кВ. Вторичная обмотка этого трансформатора заменяется, так что его выходная мощность может составлять 750 кВ для более эффективной передачи по стране на модернизированных линиях электропередачи. (а) Каково соотношение оборотов в новой вторичной системе по сравнению со старой? (b) Каково отношение нового текущего выхода к старому выходу (при 335 кВ) при той же мощности? (c) Если модернизированные линии передачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новых линиях к старым?

8.Если выходная мощность в предыдущей задаче составляет 1000 МВт, а сопротивление линии составляет 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?

9. Необоснованные результаты Электроэнергия на 335 кВ переменного тока от линии электропередачи подается в первичную обмотку трансформатора. Отношение количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной обмотки составляет N с / N p = 1000. (a) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

10. Создайте свою проблему Рассмотрите двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух этапов. Первый — это трансформатор, который выдает намного большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение последней ступени на основе входного напряжения первой ступени и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки).Также рассчитайте максимальный выходной ток последней ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

Глоссарий

трансформатор:
устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора:
уравнение, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках; [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]
повышающий трансформатор:
трансформатор, повышающий напряжение
понижающий трансформатор:
трансформатор, понижающий напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 30.0 (б) 9.75 × 10 −2 A

3. (a) 20,0 мА (b) 2,40 Вт (c) Да, такая мощность вполне разумна для небольшого прибора.

5. (a) 0,063 A (b) Требуется больший входной ток.

7. (а) 2,2 (б) 0,45 (в) 0,20, или 20,0%

9. (a) 335 МВ (b) слишком высокое, намного выше напряжения пробоя воздуха на разумных расстояниях (c) входное напряжение слишком высокое

типов трансформаторов, используемых в электронике — ТОМСОН ЭЛЕКТРОНИКС

Обычно трансформатор — это электрическое устройство или машина, которая индуктивно передает электрическую мощность, работающую при определенном токе и напряжении одной цепи, в другую цепь, работающую с другим уровнем тока и напряжения.Большинство трансформаторов изготавливаются таким образом, чтобы их характеристики соответствовали требованиям специального применения, таким как постоянный ток, постоянное напряжение, более высокое сопротивление и т. Д.

Наиболее распространенные типы трансформаторов, встречающиеся в системах электропередачи, промышленности и электронном оборудовании, включают силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы, трансформаторы с переключением ответвлений, автотрансформаторы, ВЧ-трансформаторы, звуковые трансформаторы и т. Д. Все они различаются по размеру, номинальным характеристикам и форме. друг друга, но основной принцип работы у всех одинаковый.В этой статье обсуждаются различные типы трансформаторов, поэтому давайте взглянем на них.

Силовой трансформатор

Некоторые силовые трансформаторы используются на генерирующих станциях, подстанциях и линиях электропередачи для понижения или повышения напряжения. При использовании повышающего силового трансформатора уровень напряжения в линии передачи увеличивается, благодаря чему по линии протекает слабый ток. Следовательно, потери I2R в линиях передачи уменьшаются.Понижающие силовые трансформаторы используются для питания нагрузок в промышленности при номинальном напряжении.

Некоторые силовые трансформаторы также подают питание на электронные схемы. Силовой трансформатор может быть одно- или трехфазным, в зависимости от области применения. Что касается уникальных характеристик трансформатора с переключением ответвлений, автотрансформатор и распределительные трансформаторы обычно относятся к семейству силовых трансформаторов. Некоторые силовые трансформаторы обсуждаются ниже.

Трансформатор с ламинированным сердечником

Это наиболее часто используемые трансформаторы, они доступны в диапазоне от милливатт до мегаватт. Эти типы трансформаторов используются при передаче электроэнергии, а также в устройствах для подачи низкого напряжения. Этот трансформатор состоит из многослойного сердечника для уменьшения вихревых токов. Сердечник из тонкой стали или пластин CRGO или CRNGO «E» и «I» используется для трансформаторов малой и большой мощности, которые могут быть одно- или трехфазными.Эти листы скрепляются болтами. И первичная, и вторичная обмотки намотаны на каркас и размещены вокруг центрального плеча сердечника. В этих трансформаторах используется разъемная бобина для обеспечения высокой изоляции между обмотками небольших приборов. Между первичной и вторичной обмотками могут использоваться экраны для уменьшения электромагнитных помех.

