Где применяют трансформаторы: Трансформаторы, их виды и применения

Содержание

Трансформаторы

Трансформаторы — основные определения и принцип действия

Трансформаторы — это устройства для преобразования переменного тока и напряжения. Трансформаторы — это преобразовательные устройства не имеющее подвижных частей.  Трансформаторы не имеет значительных потерь мощности. Современные трансформаторы имеют высокий КПД   свыше 99 %. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (сердечнике) из ферромагнитного сплава.

Трансформаторы — принцип действия

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку трансформатора, подаётся напряжение от внешнего источника переменного тока. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора создаёт в обмотках ЭДС индукции, в том числе и в первичной обмотке. НДС индукции пропорциональна первой производной магнитного потока.

Трансформаторы — передача электроэнергии — использование в электросетях

Потери на нагревание электрических проводов пропорциональны квадрату тока через провод. При передаче электроэнергии на большое расстояние целесообразно использовать высокие напряжения и небольшие силы токов. Для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии и применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения с клемм генераторов электростанций (повышающие трансформаторы), перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения в линии электропередач (понижающие трансформаторы) до приемлемого для энергопотребителей уровня.

По технике безопасности в бытовых электроприборах используются небольшие напряжения (380/220В). В электрической сети три фазы,  поэтому для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трех однофазных трансформаторов соединенные в схему звезды или треугольника.  Трёхфазный трансформатор имеет общий сердечник для трех фаз.

Трансформаторы — охлаждение

В крупных трансформаторах, применяемых в электроэнергетике, выделяется большая тепловая мощность. 1000 МВт электрической мощности дают несколько мегаватт тепла. Поэтому в трансформаторах применяют систему охлаждения: трансформатор помещается в емкость, наполненную трансформаторным маслом. Масло циркулирует под действием конвекции или при помощи насосов между емкостью для масла и радиатором. В некоторых случаях трансформаторное масло дополнительно охлаждают водой.

Применение трансформаторов

Трансформаторы используются в электросетях, при передаче электроэнергии. Трансформаторы используются в блоках питания самых различных электроприборов. 

Трансформатор  был  изобретен   английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 г. Трансформатор является одним из главных компонентов современных электроэнергетических систем.

Газотурбинные установки — газопоршневые электростанции — микротурбины

Использование понижающих трансформаторов в строительных работах

Трансформаторы. Описание

Во время строительных работы потребляется большое количество электрической энергии. Она необходима для питания разнообразных строительных инструментов. Таким образом, практически любой источник энергии на стройке является особенно важным, ведь от него зависит весь процесс работы. Как мы знаем, каждая электросеть имеет свой предел и если подключить к ней большое количество электроприборов, то она может не выдержать. Для урегулирования тока и поддержки сети в нормальном и стабильном состоянии используются трансформаторы. О них сегодня и пойдет речь.

Роль трансформатора в строительных работах

Трансформатор стабилизируется напряжение, которое проходит через него. Такие агрегаты пользуются большой популярностью среди мелких застройщиков и крупных строительных компаний. Помимо этого, трансформаторы активно применяются в местах, где идет большое потребление электроэнергии многими приборами. Например, трансформатор с 380 на 220 вольт, то есть с пониженным напряжением, применим на той же стройке. Он нужен для стабильного освещения помещений и подключению строительных приборов. Многие компании используют трансформатор с 380 на 220 вольт для подключение дорогих, импортных приборов на СТО. Там важно иметь постоянный ток высокого качества.

Качество транформатора

Понижающий напряжение трансформатор должен обладать высокой надежностью и качеством сборки. Даже при кратковременных перепадах в сети ток должен идти без перебоев. В случае необходимости, специалисты нашего магазина помогут вам подобрать трансформатор исходя из Ваших потребностей. На нашем сайте Вы можете найти качественные модели для разных целей. Вся продукция соответствует стандартам и ГОСТам.

Основные виды

  • Тороидальные. Это основный вид трансформаторов, которые используются практически везде. Малый вес и небольшие габариты отличают данный вид от остальных. Вся обмотка хорошо охлаждается по всей цепи питания, а сам трансформатор обеспечивает высокую плотность тока. 
  • Стержневые. Такие модели используются для техники с низким или средним потреблением. Имеет также неплохое охлаждение по всей цепи обмоток.
  • Броневые. Схема подачи тока аналогична стержневому трансформатору, однако этот вид используется в домашних условиях для техники с малым потреблением. 
  • Трехфазные. Имеет общий сердечник вокруг которого имеется обмотка их трех однофазных трансформаторов. Может использоваться как для бытовых нужд, так и для подключения инструментов и тяжелых приборов.

Дата публикации: 

Поделиться с друзьями:

Другие обзоры

Трансформатор Применение :: Электротехническое оборудование

Трансформатор Применение

Повседневно трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

Применение в источниках электропитания

Для питания различных электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

Источник: ukrelektrik.com

применение, принцип действия, каких типов бывает

Одним из ключевых моментов в развитии электроники стало изобретение трансформатора. Трудно назвать какое-либо электротехническое устройство, в работе которого он бы не использовался. Благодаря этому простому изобретению человечество научилось управлять электроэнергией путём преобразования её параметров. Поэтому одной из главных задач в области электроники является усовершенствование радиоприбора для повышения надёжности схем электропитания.

История изобретения

Появившийся в XIX веке прибор, названный впоследствии трансформатором, является радиоэлектронным устройством, предназначенным для преобразования одних значений напряжения в другие.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей, проводя ряд экспериментов, открыл явление электромагнитной индукции, которое послужило основой для создания трансформатора. Принцип явления основан на возникновении тока при изменении магнитного поля. Изучая электромагнетизм, учёный выявил, что электродвижущая сила (ЭДС) зависит от скорости изменения магнитного поля, ограниченного проводящим контуром. Таким образом, была открыта возможность превращать магнетизм в электричество.

Первый прототип трансформатора был создан в 1848 году немецким инженером Генрихом Румкорфом. Это устройство было названо катушкой индуктивности и позволяло преобразовывать низкое напряжение постоянной величины в высокое. Конструктивно оно состояло из железного сердечника, вокруг которого были намотаны две обмотки.

Датой же рождения преобразовательного прибора считается 30 ноября 1876 года. Именно тогда русским инженером Яблочковым был получен патент на изобретение устройства. Сконструированный им трансформатор представлял собой сердечник с намотанной на него катушкой. Первый же в классическом понимании радиоприбор был создан в Англии братьями Гопкинсонами, а через год в Венгрии учёные Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери усовершенствовали его путём использования замкнутого магнитопровода.

Существенную роль в развитии устройства сыграло применение Свинберном масленого охлаждения, повысившего надёжность и стабильность электротрансформатора. Развитие изобретения позволило изучать переменный ток, в результате чего была создана трёхфазная система, запатентованная Теслой в 1889 году.

Первоначально сердечник изготавливался в виде формы Н, пока англичанин Стэнли не предложил использовать форму Ш. Благодаря этому появилась возможность отдельно наматывать катушки, а после надевать их на сердечник. Первые образцы трансформаторов характеризовались значительными потерями мощности. Введение примесей кремния в сердечник позволило улучшить характеристики. Дальнейшее развитие технологии изготовления электрических трансформаторов сводилось к усовершенствованию материала сердечника.

Устройство и его суть

В узлах электропитания радиоэлектронных устройств для преобразования тока используются различные виды трансформаторов. В принципе их действия лежит явление электромагнитной индукции, характеризующееся преобразованием переменного тока одной разности потенциалов в другую. При этом скважность и период сигнала остаются неизменными.

Конструктивно классический трансформатор состоит из трёх частей:

  • первичной обмотки;
  • вторичной катушки;
  • сердечника.

Обмотка, к которой подводится электрический сигнал, называется первичной, а с которой снимается — вторичной. Изготавливаются они из алюминиевой или медной проволоки. Сердечник же делается из электротехнической стали или феррита.

При работе устройства возникают вихревые токи, приводящие к нагреву магнитопровода. Это, в свою очередь, влияет на передачу энергии, приводя к её потерям. Чтобы при нагревании не происходило расплавление изоляционного слоя катушек и сплавление с пластинами, используется дополнительная изоляция как сердечника, так и обмоток.

Отдельно выделяют автотрансформаторы. Это преобразователи, состоящие из одной или нескольких катушек, соединённых электрически между собой, в результате чего действующее магнитное поле на них является общим. Сердечник для них выполняется из мягкого ферромагнетика.

Слово «трансформатор» произошло от латинского transformate, что в дословном переводе на русский язык обозначает «превращение», «преобразование». Принцип действия трансформатора основан на двух базовых положениях:

  1. Переменный электрический ток образует изменяющийся магнитный поток во времени.
  2. Проходя через катушку магнитное поле, наводит в ней ЭДС.

То есть используется явление электромагнетизма и электромагнитной индукции.

Суть работы электромагнитного аппарата сводится к следующему: электрический ток, изменяемый во времени по величине и направлению, поступает на первичную катушку. Проходя по ней, он создаёт переменное магнитное поле. Потоки, образующиеся от этого поля, воздействуют на вторичную обмотку, наводя в ней напряжение переменной величины. Значение этой разности потенциалов зависит от числа витков в первичной и вторичной катушках, а также скорости изменения магнитного поля.

Виды трансформаторов

Согласно определению, трансформатор (transformator) — это статический электромагнитный прибор, состоящий из нескольких катушек, располагающихся на общем магнитопроводе. Используется такое устройство как для преобразования переменного сигнала, так и для создания гальванической связи. Работает при переменном токе.

Все преобразователи классифицируются по следующим признакам:

  • количеству фаз — промышленность выпускает одно- и трёхфазные конструкции;
  • числу обмоток — существуют двух- или трёхобмоточные конструкции;
  • виду изоляции — разделяются на сухой тип, масляный или использующий негорючее заполнение;
  • по охлаждению — могут быть с естественным или искусственным его видом.

Кроме этого, бывают трансформаторы, использующие не только проволочные обмотки, но и ленточные, а также без сердечника. Последние применяются для работы на высоких частотах. Изделия характеризуются различными параметрами. Основными из них являются: мощность, коэффициенты затухания и трансформации, рабочая частота.

Мощность обозначает количество энергии, которую может пропустить через себя устройство без ухудшения характеристик. Измеряется она в ваттах и находится как сумма мощностей всех вторичных выводов. Коэффициент трансформации определяется отношением числа витков вторичной обмотки к их числу в первичной катушке. Затухание же обозначает величину ослабления сигнала за счёт паразитных связей. Для неё будет верной следующая формула: η=P2/P1, где P — мощность, подводимая к устройству (P1) и снимаемая с нагрузки, подключённой к его выходу (P2).

Силовой прибор

Является одним из самых распространённых типов, выпускаемых промышленностью трансформаторов. Относится к низкочастотному виду. Используется для повышения или понижения разности потенциалов. Основное применение — аналоговые источники питания и линии электропередач. Необходимость в применении таких преобразователей заключается в использовании различных величин рабочих напряжений.

Например, ЛЭП — 35−750 кВ, городские подстанции — 6−10 кВ, электроприборы — от единиц вольт до киловольт. По своей сути является классическим трансформатором переменного тока. Изменяемый по величине сигнал, проходя через устройство, создаёт магнитное поле в каждом витке вторичной катушки, сумма напряжений которых и формирует выходное напряжение.

Форма сердечника чаще всего используется Ш-образного вида, но также может быть и тороидальной. Коэффициент полезного действия (КПД) силовых устройств составляет порядка 0,9 -0,98. Мощность, которую может преобразовать электронное устройство, определяется поперечным сечением магнитопровода, обозначаемым символом S. Количество витков соответственно находится по формуле: w = 50/S.

При нахождении мощности используется правило: токи, протекающие по обмоткам трансформатора обратно пропорциональны числу их витков. То есть коэффициент трансформации будет равен отношению Iн/Iвх или Uвх/Uн. Поэтому, изменяя число витков в катушках, легко получить как повышенное, так и пониженное напряжение на выходе трансформатора.

Автотрансформаторная конструкция

Отличием от других типов устройств является присутствие электрического контакта между первичной и вторичной обмоткой. В результате этого катушки связаны не только магнитным потоком, но и гальванически. Выходная обмотка имеет не меньше трёх выводов. Автотрансформаторы относятся к приборам специального назначения. В их конструкции также используется магнитопровод, на котором размещаются две обмотки. Выводы отводятся от общего контакта обмоток и их концов.

Использование нескольких выводов позволяет регулировать напряжение путём перемещения скользящего контакта, подключённого к нагрузке. Так как значения входного и выходного тока примерно совпадают друг с другом, а витки направлены встречно, то короткого замыкания не происходит.

Автотрансформаторы, или ещё их называют ЛАТРы, используются как лабораторные блоки питания. Это связано с тем, что их коэффициент трансформации делается не более двух, так как при большем значении КПД устройства значительно снижается. Высокое же его значение при коэффициенте до единицы обусловлено тем, что часть энергии не преобразовывается, а напрямую подпитывает вторичную катушку.

Кроме этого их применяют в узлах питания выпрямительных блоков, согласования телефонных линий, железнодорожных локомотивах. При изготовлении автотрансформаторов используется провод небольшого сечения и малогабаритные сердечники, что в итоге уменьшает их стоимость.

Импульсный преобразователь

Такой трансформатор предназначен для преобразования импульсного сигнала с минимальными искажениями. Используется он в автоматических и измерительных приборах, а также электронно-вычислительной технике. Работа его выглядит следующим образом.

При подаче на вход серии импульсов, характеризующихся продолжительностью L и периодом T, в первичной катушке устройства начнёт увеличиваться ток. Соответственно, его изменение будет создавать магнитное поле, меняющееся по такому же закону. В результате во вторичной обмотке возникнет ток, проявляемый также в виде импульсов.

Из-за специфики использования такие приборы обладают рядом преимуществ:

  • малым весом;
  • высоким КПД;
  • широким диапазоном рабочих напряжений;
  • высоким коэффициентом трансформации.

Существует четыре вида импульсных трансформаторов, разделяемых по виду сердечников. Они могут быть: тороидальными (круглые), броневыми (Ш-образные), стержневыми (П-образные), и бронестержневыми. По виду намотки катушки они выполняются спиральной, цилиндрической или конической формы.

Разделительный и согласующий

Разделительный тип применяется в тех случаях, в которых требуется гальванически развязать одну часть электрической сети от другой. Например, в помещениях с повышенной электробезопасностью. Их использование помогает существенно снизить вероятность поражения электрическим током при возникновении пробоя. Кроме того, разделительные конструкции устанавливаются в качестве защитных устройств в интерфейсных цепях, например, сетевые карты. Предотвращая резкие перепады входного сигнала, они предохраняют нагрузочные цепи от повреждений, а человеческий организм от удара током.

Трансформатор называется разделительным, если его вторичная катушка не заземлена, а он сам имеет коэффициент передачи равный единице. Разделение катушек в приборе происходит путём применения усиленной электроизоляции.

Согласующий же трансформатор используется при необходимости выровнять сопротивление различных частей электрической схемы. Их применяют в приборах усиления, например, микрофоны, телевизоры, приёмники. Из конструктивных особенностей выделяют, что согласующие устройства не нуждаются в толстой изоляции, а корпус чаще всего выполняется цилиндрического вида. Устройство собирается на диэлектрической подложке, на которой размещается пластина из феррита с намотанной первичной обмоткой. А затем через слой изоляции накручивается вторичная обмотка.

Измеритель тока

Им называется прибор, первичная катушка которого коммутируется напрямую к источнику тока, а вторичная — к защитным или измерительным приборам, обладающим небольшим внутренним сопротивлением. Основное назначение этого типа — измерение тока и защита. Его применение безопасно, так как первичная и вторичная цепь гальванически изолированы друг от друга.

Первичная катушка (чаще всего один виток), подключается последовательно к схеме, в которой требуется определить значение переменного тока. В итоге получается, что ток вторичной обмотки зависит от тока первичной, но при этом вторичная катушка должна быть обязательно подключена к нагрузке. Если этого не сделать, значение разности потенциалов на выходе может достичь таких значений, что пробьёт изоляцию. Кроме того, если вторичную катушку преобразователя разомкнуть, то через магнитопровод начнёт течь большой ток.

В состав трансформатора входит сердечник из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали. На него наматываются изолированные обмотки. Чаще всего первичную катушку делают шиной либо пропускают через сердечник проводник, на котором измеряется ток.

Сварочный аппарат

Назначение сварочных аппаратов — понижать однофазное или трёхфазное напряжение, а ток увеличивать в несколько раз. Достигается это путём секционирования отношения обмоток во входной и выходной части устройств.

Так как сварочный трансформатор относится к понижающему типу, то количество витков во вторичной обмотке у него меньше. Сила же тока регулируется путём изменения зазора между катушками. Сведение их увеличивает ток, а разведение уменьшает. Существует два режима работы устройства:

  • короткое замыкание;
  • холостой ход.

В первом случае выходная обмотка замыкается с источником питания (первичной катушкой). В результате возникает ток короткого замыкания, сопровождающийся значительным выделением энергии. При холостом ходе в трансформаторе создаются две силы — магнитное поле и поток рассеивания. Ответвляясь от потока магнитопровода, они образуют замкнутые линии через воздух. Результатом этих взаимодействий будет возникновение напряжения, порядка 48 вольт.

Другие типы

Кроме основных типов, существуют ещё и другие разновидности трансформаторных устройств. Они не получили широкого применения, так как разрабатывались для использования в специфических задачах. Им на смену были изобретены устройства с лучшими параметрами и характеристиками, например, трансфлюксор и используемые вместо него доменные ячейки памяти.

Можно выделить следующие дополнительные виды трансформаторов:

  1. Пик-трансформатор — способен преобразовывать переменный сигнал в импульсный. Достигается это использованием сердечника переменного сечения. Первичная катушка размещается в области большого сечения, а вторичная — малого. При возникновении тока насыщение суженого участка магнитопровода возникает раньше. В итоге на выходе образуются пиковые броски напряжения — импульсы. Используются такие приборы в исследовательской технике как генераторы.
  2. Сдвоенный дроссель — другое его название компенсационный фильтр. В конструкции используется две одинаковые обмотки. Принцип работы основан на возникновении взаимоиндукции. Применяются в качестве фильтров блоков питания.
  3. Трансфлюксор — разрабатывался как прибор, предназначенный для хранения информации. Вызывал довольно большой интерес разработчиков ЭВМ и даже планировался использоваться на космических ракетах. Но испытания, проводимые в военно-инженерном институте радиоэлектроники Казахстана, оказались удручающими. Трансформаторлар (казахское — трансформатор) при считывании разрушал хранимые информационные блоки. Отличие же его от других видов заключалось в увеличенной намагниченности из-за использования сердечника с двумя отверстиями.
  4. Вращающийся трансформатор — представляет собой прибор, сердечник которого разделён на две части. На каждой половине намотана своя обмотка. Одна из них вращается по отношению к другой, что позволяет передавать сигналы на подвижные части различных радиоустройств, например, головку видеомагнитофона.