Трансформаторы с тороидальным сердечником

Этот тип трансформатора имеет много преимуществ по сравнению с трансформатором с многослойным сердечником, поскольку он обеспечивает тихую и эффективную работу с уменьшенными паразитными или внешними магнитными полями.Благодаря меньшему весу и небольшому размеру они легко подходят для любых приложений, работающих как с низким, так и с высоким напряжением. Используется высокоэффективный сердечник в форме пончика, который сделан из кремнистого железа с ориентированной зернистостью и разрезается на стальную ленту. Этот сердечник дополнительно намотан медными обмотками, как очень тугая часовая пружина. По сравнению с трансформатором с ламинированным сердечником EI, трансформаторы с тороидальным сердечником более дорогие. Однако для данного номинала тороидальный трансформатор будет меньше и легче по сравнению с трансформатором многослойного типа EI.Кроме того, он обеспечивает меньшую утечку магнитного поля и более высокий КПД. Они доступны от нескольких десятков ВА до тысяч ВА. В основном они поставляются с центральным креплением с одним отверстием с помощью болта с шайбами ​​и резиновыми прокладками.

Автотрансформатор

Автотрансформаторы отличаются от стандартного двух- или трехобмоточного трансформатора, поскольку он содержит только одну обмотку, которая действует как первичная и вторичная. В этом случае часть этой единственной обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки, и, следовательно, они электрически соединены (две обмотки электрически изолированы в случае традиционного трансформатора).Таким образом, этот трансформатор работает как на индукцию, так и на проводимость. В этом случае многослойный сердечник наматывается одной обмоткой, и часть этой обмотки делится на первичную и вторичную.

Они подразделяются на повышающие и понижающие автотрансформаторы. В понижающем автотрансформаторе полная обмотка действует как первичная, а часть — как вторичная, и, следовательно, наведенное во вторичной обмотке напряжение ниже по сравнению с первичной обмоткой. С другой стороны, для повышающего трансформатора будет обратное. В системах распределения электроэнергии используются трехфазные силовые трансформаторы, которые могут быть подключены по схеме звезды или треугольника.Но в основном автотрансформаторы, соединенные звездой, используются для приложений большой мощности.

Регулируемые автотрансформаторы поставляются с числовыми выводами на одной обмотке и вторичным соединением со скользящей угольной щеткой. Следовательно, при скольжении угольной щетки во вторичной обмотке создается переменное напряжение, равное соотношению витков между всей обмоткой и отводом.

Автотрансформаторы используются в качестве статоров для безопасного пуска различных электрических машин, таких как синхронные двигатели, асинхронные двигатели и т. Д.И они также используются в качестве печных трансформаторов и бустеров.

Многофазный трансформатор

Этот тип трансформатора обычно используется в трехфазных системах электроснабжения, таких как электрические сети и линии передачи, по которым передаются большие количества высоких напряжений. Они наиболее экономичны из-за широкого использования трехфазных систем генерации, передачи, распределения и утилизации переменного тока. Этот тип трансформатора состоит из трех обмоток, которые намотаны на сердечник с тремя ножками и погружены в резервуар.Эти первичные и вторичные обмотки могут быть соединены в различных комбинациях соединений, таких как звезда-звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник и треугольник-звезда. Это могут быть повышающие или понижающие трехфазные трансформаторы, в зависимости от приложения или нагрузки. Благодаря общему сердечнику для всех обмоток меньший будет магнитный поток рассеяния и, следовательно, эффективность трансформатора будет выше.