Обозначение на схеме

Условное обозначение трансформаторов на схеме и в специализированной литературе зависит от конструктивных особенностей изображаемой модели устройства. Но в общем случае на его рисунке указывается сердечник — толстая вертикальная линия, первичная обмотка (слева) и вторичная (справа). Сами катушки изображаются параллельно сердечнику в виде полуокружностей. Их количество нигде не регламентируется. Жирная точка, стоящая у полуокружностей, обозначает начало обмотки.

При указании особенности конструкции изображение сердечника может изменяться. Так, магнитопровод с магнитным зазором выполняется линией с разрывом посредине, если сердечник изготовлен из магнитодиэлектрика, используется тонкая пунктирная линия. Если есть необходимость указать материал, из которого сделан сердечник, то сверху линии ставится символ, соответствующий таблице Менделеева, например, Cu.

Таким образом, под словом трансформатор понимается электронный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения электрического тока. Эти его свойства нашли широкое применение как в аналоговой, так и цифровой технике. При этом ключевым элементом, обеспечивающим передачу энергии от электростанций к потребителям, также является трансформатор.

Трансформаторы — ООО «ПРОМЭНЕРГО-НН»

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод(сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкогоматериала.

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный Сухой Многоцелевого назначения мощностью 0,16 кВА

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора.1 — первичная обмотка,2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемуюпервичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменныймагнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производноймагнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т. д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П.Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова по патенту России № 2016483, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Режимы работы трансформатора

1.Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т. н. «потери в стали»).

2. Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенным источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3.Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Виды трансформаторов

Трансформатор

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП(35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Силовой трансформатор постоянного токаиспользуется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».

Автотрансформатор

Автотрансформа?тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.

Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа?тор то?ка — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляетгальваническую развязку (в отличие от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или исполнительные и индикаторные устройства, например, реле.

Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме, близком к режиму короткого замыкания. При случайном или умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции, повреждение подключённых устройств.

При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае равно) коэффициенту трансформации.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепяхРЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокойскважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т. п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т. e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформаторавыполняется из электротехнической стали,пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2-х, 4-х и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называетсяостовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называетсястержень.
Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыканиямагнитной цепи, называется ярмо.

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки]

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Дисковая обмотка

Основным элементом обмотки являетсявиток —электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
    • Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов(не закончена, в работе)
      Схема соединения обмотокДиаграмма векторов напряжения
      холостого ходаПрим.1
      Условное
      обозначение
      ВННН
      У/Д-11

      Примечание: на диаграммезелёным цветомобозначены векторы обмотки «Звезда»,синим — «Треугольник»,красным — смещение вектора AB.

      В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

      Варианты исполнения

      Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Исходя из этого трансформаторные баки делятся по конструктивному исполнению:

      1. Трансформаторы с гладким баком без расширителя (такая конструкция применяется для мощностей вплоть до 10кВА), выводы смонтированы на крышке. Температурная компенсация расширения масла производится за счёт неполного заполнения бака и создания в верхней части воздушной подушки.
      2. Трансформаторы с расширительным баком (вплоть до 63 кВА), выводы расположены на крышке.
      3. Трансформаторы с расширительным баком и радиаторами, выводы расположены на крышке. В старых конструкциях радиаторы выполнялись в виде гнутых труб, приваренных к баку — т. н. «трубчатый бак».
      4. Трансформаторы с расширительным баком, радиаторами и выводами на стенках бака на специальных фланцах (фланцевое крепление). Этот тип трансформатора имеет в обозначении литеру «Ф» и предназначается для непосредственной установки в производственном помещении («цеховое исполнение»).
      5. Трансформаторы с радиаторами, без расширителя, фланцевого крепления. Компенсация температурного расширения масла производится созданием в верхней части газовой подушки из инертного газа — азота (для исключения окисления масла воздухом). Такие трансформаторы также относятся к типу цеховых и имеют в обозначении литеру «З» — защищённое исполнение. Аварийный сброс давления производится специальным клапаном.
      6. Трансформаторы без расширителя, без радиаторов с гофробаком. Наиболее современная конструкция. Компенсация температурного изменения объёма масла происходит с помощью специальной конструкции бака с гофрированными стенками из тонкой стали (гофробак). Расширение масла сопровождается раздвиганием гофр бака. Аварийный сброс давления масла (например при внутренних повреждениях) производится специальным клапаном. Такие трансформаторы имеют в обозначении литеру «Г» — герметичное исполнение.

        Обозначение на схемах[

        На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

        Центральная толстая линия соответствует сердечнику,1 — первичная обмотка (обычно слева),2и3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

        При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивания син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

        В схемах трёхфазных трансформаторов «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

        Применение трансформаторов

        Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетяхи в источниках питанияразличных приборов.

        Применение в электросетях

        Поскольку потери на нагревание проводапропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

        Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

        Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности.

        Применение в источниках электропитания

        Компактный сетевой трансформатор

        Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа черезумножитель напряжения).

        В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

        В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питанияпеременное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощиинверторав высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

        В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

        Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

        Другие применения трансформатора

        • Разделительные трансформаторы(трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
        • Импульсные трансформаторы(ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
        • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
        • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
        • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
        • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмоткивидно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит враз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадамэлектронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран налампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны ввысокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

        Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформаторT1. ТрансформаторT2суммирует выходные импульсыVT1иVT2в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

Где и как используются силовые трансформаторы?

Электричество, которое мы получаем в наших домах, в основном производится в электрической сети, которая передает электричество на обширные территории по линиям электропередач. Однако провода, используемые в линиях электропередач, не являются хорошими проводниками; и эти несовершенства сопротивляются потоку электрического тока. Это приводит к потере электроэнергии по более длинным линиям электропередач. Чтобы решить эту проблему, используются повышающие трансформаторы для повышения производимого напряжения до более высокого значения, что позволяет эффективно передавать мощность на большие расстояния без потери мощности.Таким образом, повышающие трансформаторы помогают подавать мощность на линии электропередачи; но это высокое напряжение электричества не может быть использовано конечными пользователями. Такая высокая мощность может не только повредить приборы, но и привести к опасным последствиям и смерти. Вот почему напряжение необходимо снова снизить перед отправкой конечным потребителям. Поэтому понижающие трансформаторы используются на подстанциях, а также на опорах электропередач возле зданий, так что напряжение снижается, а ток увеличивается к моменту, когда мощность доходит до конечных потребителей.Таким образом, как повышающие, так и понижающие трансформаторы играют важную роль в обеспечении приемлемого количества энергии в домах и офисах для повседневного использования. Эти повышающие и понижающие трансформаторы являются основными классификациями силовых трансформаторов. Однако в зависимости от конструкции и назначения силовые трансформаторы в Индии подразделяются на многие другие группы, а именно:

Повышающие и понижающие трансформаторы

Как следует из названий, повышающие и понижающие трансформаторы повышают и понижают уровень напряжения производимой мощности соответственно для распределения мощности по всей распределительной сети.Самый большой пример использования повышающих и понижающих трансформаторов — в системе электроснабжения от электрической сети до опор электропередач.

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Опять же, как следует из названия, однофазные трансформаторы принимают однофазный переменный ток для передачи энергии от одной цепи к другой за счет 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 распределения большой мощности.Эти трансформаторы используются для подачи питания в различные приложения в бытовом и коммерческом оборудовании, таком как телевизоры, домашние инверторы, освещение, отопительное оборудование и низковольтные электронные устройства.

Тороидальные трансформаторы

Это трансформаторы в форме пончика, которые меньше по размеру, экономят место и имеют уменьшенное внешнее магнитное поле. Благодаря кольцеобразному сердечнику и медным обмоткам, намотанным вокруг кольца, в магнитном пути отсутствует остаточный зазор, что делает эти трансформаторы высокоэффективными, генерирующими очень низкие потери без нагрузки и демонстрирующими более высокий пусковой ток.Тороидальные трансформаторы используются в выключателях тока, разъединителях, конденсаторах и других силовых устройствах.

Изолирующие трансформаторы

Изолирующие трансформаторы — это трансформаторы, которые магнитно связывают две цепи, обеспечивая при этом нулевой металлический проводящий путь между ними. Это помогает предотвратить попадание электромагнитных помех и утечки из сети переменного тока в приборы. Лучшее использование этих трансформаторов в медицинском оборудовании.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы — это те, у которых одна обмотка имеет отвод в точке вдоль обмотки, при этом напряжение прикладывается к одной части, а более высокое / более низкое напряжение создается к 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, электрическом оборудовании в испытательных лабораториях и в качестве усилителей в фидерах переменного тока.

Вы можете приобрести все эти силовые трансформаторы в Индии. и более в Miracle Electronics, где трансформаторы предназначены для обеспечения высочайшего уровня безопасности оператора путем регулирования и повышения/понижения напряжения по мере необходимости.Силовые трансформаторы Miracle Electronics соответствуют требованиям RoHS, REACH и по запросу доступны с маркировкой CE и UL.

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформаторов

Принцип работы всех типов трансформаторов, предназначенных для различных применений, одинаков, например, электромагнитная индукция, тогда как применение трансформаторов различается в зависимости от системных требований. Основное применение трансформатора заключается в повышении или понижении уровня напряжения или тока на генерирующих станциях электростанций, приемных конечных подстанциях и распределении электроэнергии потребителям для бытового и промышленного применения.

Основное назначение электрического трансформатора — повышать (увеличивать) или понижать (уменьшать) уровень напряжения переменного тока при постоянной мощности и частоте. Индивидуальный уровень напряжения используется для передачи и распределения электроэнергии конечным пользователям, например. жилые и коммерческие.

Имейте в виду, что передача энергии постоянного тока имеет некоторые преимущества по сравнению с передачей энергии переменного тока, но первоначальная стоимость передачи постоянного тока слишком высока, по этой причине в большинстве случаев передача переменного тока предпочтительнее, чем передача постоянного тока (что является дорогостоящим и нецелесообразным с экономической точки зрения). поскольку изменение значений напряжения легко выполняется с помощью трансформатора (имейте в виду, что трансформатор не может работать от постоянного тока), где понижающие и повышающие преобразователи используются для изменения уровня постоянного напряжения в соответствии с потребностями системы.

Похожие сообщения:

Высокочастотные реакторы и дроссели на основе малошумящих и малогабаритных трансформаторов также используются в ИБП, CVCF (постоянное напряжение, постоянная частота), VVVF (переменное напряжение, переменная частота), вспомогательном питании железнодорожных вагонов и рассредоточенных источниках питания. Шунтирующие реакторы (одна обмотка на фазу) также используются для поглощения и компенсации реактивной мощности в кабелях и высоковольтных длинных линиях электропередачи, что приводит к повышению эффективности трансформатора, общей мощности и энергетических систем.

Высокочастотные трансформаторы используются в источниках питания медицинских рентгеновских аппаратов, сварочных аппаратах и ​​высокочастотном оборудовании.

Вращающиеся трансформаторы

используются для высокоскоростных двигателей и генераторов, двигателей и генераторов с осевым зазором, а также двигателей и генераторов с большим числом полюсов.

Измерительные трансформаторы

также широко используются в электрических системах и сетях. Например, ТТ (трансформатор тока) используется для измерения тока другой цепи и контроля высоковольтных линий электросетей.С другой стороны, PT (трансформатор напряжения или потенциала) используются для понижения высокого уровня первичного тока и напряжения до более низкого уровня напряжения и тока на выходе в энергосистеме. Кроме того, автотрансформаторы используются для компенсации падения напряжения в распределительных трансформаторах, пусковых асинхронных и синхронных двигателей, для достижения постоянного переменного выходного напряжения и, в основном, для соединения многих систем, работающих на разных уровнях напряжения. Наконец, что не менее важно, для уменьшения паразитных потерь в баке крупногабаритных трансформаторов используются трансформаторы с шунтирующим ярмом / экраном бака или магнитные шунтирующие трансформаторы.

Общее применение трансформаторов

Наиболее важные области применения трансформатора:

  • Он может повышать или понижать (повышать или понижать) уровень переменного напряжения или тока (при увеличении напряжения ток уменьшается и наоборот, поскольку P = V x I, где мощность постоянна как на входе, так и на выходные стороны). Эта установка используется как в силовых трансформаторах, так и в распределительных трансформаторах для передачи и распределения электроэнергии в энергосистеме для дальнейшего использования и применения.
  • Он может увеличивать или уменьшать значение конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепях переменного тока, т.е. трансформатор, таким образом, действует как устройство передачи импеданса.
  • Может использоваться для предотвращения перехода постоянного тока из одной цепи в другую. Другими словами, они используются в качестве фильтров пульсаций, которые компенсируют пульсирующий постоянный ток.
  • Может использоваться для гальванической развязки двух электрических цепей

Применение трансформатора в энергосистеме:

Силовой трансформатор повышает уровень напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением.Например, увеличивает вырабатываемое напряжение на электростанциях с 7200кВ-12кВ до 33кВ, 66кВ, 220кВ и даже до 400+ кВ для передачи электроэнергии в распределительные центры.

В распределительных центрах распределительный трансформатор понижает уровень напряжения для коммерческого и бытового использования электроэнергии. Например, он снижает уровень напряжения с 11 кВ до 230 В однофазного и 400 В трехфазного (UK и IEC). В США и Канаде трансформатор общего назначения снижает уровень напряжения с 2700 В до 120 В, 240 В (наиболее распространенный в жилых помещениях через трансформатор с центральным отводом), 208 В, 277 В и 480 В в США и Канаде.

Наконец, в типичной энергосистеме также используются автотрансформаторы, шунтирующие реакторы, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Кроме того, трансформаторы также используются для согласования импеданса.

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

На приведенном выше рисунке (слева направо)

  1. Силовой трансформатор мощностью 100 МВА, 165 кВ, установленный на подстанции в Колумбии, штат Миссисипи. Известно, что это первый в мире гибкий трансформатор большой мощности, изготовленный исследовательской компанией GE.
  2. A 100 кВА, 11 кВ и 230 В, 400 В, трехфазный распределительный трансформатор, устанавливаемый на опоре, для обеспечения однофазного и трехфазного питания потребителей — Великобритания.
  3. США — Распределительный трансформатор мощностью 25 кВА, 7,2 кВ и 120/240 В, устанавливаемый на опоре, со вторичной обмоткой с отводом от середины, используемый для обеспечения «расщепленной фазы» питания для жилых и небольших коммерческих помещений — США.

Похожие сообщения:

Общие сведения об электрических трансформаторах — Westline Electrical Services

Энергия вырабатывается при напряжении в сотни тысяч, но наша бытовая техника обычно работает при напряжении всего 110-250 В.Поскольку электрические опоры несут электричество, которое более чем в сто раз мощнее, чем требуется вашим бытовым приборам, прямое подключение к ним зарядного устройства для телефона или стиральной машины может привести к их взрыву. Даже энергоемкое заводское оборудование потребляет около 10% электроэнергии, проходящей по линиям электропередач. Так как же нам держать наши электрические устройства (и самих себя) подключенными к розетке?

Если вы когда-нибудь задумывались о том, как безопасно электричество поступает от электростанций по улицам и в ваши дома, вам следует поблагодарить электрические трансформаторы.

 

Что такое трансформаторы?

Как следует из названия, эти электрические устройства берут электричество из одного источника, преобразуют его напряжение, а затем передают эту энергию в другую цепь. Трансформаторы часто используются для распределения электроэнергии на большие расстояния.

Трансформаторы

используются практически везде, включая электростанции, промышленные предприятия, коммерческие помещения и жилые районы. Они могут быть высотой с многоэтажный дом или даже достаточно маленькими, чтобы поместиться внутри электрической зубной щетки.

Трансформаторы работают за счет электрической индукции, что означает, что они направляют электричество через изменяющееся магнитное поле. Они производят тепло, поэтому ваши приборы нагреваются через некоторое время после того, как они были включены.

Почему мы используем трансформаторы?

Несмотря на то, что в современном мире существует множество причин для использования трансформаторов, основными из них являются удобство и стоимость.

Никакое другое электрическое устройство не работает так, как трансформатор. Трансформаторы на самом деле не производят энергию, но они помогают эффективно и безопасно распределять ее в другие места.По сравнению с другими системами, трансформаторы имеют меньше отходов при передаче энергии, что делает их очень полезными для распределения электроэнергии в отдаленные места.

Энергия, которую вырабатывает электростанция, используется для различных целей, от заводских машин до небольших домов. Каждая установка имеет свои собственные требования к электричеству и напряжению. Гораздо проще производить электричество высокого напряжения, а затем использовать трансформаторы для преобразования его в более низкое напряжение по мере необходимости.

Как работают трансформаторы?

Базовый трансформатор состоит из четырех основных частей:

Входное соединение — это сторона, к которой подключается источник питания, подлежащий преобразованию, также называемая первичной стороной .

Выходное соединение – Второй контур подключается к выходному соединению. Преобразованная энергия вытекает отсюда; в зависимости от того, что требуется, напряжение выше или ниже мощности, поступающей через входное соединение.

Обмотки – Обмотки состоят как минимум из двух катушек. Первая катушка, подключенная к вводу питания, называется первичной катушкой . Вторичная катушка подает преобразованное электричество на выходное соединение.Эти катушки могут быть дополнительно разделены на большее количество катушек, чтобы уменьшить магнитный поток и обеспечить большую мощность.

Сердечник – Сердечник представляет собой материал, через который может проходить ток. Он обеспечивает контролируемый путь для магнитного потока. Он может быть изготовлен из нескольких тонких листов многослойной стали (железный сердечник) или немагнитных материалов (воздушный сердечник).

Когда электрический ток течет от входного соединения к первичной катушке, он создает магнитное поле вокруг катушки.Если вы поместите вторичную катушку рядом с первой, на эту катушку воздействует магнитное поле, в результате чего в ней также появляется ток. Это называется электрической индукцией.

Обмотки определяют, как напряжение преобразуется внутри устройства. Каждая катушка имеет определенное количество витков; чтобы изменить напряжение, вторичная катушка должна иметь больше или меньше витков, чем первичная катушка. Отношение витков определяет выходное напряжение. Если вторичная катушка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет больше.Если у него меньше витков, то и выходное напряжение будет ниже.