Трансформаторы с масляным охлаждением

Трансформаторы с масляным охлаждением — это большие силовые трансформаторы, используемые в различных диапазонах блоков от крупных генерирующих станций или подстанций до блоков распределения энергии.Эти трансформаторы заполнены стандартным трансформаторным маслом (или минеральным маслом) для охлаждения, а также изоляции обмоток и сердечника. В трансформаторах с масляным охлаждением сердечник и катушки погружены в жидкость или масло. По сравнению с трансформаторами с воздушным охлаждением масло обеспечивает лучшую изоляцию и лучше проводит тепло. Эти типы включают

  • Масляные трансформаторы с самоохлаждением

В этом типе тепло, выделяемое сердечником и обмотками, передается маслу за счет теплопроводности.Когда тепло масла повышается из-за температуры сердечника и обмотки, масло начинает двигаться внутри резервуара и достигает его стенок, где это тепло естественным образом отводится окружающим воздухом. Это масло продолжает циркулировать и, следовательно, рассеивает тепло в атмосфере.

  • Масляные трансформаторы с принудительным воздушным охлаждением

В этом способе охлаждения рассеивание тепла улучшается за счет направления нагнетаемого воздуха на внешнюю поверхность трансформатора с помощью вентиляторов. Эти вентиляторы работают автоматически, когда температура достигает определенного уровня.

  • Трансформаторы с масляным водяным охлаждением.

В этом типе тепло извлекается или рассеивается с помощью принудительной подачи воды через змеевики, погруженные в масло, чуть ниже верхней части резервуара. Эта вода дополнительно охлаждается в теплообменниках, разбрызгивателях или градирнях.

  • Масляные трансформаторы с принудительным масляным охлаждением.

В этом типе тепло отбирается за счет циркуляции нагнетаемого масла с помощью насоса. Масло перекачивается вверх к обмоткам, а затем обратно через внешние радиаторы, так что тепло рассеивается принудительным воздухом от вентиляторов во внешних радиаторах.Этот тип охлаждения используется для трансформаторов очень большой мощности, и в таких случаях используется радиатор воздушного охлаждения.

РФ Трансформаторы

ВЧ трансформаторы

используются в различных электронных схемах по нескольким причинам, таким как согласование импеданса для передачи максимальной мощности, изоляция постоянного тока между цепями, повышение или понижение напряжения и тока, взаимодействие между несимметричными и симметричными цепями и т. Д. Трансформаторы поставляются в виде корпусов разъемов, корпусов для поверхностного монтажа и других конфигураций.Стальные листы не используются для высокочастотных трансформаторов. Рабочие частоты этого трансформатора находятся в диапазоне от 30 кГц до 30 МГц, и чаще всего добавление конденсатора к одной обмотке помогает настроить их обмотки на определенную частоту.

Это могут быть трансформаторы с воздушным сердечником, ферритовым сердечником, трансформаторы типа балун. Радиочастотные трансформаторы с воздушным сердечником, используемые в печатных платах, так что к ним припаяны несколько витков провода. Трансформаторы с ферритовым сердечником используются в супергетеродинных радиоприемниках, которые в основном представляют собой трансформаторы настроенного типа.Балунные трансформаторы используются для подключения несимметричных и симметричных цепей, таких как симметричные усилители (приложения с подавлением синфазных помех).

Аудиопреобразователь

Аудиотрансформаторы — это специально разработанные трансформаторы, используемые для передачи аудиосигнала в аудиосхемах. Рабочие частоты для этого типа трансформатора находятся в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Они используются для различных функций, таких как повышение или понижение напряжения сигнала, преобразование схемы из сбалансированной в несимметричную и наоборот, уменьшение или увеличение импеданса цепи, блокирование постоянной составляющей тока и разрешение сигнала переменного тока, а также обеспечить гальваническую развязку от одного аудиоустройства к другому.Эти типы трансформаторов включают микрофонный вход, линейный вход, вход фонокорректора с подвижной катушкой, линейный выход, межкаскадный выход и выход мощности, выход микрофона, разветвитель, преобразователь импеданса, директ-бокс, подавители шума, тороидальные трансформаторы AF для громкоговорителей и т.д.

Руководство по выбору трансформаторов напряжения и потенциала: типы, характеристики, применение

Трансформаторы напряжения и потенциала используются для измерения напряжения (потенциала). Вторичное напряжение по существу пропорционально первичному напряжению и отличается от него по фазе на угол, приблизительно равный нулю.Трансформаторы напряжения и напряжения, предназначенные для контроля однофазных и трехфазных линейных напряжений в приложениях для измерения мощности, используются в основном как понижающие устройства. Они предназначены для линейного или линейного подключения к нейтрали так же, как и обычные вольтметры. Вторичное напряжение имеет фиксированное отношение к первичному напряжению, так что изменение потенциала в первичной цепи точно отслеживается измерителями, подключенными к вторичным клеммам.