Например, у вас входное напряжение 30В, а первичная обмотка имеет 2000 витков. Вторичная обмотка имеет 1000 витков или половину числа витков первичной обмотки. Это означает, что выходное напряжение также будет вдвое меньше входного напряжения, в результате чего на выходе будет 15 В. Простая формула, чтобы запомнить это:

Количество витков в первичной обмотке    =    Входное напряжение

Количество витков вторичной обмотки        Выходное напряжение

Из-за особенностей трансформаторов все они производят отработанное тепло.Если он станет слишком горячим, трансформатор может перегреться, получить повреждения и сделать его менее надежным. Обычно это не большая проблема с небольшими предметами, такими как зарядные устройства, но с этой проблемой могут столкнуться более крупные машины с более высокими требованиями к напряжению. Чтобы снизить риск перегрева, многие трансформаторы предназначены для поддержания температурного баланса и могут иметь встроенные системы охлаждения.

 

Типы трансформаторов

Существуют различные способы классификации трансформаторов, например, по напряжению или использованию.

 

Напряжение

Наиболее распространенная и широко используемая классификация трансформаторов – по напряжению. Они бывают двух видов: повышающие трансформаторы и понижающие трансформаторы.

Повышающие трансформаторы — это трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная обмотка. Это означает, что выходное напряжение будет выше, чем входное напряжение, отсюда и название «шаг- до ». Их можно найти в генераторах электростанций, подключенных к электрическим сетям.

Понижающие трансформаторы работают наоборот: во вторичной обмотке на меньше витков, чем в первичной обмотке. Выходное напряжение будет ниже входного. Это преобразует высоковольтную мощность электростанций в более низкий уровень, более пригодный для использования в офисах, домах и фабриках.

 

Применение

Трансформаторы разных размеров используются для разных уровней входа и выхода. Трансформаторы большего размера (например, в энергосистемах) часто могут обеспечивать передачу гораздо более высокого напряжения, чем трансформаторы меньшего размера (например, в бытовой технике).

 

Силовой трансформатор – Силовые трансформаторы используются на электростанциях и передающих подстанциях. Они могут выдерживать очень высокие напряжения, более 33 000 В.

Распределительный трансформатор . Распределительный трансформатор меньше по размеру, чем силовой трансформатор, менее эффективен и рассчитан на более низкое напряжение, но его также проще установить. Они используются для распределения энергии от 110 до 220 В.

Трансформаторы также можно классифицировать по материалам сердечника, обмоткам и источнику питания.

 

Электрические трансформаторы — это крупная технологическая инновация, которая предоставила нам безопасную и эффективную энергию, которую можно использовать для самых разных целей. Благодаря индукционному процессу мы можем без проблем подключать наши приборы и оборудование — все с различными требованиями к напряжению — к сети.

 

Мы надеемся, что эта статья оказалась для вас информативной. Помните, что если вам нужна помощь в понимании трансформаторов или у вас есть какие-либо общие вопросы по электрике, пожалуйста, свяжитесь с нашими дружелюбными и лицензированными подрядчиками по электротехнике в Перте.

 

Как трансформаторы играют важную роль в промышленных приложениях?

Электрические трансформаторы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Применение трансформатора может быть как бытовым, так и промышленным. Различные типы трансформаторов используются для повышения или понижения напряжения для различных устройств.

Давайте взглянем на некоторые распространенные промышленные применения трансформаторов:

Применение в автомобильной промышленности:

Электромобили — это многообещающие автомобили, которые вызывают ажиотаж на рынке.Их батареи заряжаются от источника питания. Тем не менее, специальный трансформатор необходим для контроля и управления напряжением электричества, которое используется для зарядки аккумуляторов. Передовые технологии и инновации привели к разработке «умных трансформаторов», которые можно использовать для одновременной зарядки нескольких электромобилей.

Применение в сталелитейной промышленности:

Заводы по производству стали полагаются на подачу высоких токов в различном диапазоне напряжений для своей работы.Этому требованию отвечают специализированные высоковольтные трансформаторы. Такие трансформаторы могут выдерживать экстремальные диэлектрические, механические и тепловые ограничения сталеплавильной печи.

Применение в электрохимической промышленности:

Электролиз таких элементов, как медь, алюминий, цинк или хлор, необходим в различных процессах гальваники. Выпрямительные трансформаторы специально разработаны для эффективного проведения такого процесса электролиза.

Разное:

Помимо вышеупомянутого промышленного применения, электрические трансформаторы также используются в следующих секторах:

  • Аэрокосмическая промышленность
  • Аудиосистемы
  • Военные субподрядчики
  • Текущая трансформация
  • Биохимический и биомедицинский
  • Связь
  • Обработка данных
  • Схемы часов и таймера
В зависимости от типа промышленного применения вы можете выбрать наиболее подходящий трансформатор для эффективного выполнения операций.

Базовая электроника – Классификация трансформаторов по использованию

В предыдущей статье мы обсуждали классификацию трансформаторов по материалу сердечника, геометрии и уровням напряжения. Трансформаторы также можно классифицировать по их применению и использованию. Давайте сначала рассмотрим две широкие категории вариантов использования – трансформаторы, используемые в области электротехники, и трансформаторы, используемые в области электроники.

Трансформаторы, используемые в электротехнике, классифицируются по их применению следующим образом:

  • Мощность
  • Распределение
  • Измерение

В области электроники трансформаторы классифицируются по частотному диапазону их работы следующим образом:

  • Импульс
  • Аудио
  • ЕСЛИ
  • РФ

Силовые трансформаторы
Силовые трансформаторы используются для снижения линейного напряжения в сети 60 Гц.Эти трансформаторы бывают разных размеров, форм и коэффициентов намотки. Они могут быть как большими, как комната, так и маленькими, как кубик Рубика, в зависимости от того, где они используются, от электростанций и линий электропередач высокого напряжения до силовой части электроприборов. Силовые трансформаторы используются для преобразования переменного напряжения (как правило, для понижения) из линии электроснабжения в электрические цепи или из одной части линии электроснабжения в другую. Эти трансформаторы обычно характеризуются максимальным напряжением и током вторичной обмотки.

Самые большие из этих трансформаторов используются на электростанциях. Инженеры ничего не могут поделать с потерями энергии из-за сопротивления проводов и мощности, потребляемой нагрузками. Таким образом, у них остается возможность передавать мощность высокого напряжения по линиям электропередач. Чем выше напряжение, тем ниже ток, поэтому потери энергии при передаче энергии минимальны. Силовые трансформаторы на электростанциях преобразуют сильноточные низковольтные напряжения в малоточные высоковольтные переменные токи. Высокоэнергетические электростанции имеют более крупные силовые трансформаторы, которые могут передавать мощность до 100 МВА по линии электропередачи.Трансформаторы средней мощности обычно имеют номинальную мощность от 50 до 100 МВА, а трансформаторы малой мощности, используемые на местных электростанциях, обычно имеют номинальную мощность от 500 до 700 кВА.

Силовые трансформаторы крупнее распределительных трансформаторов. Они спроектированы так, чтобы иметь максимальную энергоэффективность, поскольку они остаются загруженными 24 часа в сутки. Такие силовые трансформаторы могут быть подключены непосредственно к потребителю или могут быть подключены к распределительной сети. Большинство силовых трансформаторов имеют трехфазную конфигурацию, тогда как некоторые небольшие силовые трансформаторы могут иметь однофазную конфигурацию.Трехфазные силовые трансформаторы дороги, хотя и намного энергоэффективнее по сравнению с однофазными трансформаторами.

Трансформаторы

используются в различных точках передающих сетей. По линиям высокого напряжения проходят напряжения в кВ или МВ, которые не могут быть напрямую подведены к потребителю. Силовые трансформаторы используются для понижения этих напряжений до более низких напряжений в точках ответвления. Пониженные напряжения дополнительно снижаются внутри сети. Наконец, напряжение переменного тока понижается до трехфазного 230 В или 120 В среднеквадратичного значения с помощью распределительных трансформаторов для питания на стороне потребителя.

Трансформаторы силовые малогабаритные используются в силовой части электроприборов для дальнейшего понижения напряжения сети переменного тока до низкого напряжения от 5В до 50В. Большинству бытовых приборов для работы требуется напряжение от 5 В до 12 В с минимальным потреблением тока. Различные силовые трансформаторы бывают разных конструкций, конфигураций и размеров.

Автотрансформаторы
Автотрансформаторы представляют собой силовые трансформаторы, первичная и вторичная обмотки которых расположены на общей обмотке.И первичка, и вторичка находятся на одной катушке и имеют одинаковое направление. Напряжение изменяется путем изменения положения вторичного ответвления.

Однофазные и трехфазные трансформаторы
Силовые трансформаторы могут иметь однофазную или трехфазную конфигурацию. Однофазные трансформаторы имеют одну пару первичной и вторичной обмоток. Эти трансформаторы обычно используются в электроприборах, где они преобразуют уровни напряжения с постоянной частотой.

Трехфазные трансформаторы имеют три пары первичных и вторичных обмоток, соединенных друг с другом.Эти трансформаторы экономически эффективны по сравнению с однофазными трансформаторами при использовании в производстве, передаче и распределении электроэнергии. Первичные и вторичные катушки в трехфазных трансформаторах могут иметь различные комбинации соединений звезды и треугольника, такие как соединения звезда-звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник или треугольник-звезда на первичной и вторичной обмотках соответственно.

Схематическое изображение типичного трехфазного трансформатора (Изображение: Quora)

Распределительные трансформаторы
Распределительные трансформаторы используются в распределительных сетях для снижения напряжения линии электропередачи до менее 33 кВ в промышленных целях и 230-440 В в бытовых целях.Обычно они используются в конце распределительной сети в качестве трансформаторов столбового типа, а также могут быть установлены на подкладке или под землей в конце распределительной сети. Они имеют небольшие размеры, не всегда полностью нагружены и могут иметь изоляцию сухого типа или погруженную в жидкость. Они могут подавать однофазную или трехфазную сеть к потребителю. Эти трансформаторы недороги и рассчитаны на КПД от 50 до 70 процентов.

Измерительные/приборные трансформаторы
Измерительные трансформаторы используются для измерения больших значений тока и напряжения и используются вместе с измерительными приборами малого диапазона в качестве точных преобразователей коэффициента.Эти трансформаторы преобразуют высокое напряжение или ток в низкое напряжение или ток с точным соотношением, которое можно измерить обычным амперметром, вольтметром или ваттметром. Это могут быть либо трансформаторы тока, которые предполагается использовать с амперметром, либо трансформаторы напряжения, которые предполагается использовать с вольтметром переменного тока.

Приборный разделительный трансформатор 120:120 с двумя обозначениями полярности (Изображение: Википедия).

По сути, это изолирующие трансформаторы, которые надежно изолируют линию питания с измерительным прибором.Напряжение линии питания точно понижается за счет высокого коэффициента трансформации до более низкого напряжения, так что обычный измерительный прибор может легко его измерить. Трансформаторы тока подключаются последовательно к линии питания для измерения тока. Ток линии питания измеряется как сумма тока возбуждения и вторичного тока, умноженная на коэффициент трансформации. Трансформаторы тока с меньшей точностью также используются в качестве защитных трансформаторов.

Для измерения больших значений напряжения первичная часть трансформаторов напряжения или трансформаторов напряжения подключается к линии питания, а напряжение линии питания снижается до безопасного предела на вторичной обмотке.Трансформаторы напряжения могут быть электромагнитными, емкостными или оптическими. Электромагнитные типы представляют собой простые понижающие трансформаторы с проволочной обмоткой, конденсаторные типы используют конденсаторный делитель напряжения, а оптические типы используют оптоэлектронные компоненты.

Импульсные трансформаторы
Импульсные трансформаторы представляют собой малогабаритные трансформаторы, монтируемые на печатную плату, используемые в электронных устройствах для генерации импульсов фиксированной амплитуды. Эти трансформаторы изолируют цепь цифровой нагрузки и подают на нее импульсы постоянной амплитуды.

Трансформаторы звуковые
Трансформаторы, используемые в электронике, целесообразнее классифицировать по частотному диапазону их работы. Электронные преобразователи, работающие в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц, классифицируются как звуковые преобразователи. Как правило, это малогабаритные трансформаторы общего назначения с многослойным сердечником E-I, аналогичные типичным трансформаторам общего назначения на 60 Гц. Это могут быть повышающие или понижающие трансформаторы. Аудиотрансформаторы в основном используются для согласования импеданса и рассчитаны на практически нулевое реактивное сопротивление.В звуковом трансформаторе может быть несколько первичных и вторичных катушек, которые могут быть разделены или иметь отвод от центра.

Трансформаторы ПЧ
Трансформаторы ПЧ используются для настройки сигналов промежуточной частоты. Это экранированные трансформаторы, обычно имеющие ферритовый сердечник с высокой проницаемостью.

ВЧ трансформаторы
Электронные трансформаторы, которые используются на радиочастотах, называются ВЧ трансформаторами. Это могут быть трансформаторы с проволочной обмоткой, такие как силовые трансформаторы, или трансформаторы линий электропередач.Наиболее распространены проволочные трансформаторы с тороидальным сердечником из порошкового железа. ВЧ-трансформаторы с воздушным сердечником используются для приложений большой мощности. В то время как трансформаторы с сердечником из порошкового железа обладают высокой проницаемостью и самоэкранированием, трансформаторы с воздушным сердечником гораздо более энергоэффективны, хотя и имеют значительные электромагнитные помехи. Эти трансформаторы также называются широкополосными трансформаторами и используются для диапазона частот от 3 МГц до 30 МГц. На более высоких частотах в качестве четвертьволновых антенн используются трансформаторы линий передачи.Это могут быть линии с параллельными проводами или коаксиальные кабели.

Применение трансформаторов
Трансформаторы широко используются как в электротехнике, так и в электронике. В электротехнике трансформаторы обычно используются для понижения напряжения переменного тока на электростанциях, в распределительных сетях или для измерения. В электронике трансформаторы используются во многих приложениях, таких как повышение или понижение напряжения, согласование импеданса, генерация импульсов, связь и изоляция.

Трансформаторы, используемые в области электроники, обычно имеют свои характеристики, такие как первичное напряжение, вторичное напряжение и номинальная мощность.Как правило, цветовые схемы обозначают выводы первичной обмотки, вторичной обмотки и центрального отвода.

Занятие 12
Довольно о трансформаторах. Теперь, когда вы хорошо знакомы с работой и техническими характеристиками трансформаторов, пришло время опробовать некоторые схемы. Получите принципиальные схемы и испачкайте руки некоторыми схемами для хобби, в которых используются трансформаторы, такие как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, 12-вольтовый или 9-вольтовый симметричный настольный источник питания, аудиоусилитель мощности и предварительный усилитель.Проверьте роль и требуемые характеристики трансформаторов, используемых в этих цепях.

Упражнение 13
Подготовьте список некоторых трансформаторов генерации импульсов по их номерам деталей. Загрузите и проверьте их таблицы данных. Выясните важные электрические характеристики, упомянутые в их спецификациях, которые могут быть полезны в их применении.

В следующей статье мы обсудим блоки питания.


Filed Under: Tutorials

 


Конструкция и типы кораблей Используемые трансформаторы

Назначение судового трансформатора состоит в том, чтобы изолировать различные части системы распределения электроэнергии на несколько секций, обычно для получения различных уровней напряжения, а иногда также для фазового сдвига.

Искажение напряжения в судовой электросети

Фазосдвигающие трансформаторы могут использоваться для питания преобразователей частоты, например. для приводов с переменной скоростью, чтобы уменьшить введение искаженных токов в электрическую сеть на корабле за счет подавления наиболее доминирующих гармонических токов. Это снижает искажения напряжения для судовых генераторов и других потребителей.

Судовые трансформаторы также обладают эффектом демпфирования высокочастотного шума, излучаемого проводником, особенно если трансформатор оснащен заземленным медным экраном между первичной и вторичной обмотками.

Конструкция и типы судовых трансформаторов

Существует множество различных конструкций трансформаторов, наиболее распространенными из которых являются; с воздушной изоляцией сухого типа, с изоляцией из смолы (литой или намотанный) или с изоляцией маслом/жидкостью.

Правила, условия окружающей среды и предпочтения пользователя, верфи или поставщика определяют выбор типа, материала и конструкции судового трансформатора.

Физически трансформатор обычно состоит из трехфазных блоков с трехфазными первичными и трехфазными вторичными катушками вокруг общего магнитного сердечника.Магнитный железный сердечник представляет собой закрытый путь для магнитного потока, обычно с тремя вертикальными опорами и двумя горизонтальными ярмами; один внизу и один вверху. Внутренняя обмотка представляет собой низковольтную или вторичную обмотку, а внешняя — первичную или высоковольтную обмотку. Отношение первичной обмотки к вторичной дает коэффициент трансформации .

Катушки могут быть соединены Y-образным или D-образным соединением (также называемым D-соединением). Соединение может быть различным на первичной и вторичной сторонах, и в таких трансформаторах не только будет преобразована амплитуда напряжения, но и будет внесен фазовый сдвиг между первичным и вторичным напряжениями.Фазовый сдвиг также можно регулировать с помощью Z-образных обмоток
, обычно в первичной обмотке, где угол фазового сдвига можно точно определить по соотношению витков в сегментах Z-образных обмоток.

Трех- или четырехобмоточные трансформаторы с многократными вторичными обмотками также используются, напр. для приложений с многоимпульсным приводом.
Корабельный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной по схеме D, и вторичной обмоткой, соединенной по схеме Y, называется трансформатором типа Dy. Первая и заглавная буква описывает первичную обмотку , а вторая и строчная буква описывает вторичную обмотку.
Буква n используется для описания того, заземлена ли общая точка в Y-соединении, т.е. Дин или Ынын.
Трансформаторы могут быть разработаны в соответствии со стандартами IEC .

 

Судовые преобразовательные трансформаторы

Для преобразовательных трансформаторов важно, чтобы в конструкции учитывались дополнительные тепловые потери из-за высокого содержания гармонических токов. IEC также дает правила проектирования и рекомендации для таких приложений.

 

Профессиональный инструмент для

Специалист по электротехнике (ETO)

Лучшая недорогая многофункциональная магнитная отвертка

 

Интеллектуальные трансформаторы сделают сеть чище и гибче

Тем не менее, пришло время выйти за рамки обычного трансформатора.Во-первых, трансформаторы громоздки. Они часто охлаждаются маслом, которое может протекать и его трудно безопасно утилизировать. Важно отметить, что трансформаторы являются пассивными односторонними инструментами. Они не предназначены для адаптации к быстро меняющимся нагрузкам. Этот недостаток быстро станет невыносимым, поскольку распределенные источники энергии, такие как ветряные турбины, солнечные панели и аккумуляторы электромобилей, подают в сеть все больше и больше энергии.