Приложения

Трансформаторы напряжения и потенциала могут использоваться с вольтметрами для измерения напряжения или с трансформаторами тока для измерений ваттметров или ваттметров.Трансформаторы напряжения и трансформаторы напряжения также используются для работы защитных реле и устройств и во многих других областях. Однако, поскольку они используются в основном для мониторинга, трансформаторы напряжения или напряжения обычно требуют большей точности. Например, продукты, используемые коммунальными предприятиями для определения потребления электроэнергии, должны быть точными, поскольку эти трансформаторы напряжения или потенциала используются для выставления счетов клиентам.

Технические характеристики

Технические характеристики трансформаторов напряжения и напряжения включают:

  • точность
  • рабочая температура
  • диапазон первичного напряжения
  • диапазон вторичного напряжения
  • бремя
  • напряжение изоляции

Точность — это степень неопределенности, с которой измеренное значение тока (вторичного) согласуется с идеальным значением.Нагрузка — это максимальная нагрузка, которую трансформатор напряжения или трансформатор напряжения может выдерживать при работе в пределах своей точности. Нагрузка выражается в вольт-амперах (ВА), произведении среднеквадратичного напряжения (СКЗ), приложенного к цепи, и действующего тока в амперах, протекающего по ней.

Типы

Существует много различных типов трансформаторов напряжения и напряжения. Коммерческие устройства подходят для большинства приложений слежения за током с низким энергопотреблением. Трансформаторы измерительного класса ANSI разработаны специально для приложений контроля мощности, где требуются высокая точность и минимальная погрешность фазового угла.Трансформаторы с несколькими коэффициентами имеют несколько выходов. Также доступны трехфазные устройства. Трансформаторы напряжения и напряжения с разъемным сердечником оснащены шарнирно-защелкивающимся механизмом, который позволяет устанавливать их, не прерывая токоведущий провод. Трансформаторы тороидальной или кольцевой формы не имеют внутренней первичной обмотки.

К трансформаторам напряжения и потенциала относятся трансформаторы тока с намоткой в ​​первичной обмотке, устройства с первичной обмоткой, которая обычно состоит из более чем одного витка. Шиновые трансформаторы или линейные трансформаторы тока имеют шину, которая служит первичным проводником.Трансформаторы для монтажа на ПК имеют небольшую площадь основания для измерения тока или напряжения датчика на плате. Трансформаторы напряжения и напряжения включают устройства измерения пониженного и максимального тока, а также бесконтактные трансформаторы тока. Этот последний класс устройств точно измеряет формы волны тока, не вступая в электрический контакт с цепью.

Связанная информация

CR4 Community — предохранители в незаземленных системах постоянного тока

Сообщество CR4 — трансформатор потенциала

CR4 Community — дифференциальная и ограниченная защита трансформатора от замыканий на землю

CR4 Сообщество — насыщение трансформатора тока

Изображение предоставлено:

Hoyt Electrical Instrument Works, Inc.


Что такое трансформатор, как они работают и разные типы трансформаторов

Если вы какое-то время знакомы с электрическими приборами, вы наверняка слышали о трансформаторе. Да, это те огромные громоздкие вещи, которые можно найти на углах улиц, которые издают случайные пугающие звуки и иногда издают искры. Зарядное устройство для вашего телефона также имеет своего рода небольшой трансформатор, но он намного меньше и с совершенно другим механизмом.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, использующее принципы электромагнетизма для преобразования одного напряжения или тока в другое.Он состоит из пары изолированных проводов, намотанных на магнитопровод. Обмотка, к которой мы подключаем преобразованное напряжение или ток, называется первичной обмоткой, а выходная обмотка — вторичной обмоткой.

Трансформаторы

бывают двух типов: повышающие, которые увеличивают напряжение или ток, и понижающие, что снижает входное напряжение или ток. Например, трансформаторы в вашей микроволновой печи — это вторичный трансформатор, который используется для подачи около 2200 Вольт на вакуумную лампу в микроволновой печи.