К счастью, исследования нового типа технологии, которая могла бы устранить все эти ограничения, достигли значительных успехов.Благодаря недавним достижениям в области силовой электроники мы теперь можем размышлять над созданием интеллектуальных и эффективных «твердотельных трансформаторов» или SST. Они обещают справиться с задачами, которые трудно, если вообще возможно, выполнить с помощью обычного трансформатора, например, управлять сильно изменчивым двусторонним потоком электроэнергии между, скажем, микросетью и основной сетью. Более того, эти интеллектуальные трансформаторы могут быть модульными, что упрощает их транспортировку и установку. И они могут быть значительно меньше, чем эквивалентный обычный трансформатор, примерно вдвое легче и втрое меньше по объему.

В ближайшем будущем SST могут стать благом для аварийно-восстановительных работ в местах с поврежденной электрической инфраструктурой и для таких объектов, как военно-морские суда, где объем и вес имеют большое значение. В дальнейшем они могли бы переопределить электрическую сеть, создав системы распределения, способные приспособиться к большому притоку возобновляемой и накопленной энергии, значительно повысив стабильность и энергоэффективность процесса.

Сети переменного тока используют напряжение в сотни тысяч вольт для передачи энергии на большие расстояния.Но по мере того, как ток приближается к своим нагрузкам, напряжение снова должно снижаться. Таким образом, трансформаторы используются по всей сети для повышения напряжения, выходящего из электростанции, до высокого напряжения, чтобы его можно было передавать с большой эффективностью, и для понижения его на конце распределения до уровней, соответствующих электростанциям, предприятиям. , и дома.

Несмотря на то, что за прошедшие годы трансформатор неоднократно улучшался, по сути, это технология 19-го века, в которой используются простые принципы электромагнетизма.В самом простом варианте две катушки намотаны на магнитный сердечник. Поскольку переменный ток, проходящий через одну катушку провода — первичную — меняется со временем, он создает магнитное поле в сердечнике, которое также меняется во времени. Это изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, индуцирует переменный ток и напряжение в другой катушке — вторичной. Отношение входного, или первичного, напряжения к выходному, или вторичному, напряжению определяется соотношением витков первичной и вторичной катушек.

Трансформеры

обладают рядом замечательных свойств.Они эффективны и прочны, а также обладают очень полезной функцией, называемой гальванической развязкой. Поскольку входная и выходная стороны трансформатора связаны только магнитными полями, ток не может протекать непосредственно через устройство от первичной обмотки к вторичной. Эта изоляция является важной функцией безопасности, которая помогает предотвратить попадание высоковольтного электричества в те места, куда оно не должно поступать.

Некоторые трансформаторы способны работать с определенной изменчивостью. Распределительные трансформаторы могут быть оснащены переключателем ответвлений, который механически переключается между различными частями катушки, уменьшая или увеличивая количество витков, чтобы уменьшить или увеличить напряжение в ответ на большие изменения нагрузки.

Но эти трансформаторы с ответвлениями плохо приспособлены к частым и большим колебаниям напряжения, которые могут иметь место в настоящее время. Вместо того, чтобы менять один или два раза в день, как это было много лет назад, переключатели ответвлений теперь могут легко менять положение более дюжины раз, что приводит к значительному увеличению износа.

Если бы мы могли разработать трансформатор, для которого не требуется механический инструмент для регулировки напряжения, мы могли бы сократить значительные расходы на инфраструктуру распределения. Естественным решением, конечно же, является применение наиболее подходящей технологии, а именно силовой электроники.

И действительно, несколько инженеров изучают идею «гибридного трансформатора», который добавляет силовую электронику для помощи в управлении напряжением. Но необходимы новые высоковольтные полупроводниковые устройства, если мы хотим создать более эффективные электронные распределительные трансформаторы. И до недавнего времени не было переключателей со всеми нужными свойствами.

Тиристоры

, например, можно использовать для создания преобразователей, которые можно подключать к высоковольтным линиям. Но преобразователи заняли бы много места.Это потому, что тиристоры не предназначены для высокочастотной работы. Чем ниже частота, тем больше должны быть пассивные элементы системы, в частности катушки индуктивности и конденсаторы. Вы можете думать об этих компонентах как об устройствах хранения заряда; чем ниже частота, тем больше времени им нужно для размещения зарядов, протекающих через них, а это значит, что они должны быть достаточно большими.

Лучшее решение для силовой электроники — кремниевый биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).Эти устройства использовались для создания SST для железнодорожных приложений в Европе. И они, конечно, быстрее. Но самые строгие коммерческие устройства могут выдерживать напряжения всего до 6,5 киловольт. Хотя это напряжение пробоя идеально подходит для ряда энергетических приложений, его недостаточно для работы с электричеством, проходящим через распределительные трансформаторы; в Соединенных Штатах типичное напряжение в нижней части спектра составляет 7,2 кВ.

Конечно, если бы несколько таких IGBT были соединены последовательно, их можно было бы использовать для создания SST, способного работать с напряжением.Но небольшие производственные различия означают, что каждый IGBT будет переключаться при немного отличающемся напряжении, а это означает, что некоторые транзисторы будут переключаться раньше, чем другие, выдерживая большую нагрузку. Конденсаторы могут помочь выровнять напряжения, но в результате они будут громоздкими, неэффективными, менее надежными и более дорогими.

К счастью, кремний — не единственный вариант. За последние 10 лет были достигнуты большие успехи в разработке переключателей на основе составных полупроводников, в частности карбида кремния.Карбид кремния обладает рядом привлекательных свойств, которые обусловлены его большой шириной запрещенной зоны — энергетическим барьером, который необходимо преодолеть, чтобы перейти от изолятора к проводнику. Ширина запрещенной зоны карбида кремния составляет 3,26 электрон-вольт против 1,1 эВ кремния, что означает, что материал может подвергаться воздействию значительно более высоких электрических полей и температур, чем кремний, без разрушения. А поскольку этот составной полупроводник может выдерживать гораздо более высокие напряжения, силовые транзисторы, построенные из него, можно сделать более компактными, что, в свою очередь, позволяет им переключаться намного быстрее, чем их аналоги на основе кремния.Более высокая скорость переключения также снижает потери энергии, поэтому транзисторы из карбида кремния могут проводить больший ток при заданном тепловом балансе.

Уменьшение размера: На этом наборе полок в Системном центре FREEDM находится часть TIPS, трехфазного твердотельного трансформатора. Обычный компонент трансформатора TIPS (серые прямоугольники внизу) может быть небольшим благодаря силовой электронике, которая преобразует электричество в высокую частоту. Фото: Субхашиш Бхаттачарья/NCSU

Вдохновленный разработками в области устройств из карбида кремния и соответствующими исследованиями, финансируемыми Университетом США.Научно-исследовательский институт электроэнергетики, расположенный в Южной Каролине, группа из Университета штата Северная Каролина в 2007 году подала заявку на получение гранта от Национального научного фонда США. Мы использовали грант для открытия Центра систем доставки и управления возобновляемой электроэнергией будущего (FREEDM) с целью продвижения технологий, которые нам понадобятся для модернизации электросети, чтобы сделать ее более безопасной, надежной и экологически устойчивой.

SST были большим приоритетом для центра, и мы стремились заняться как однофазными, так и трехфазными распределительными трансформаторами.Чтобы понять разницу, вот небольшая предыстория. Энергия, вытекающая из подстанций, обычно передается по трем проводам, каждый из которых несет переменный ток, который на 120 градусов не совпадает по фазе с двумя другими. Эти линии могут быть разделены и пропущены по отдельности (вместе с нейтральной линией) через однофазный трансформатор, чтобы, например, подавать довольно низковольтную электроэнергию в жилые районы. Или линии могут быть объединены в трехфазном фидере в места с более высоким потреблением энергии, такие как центры обработки данных, фабрики, коммерческие здания и торговые комплексы.

В FREEDM мы начали с работы над SST, предназначенными для работы с этим низковольтным однофазным питанием. Трансформаторы в некоторых отношениях похожи на импульсные источники питания, которые теперь повсеместно используются в качестве источников питания для портативных компьютеров и других устройств.

Наш подход заключался в построении SST из трех модулей. Первый, называемый входным преобразователем, принимает входящий переменный ток напряжением, скажем, 7,2 кВ и преобразует его в постоянный ток (из-за особенностей нашей конструкции этот постоянный ток имеет несколько более высокое напряжение).Преобразование переменного тока в постоянный выполняется с помощью набора мощных транзисторов. В первом воплощении это было сделано с помощью кремниевых IGBT, а во втором SST мы сделали это с помощью раннего переключателя из карбида кремния: полевого транзистора металл-оксид-полупроводник из карбида кремния или MOSFET.

Для преобразования поступающего электричества, которое в США колеблется с частотой 60 герц, в постоянный ток требуется два взаимодополняющих набора транзисторов. Один комплект работает, когда поступающее переменное электричество имеет положительное напряжение, а другой комплект работает, когда на нем отрицательное напряжение.Благодаря тому, как транзисторы подключены, независимо от напряжения поступающего электричества, заряд накапливается на конденсаторе, который постоянно разряжается для создания постоянного тока. Мы используем транзисторы для выполнения этого процесса выпрямления вместо традиционных диодов, потому что мы можем запускать их на частоте, во много раз превышающей входящую частоту. Это позволяет нам очень тонко нарезать синусоидальный входной ток, чтобы мы не вводили шум и нежелательные гармоники вверх по течению. Это создало бы отклонения от четких синусоидальных волн напряжения и тока и, следовательно, бесполезную энергию, которая была бы потеряна для нагрева.