Следует отметить, что трансформаторы работают только с переменным или переменным напряжением и не работают с постоянным током. Теперь мы узнаем почему.

Насколько важны трансформаторы в электрической системе?

Это было примерно в 1856 году, когда два блестящих ума Никола Тесла и Томас Эдисон соперничали друг с другом. Это были времена, когда электричество и его применение, например, накаливание лампочки и запуск двигателя, были только заметны. Именно Эдисон и его сотрудники первыми открыли систему постоянного тока, а через некоторое время после этого Тесла придумал свою систему переменного тока (переменного тока).С тех пор оба пытались доказать, что их система более выгодна, чем другая.

К тому времени настало время для подключения домов к электричеству. Пока Эдисон был занят демонстрацией того, насколько опасен переменный ток, убивая слонов электрическим током, Тесла и его команда придумали трансформаторы, которые сделали передачу электричества намного проще и эффективнее. Даже сегодня трансформаторы играют жизненно важную роль в системе передачи. Давай узнаем почему.

Передача электроэнергии с высоким напряжением и низким током поможет нам уменьшить толщину проводов передачи и, следовательно, стоимость, а также повысить эффективность системы.По этой причине стандартная система передачи может иметь напряжение от 22 кВ до 66 кВ, в то время как некоторые генераторы на электростанции имеют выходное напряжение всего 11 кВ, а бытовому прибору переменного тока требуется только 220 В / 110 В. Итак, где происходит это преобразование напряжения и кто это делает.

Ответ на вопрос — трансформаторы. От электростанции до вашего дома в системе будут трансформаторы, которые будут повышать (повышать напряжение) или понижать (понижать напряжение) напряжение для поддержания эффективности системы.Вот почему трансформаторы называют сердцем системы передачи электроэнергии. Подробнее о них мы узнаем в этой статье.

Обозначения трансформатора

Обозначение схемы трансформатора — это просто две катушки индуктивности, соединенные бок о бок с одним сердечником. Характер линии между двумя обмотками указывает на тип используемого сердечника: пунктирная линия представляет феррит, две параллельные линии представляют слоистое железо, и никакая линия не представляет воздушный сердечник.

Иногда количество «выступов» используется как приблизительный показатель функции трансформатора — меньшее количество выступов с одной стороны и больше с другой может означать, что первая сторона имеет меньшее количество витков, чем другая.

Работа трансформатора

Чтобы понять принцип работы трансформатора , нам нужно вернуться во времени, в лабораторию Майкла Фарадея.

Майкла Фарадея можно назвать отцом трансформатора, поскольку именно его эксперименты помогли нам понять электромагнетизм и разработать такие устройства, как двигатели и генераторы.

В конце 1800-х годов, когда было обнаружено, что электричество и магнетизм связаны явлениями, началась гонка, пытаясь создать практическое устройство, которое могло бы использовать силу магнитов для выработки электричества.

Фарадей обнаружил, что электричество можно генерировать, поднося магнит близко к катушке с проволокой. Он обнаружил, что напряжение будет создаваться только при изменении магнитного поля, то есть, если он перемещает катушку или магнит относительно друг друга.

В постоянном токе постоянный ток и магнитное поле. Поскольку поле стабильно и не меняется, на вторичной обмотке не возникает напряжения, и трансформатор выглядит как обычная катушка из резистивного провода, ведущего к источнику питания. Так что трансформаторы не работают с постоянным током.

Он также обнаружил, что когда две катушки с проволокой находятся близко друг к другу, ток, протекающий в одной катушке, может индуцировать ток в другой катушке. Этот принцип называется взаимной индуктивностью и определяет работу всех современных трансформаторов.

Как показано на рисунке, трансформатор состоит из двух обмоток, намотанных на магнитопровод.

Цель наличия сердечника заключается в том, что воздух не очень хорошо поддерживает магнитные поля, поэтому наличие магнитного сердечника увеличивает магнитное поле для заданного количества тока, протекающего через одну обмотку, что, в свою очередь, создает более сильный ток в другой. , увеличивая общую эффективность устройства.

Когда ток проходит через первичную обмотку, в сердечнике создается магнитное поле, которое в основном ограничивается сердечником.