Во втором модуле другой набор транзисторов преобразует поступающий постоянный ток в переменный ток с частотой, измеряемой в килогерцах. Затем этот ток пропускают через обычный, хотя и высокочастотный, трансформатор для понижения напряжения, скажем, до 800 В.

Почему высокая частота? По сути, размер трансформатора обратно пропорционален частоте напряжения, которое он должен преобразовать. Чем выше частота, тем меньше трансформатор и, как бонус, тем эффективнее он будет.После снижения напряжения набор устройств с более низким напряжением преобразует этот все еще высокочастотный переменный ток обратно в постоянный ток.

Третий модуль представляет собой инвертор, который использует еще один набор транзисторов для преобразования электроэнергии постоянного тока обратно в переменный ток с частотой сети, после чего его можно безопасно подавать конечным пользователям.

Первый однофазный SST, который мы построили, был разработан для изучения ограничений кремния; второй позволил нам протестировать устройства из карбида кремния.И если бы были какие-то сомнения в преимуществах карбида кремния по сравнению с кремнием, их можно было бы разрешить, сравнив эти два SST. Нашему кремниевому трансформатору потребовалось три комплекта кремниевых IGBT, соединенных последовательно, для преобразования входящего электричества 7,2 кВ в стандартное выходное напряжение 120 и 240 В, и он мог работать только на частотах до 3 кГц. На этой частоте обычный трансформатор был меньше, а нам понадобилось их три. Версия с карбидом кремния могла выполнять ту же задачу с одним набором транзисторов, и она могла работать на частоте 20 кГц — частоте, которая позволила нам использовать трансформатор во втором модуле, размер которого составлял всего 20 процентов от размера обычного трансформатора на 60 Гц. .В целом, наша однофазная SST из карбида кремния была в три раза меньше своего обычного аналога.

Итак, в конце концов, мы просто взяли один большой трансформатор и заменили его меньшим с большим количеством дорогостоящей электроники? Не совсем. Как и гибридный трансформатор, созданный нами трансформатор может автоматически и быстро приспосабливаться к изменениям напряжения в широком диапазоне, что устраняет необходимость в механических переключателях ответвлений. Но это также интеллектуальное устройство управления энергопотреблением, которое может работать с широким спектром нагрузок и источников, обеспечивая гораздо большую гибкость и отказоустойчивость, чем обычный или гибридный трансформатор.

При трехмодульном подходе батареи и возобновляемые источники энергии могут подключаться непосредственно к одной стороне центрального модуля SST. В результате эти источники энергии могут иметь прямой интерфейс постоянного тока с сетью. Такое расположение значительно уменьшит потери энергии, когда солнечные панели, ветряные турбины и т.п. перекачивают энергию обратно в сеть, поскольку генерируемую ими электроэнергию не нужно будет преобразовывать в переменный ток для прохождения через близлежащие трансформаторы. .

Наша работа над однофазными SST побудила нас расширить наши усилия по созданию трехфазного SST. Это означало бы создание трансформатора, способного обслуживать все три линии, отходящие от подстанции или проходящие по цепи распределительного фидера. Обычное входное напряжение составляет 13,8 кВ, которое преобразуется в 480 В для промышленных и коммерческих целей.

Здесь, при таком относительно высоком напряжении, полевые МОП-транзисторы на основе карбида кремния были не лучшим выбором; они теряют много энергии, когда через них протекает ток, и потери тем больше, чем выше напряжение и температура.К счастью, корпоративный партнер Cree, расположенный рядом с университетом, работал над IGBT на основе карбида кремния. Они теряют больше энергии, чем МОП-транзисторы, когда переключаются, но они могут пропускать больший ток через ту же площадь и, следовательно, быть еще более компактными.

В 2010 году Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США выделило нашей команде 4,2 миллиона долларов США на создание трехфазного SST из этих устройств. Мы назвали проект «Бестрансформаторная интеллектуальная силовая подстанция» или TIPS.Я признаю, что это несколько странное название: TIPS — это не подстанция, и в ней нет трансформатора. Но часть названия «подстанция» появилась потому, что мы хотели подчеркнуть, насколько умным и способным может быть SST. И «бестрансформаторный» на самом деле относится к идее использования меньшего количества традиционной трансформаторной технологии за счет работы на довольно высокой частоте.

Фотографии: Кри Преобразование в трех частях: TIPS (Бестрансформаторная интеллектуальная силовая подстанция) была завершена в 2015 году и стала первым трехфазным трансформатором, изготовленным с твердотельными устройствами.Трансформатор состоит из трех модулей и включает небольшие обычные однофазные трансформаторы, работающие на высокой частоте.

С таким количеством различных шагов преобразования можно подумать, что SST, такие как TIPS, значительно менее эффективны, чем обычные трансформаторы. Но на самом деле они работают очень хорошо. Трансформаторы сегодня имеют КПД более 99 процентов, когда они работают на полную мощность, при этом менее 1 процента электроэнергии теряется на тепло. Но КПД падает до 95 процентов для трансформатора, работающего на 30–50 процентов мощности.Напротив, мы ожидаем, что SST, такие как TIPS, будут иметь эффективность 98 процентов, независимо от нагрузки. Более того, плавно регулируя напряжение, SST может снизить зависимость от повышающего тока — крайне неэффективного средства, которое используется сегодня, чтобы гарантировать, что пользователю будет достаточно мощности, даже если напряжение в линии падает.

Наша команда не единственная, кто построил SST. Но с помощью TIPS мы смогли продемонстрировать, что могут предложить карбидокремниевые IGBT: новый класс трехфазных трансформаторов, которые одновременно компактны и сверхмощны.

Все еще существуют препятствия для широкого внедрения. Одним из них является способность выдерживать экстремальные условия. Традиционные трансформаторы выдерживают удары молнии и скачки напряжения, не допуская перегрева. Но силовая электроника значительно менее снисходительна; транзисторы маленькие и имеют малую тепловую инерцию, а значит нагреваются почти мгновенно. Зависящие от напряжения резисторы и ограничители перенапряжения, установленные на стороне высокого напряжения SST, могут помочь компенсировать это ограничение.

Еще одним препятствием является стоимость. IGBT на основе карбида кремния, которые мы использовали для изготовления TIPS, были экспериментальными устройствами, коммерчески недоступными. Такие компании, как Cree, General Electric, Infineon, Mitsubishi и Rohm, продолжают разработку этих устройств. С тех пор Cree продолжает производить версии на 20 и 24 кВ. Эти более высокие номиналы напряжения могут привести к тому, что SST потребует значительно меньшего количества устройств, что позволит сэкономить на стоимости и пространстве. Но IGBT на основе карбида кремния все еще находятся на ранней стадии разработки, и их коммерциализация будет частично зависеть от практических аспектов, таких как возможность производить их с меньшим количеством дефектов.Может пройти несколько лет, прежде чем карбидокремниевые IGBT станут зрелыми и, следовательно, достаточно недорогими для производства SST, которые можно будет предлагать по конкурентоспособной цене.

Тем временем наша группа получила значительную поддержку в исследовании создания SST с использованием более зрелых 10-кВ карбидокремниевых полевых МОП-транзисторов. Эти транзисторы должны быть соединены последовательно, чтобы выдерживать трехфазные распределительные напряжения, и они не будут такими эффективными, как IGBT. Но они все еще могут предложить путь к созданию трансформаторов меньшего размера, чем мы имеем сегодня, со всеми интеллектуальными возможностями и функциональностью SST, которые мы продемонстрировали.

Вы, наверное, заметили, что если отрезать внешние модули TIPS, то получится DC-DC преобразователь. Если бы у нас были такие преобразователи на заре электричества, мы вполне могли бы увидеть, как схема распределения постоянного тока Томаса Эдисона соперничала с подходом Николы Теслы к переменному току и по сей день. В последние несколько лет это старое соперничество снова вышло на первый план. Передача постоянного тока обещает меньше потерь на больших расстояниях. И инженеры обдумывают микросети постоянного тока, чтобы более эффективно питать наши устройства, зависящие от постоянного тока, и повседневные гаджеты.Теперь мы можем делать преобразователи постоянного тока из кремниевой силовой электроники, которые достаточно эффективны для использования в таких микросетях; Версии из карбида кремния могут иметь более высокую эффективность и даже более широкое применение.

Некоторые из этих идей новы. Но они приобретают новую актуальность, поскольку мы стремимся максимально использовать наши энергетические ресурсы. SST предлагают способ радикально изменить то, как власть доходит до нас. Изменения, которые они произведут, не будут такими гламурными или заметными, как большие скачки в электронике, которые за последние 50 лет произвели революцию в нашей повседневной жизни.Но они окажут глубокое влияние на стабильность и эффективность нашей электрической инфраструктуры, что, наконец, приведет ее — в конце концов — к веку электроники.

Эта статья опубликована в печатном выпуске за июль 2017 г. под названием «Трансформация трансформера».

Об авторе

Субхашиш Бхаттачарья — профессор электротехники и вычислительной техники в Университете штата Северная Каролина.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.