Это магнитное поле проходит через середину вторичной обмотки и, следовательно, индуцирует ток в другой по закону взаимной индукции.

Прелесть этой системы в том, что отношение входного напряжения к выходному — это просто отношение первичной и вторичной обмоток, суммируемое по следующей формуле:

Vout / Vin = Nsec / Npri

Где Vout — выходное напряжение, Vin — входное напряжение, Nsec — количество витков вторичной обмотки, а Npri — количество витков в первичной обмотке.

Итак, если у вас есть два трансформатора, один на 100 витков на первичной обмотке и 1000 на вторичной обмотке, а другой с 10 витками на первичной обмотке и 100 витков на вторичной обмотке, вы можете рассчитать соотношение витков как 1:10 для обоих, поэтому они оба повышают напряжение до одного и того же уровня.

Свойства трансформатора

Если мы более внимательно посмотрим на приведенный выше пример, первый трансформатор будет иметь большее сопротивление обмотки (поскольку используется больше проводов) и в некоторых случаях это может ограничивать количество тока, который может быть получен от трансформатора.Это свойство называется сопротивлением обмотки, но в большинстве случаев это не имеет особого значения, поскольку используемый медный провод обычно имеет низкое сопротивление.

Еще вы заметите, что нет прямого электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Это называется гальванической развязкой и, как мы увидим, может быть очень полезно.

Глядя на каждую обмотку трансформатора, мы видим, что они сконструированы так же, как катушки индуктивности — катушка с проволокой, намотанная вокруг магнитного сердечника, — и также имеют индуктивность.

Эта индуктивность пропорциональна квадрату числа витков, вычисляемому по следующей формуле:

Lpri / Lsec = Npri2 / Nsec2

Где Lpri — индуктивность первичной обмотки, Lsec — индуктивность вторичной обмотки, Npri — количество витков на первичной обмотке, а Nsec — количество витков на вторичной обмотке.

Константу пропорциональности для данного сердечника можно найти в таблице данных, и она обычно выражается в единицах мкГн / оборот2.Точное значение зависит от типа и размера сердечника.

Предположим, у вас есть сердечник трансформатора со спецификацией 1 мкГн / виток2. Если вы намотаете одну обмотку на этот сердечник, то индуктивность будет равна значению константы, умноженному на число витков в квадрате, в данном случае 1. Таким образом, индуктивность этой обмотки будет 1 мкГн. Если на этот же сердечник намотать еще одну обмотку с 10 витками, то индуктивность будет:

(1 мкГн / оборот2) * (10 витков) 2 = 100 мкГн

Поскольку обмотки имеют индуктивность, они обеспечивают сопротивление сигналам переменного тока, определяемое по формуле:

XL = 2π * f * L

Где XL — полное сопротивление в омах, f — частота в омах, а L — индуктивность в единицах Генри.

Допустим, вы хотите сконструировать трансформатор, потребляющий 3 А при 220 В переменного тока при 50 Гц, что является стандартной частотой сети. Тогда полное сопротивление первичной обмотки должно быть 73,3 Ом по закону Ома. Теперь, когда мы знаем необходимое сопротивление и частоту, мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность, необходимую для обмотки:

L = (XL) / (2π * f)

Подставляя значения, мы находим, что необходимая индуктивность составляет 233 мГн.

Используя эту информацию и значение мкГн / виток2 из таблицы данных, мы можем рассчитать количество обмоток, необходимых для получения требуемой индуктивности.

Предположим, что значение составляет 50 мкГн / виток2, тогда мы можем изменить формулу, чтобы определить индуктивность:

Где N — количество витков, L — требуемая индуктивность, а член t2 / мкГн — это просто величина, обратная значению, указанному в таблице данных.

Применяя наши значения в формуле, мы получаем необходимое количество витков, равное 2158. Итак, как вы видите, освоив формулы, вы можете проектировать трансформаторы практически для любого применения!

Конструкция трансформатора

Для тех, кому необходимо наматывать свои собственные трансформаторы, важно знать конструкцию трансформатора .

Трансформатор состоит из нескольких основных компонентов:

1.BOBBIN:

Бобина — это базовый каркас любых трансформаторов. Он обеспечивает катушку, на которую наматываются обмотки, а также удерживает сердечник на месте. Обычно он сделан из термостойкого пластика. Он также иногда содержит металлические штыри, к которым вы можете припаять концы обмоток, например, если хотите установить его на печатную плату.

2. БАЛЛОН

Это, наверное, самая важная часть трансформатора.Как показано на рисунке, сердечники могут быть разных форм и размеров. Именно магнитные свойства сердечника определяют электрические свойства трансформатора, который построен вокруг сердечника.

3. ОБМОТКИ

Может показаться тривиальной вещью, но проволока, использованная в конструкции, так же важна, как и любой другой аспект. Обычно используется сплошной эмалированный медный провод, так как изоляция прочная и тонкая, поэтому нет лишнего пространства из-за пластиковых изоляционных оболочек.

Применение трансформаторов

1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ГЛАВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Это, вероятно, наиболее распространенное применение трансформаторов — понижение сетевого напряжения для низковольтных устройств. Вы можете даже найти их внутри таких вещей, как микроволновые печи, старые телевизоры и блоки питания из кирпича. Эти трансформаторы имеют железные сердечники, которые обеспечивают отличную проницаемость, но делают их громоздкими и несколько менее мощными, чем у других типов.

Они имеют маркировку 12-0-12 или 6-0-6 с тремя вторичными проводами. Это означает, что два внешних провода имеют на выходе среднеквадратичное значение 12 В переменного тока, если вы сделаете центральный провод заземлением. Если вы измеряете обе обмотки 12 В, вы получите среднеквадратичное значение 24 В переменного тока. Это дает вам гибкость в выборе того, как вы можете использовать трансформатор.

2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Это очень особый тип источников питания, которые принимают вход постоянного тока и вырабатывают постоянный ток на выходе.Они есть у всех современных зарядных устройств для телефонов. Трансформаторы, используемые в этих блоках питания, больше похожи на индукторы с небольшим количеством витков и ферритовыми сердечниками со средней или высокой магнитной проницаемостью. Напряжение постоянного тока прикладывается к «первичной обмотке» на короткое время, так что ток нарастает до определенного уровня и сохраняет некоторую магнитную энергию в сердечнике. Эта энергия затем передается вторичной обмотке при более низком напряжении, поскольку она имеет меньшее количество витков. Они работают на высоких частотах, обладают отличным КПД и очень малы.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Это специальные трансформаторы с соотношением витков 1: 1, так что входное и выходное напряжения одинаковы. Они используются для отключения электроприборов от заземления. Поскольку сеть является заземленной, прикосновение даже к одному проводу может привести к поражению электрическим током, поскольку обратный путь — это буквально земля. Использование развязывающих трансформаторов «отключает» прибор от заземления сети, поскольку трансформаторы гальванически изолированы.

4.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

В большинстве стран мира в качестве стандартного напряжения питания используется 220 В переменного тока, но в некоторых странах, например в США, используется 110 В переменного тока. Это означает, что некоторые устройства, например блендеры, могут работать не во всех странах. Для этой цели мы можем использовать трансформаторы, которые преобразуют 110 В в 220 В или наоборот, чтобы убедиться, что техника может использоваться в любой стране.

5. СОГЛАСОВАНИЕ ИМПЕДАНСА

Это специальные типы трансформаторов, которые используются для согласования импеданса источника и нагрузки.Они находят широкое применение в радиочастотных и аудиосхемах.

Коэффициент трансформации равен квадратному корню из импедансов источника и нагрузки.

6. АВТОТРАНСФОРМАТОР

Это специальный тип трансформатора, который имеет только одну обмотку с выходом «отвод», который образует вторичную обмотку. Обычно этот отвод является регулируемым, поэтому вы можете изменять выходное напряжение переменного тока, как делитель напряжения.

Заключение

Трансформеры — полезные устройства, и научиться их конструировать и работать с ними может очень кстати! Хотя мы рассмотрели здесь основы, проектирование трансформатора с нуля — это то, что можно обсудить в другой статье, поэтому давайте поговорим об этом в другой раз.Итак, теперь, когда вы снова увидите трансформатор, вы будете знать, почему он там и как работает.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *