Трансформаторы принцип действия: режимы, схема, назначение, из чего состоит

Содержание

Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформаторы

С открытием и началом промышленного использования электричества возникла необходимость создания систем его преобразования и доставки к потребителям. Так появились трансформаторы, о принципе действия которых и пойдет речь.

Появлению их на свет предшествовало открытие явления электромагнитной индукции великим английским физиком Майклом Фарадеем почти 200 лет назад. Позже он и его американский коллега Д. Генри нарисовали схему будущего трансформатора.

Трансфрматор Фарадея Трансформатор Фарадея

Первое воплощение идеи в железо состоялось в 1848 году с создания индукционной катушки французским механиком Г. Румкорфом. Свою лепту внесли и российские ученые. В 1872 году профессор Московского университета А. Г. Столетов открыл петлю гистерезиса и описал структуру ферромагнетика, а 4 года спустя, выдающийся российский изобретатель П. Н. Яблочков получил патент на изобретение первого трансформатора переменного тока.

Трансформатор Яблочкова

Как устроен и как работает трансформатор

Трансформаторы – это название огромного «семейства», куда входят однофазные, трехфазные, понижающие, повышающие, измерительные и множество других типов трансформаторов. Основное их назначение – преобразование одного или нескольких напряжений переменного тока в другое на основе электромагнитной индукции при неизменной частоте.

Итак, кратко, как работает простейший однофазный трансформатор. Он состоит из трех основных элементов – первичной и вторичной обмоток и объединяющего их в единое целое магнитопровода, на который они как бы нанизаны. Источник подключается исключительно к первичной обмотке, в то время, как вторичная снимает и передает уже измененное напряжение потребителю.

Принцип работы трансформатораПринцип работы трансформатора

Подключенная к сети первичная обмотка создает в магнитопроводе переменное электромагнитное поле и формирует магнитный поток, который начинает циркулировать между обмотками, индуцируя в них электродвижущую силу (ЭДС). Ее величина зависит от числа витков в обмотках. К примеру, для понижения напряжения необходимо, чтобы в первичной обмотке витков было больше, чем во вторичной. Именно по такому принципу работают понижающие и повышающие трансформаторы.

Важная особенность конструкции трансформатора состоит в том, что магнитопровод имеет стальную структуру, а обмотки, как правило имеющие форму цилиндра, изолированы от него, непосредственно не связаны друг с другом и имеют свою маркировку.

Трансформаторы напряжения

Это, пожалуй, наиболее многочисленная разновидность семейства трансформаторов. В двух словах, их основная функция – сделать произведенную на электростанциях энергию доступной для потребления различными устройствами. Для этого существует система передачи электроэнергии, состоящая из повышающих и понижающих трансформаторных подстанций и линий электропередач.

Передаяа энергии по ЛЭП

Вначале электроэнергия, произведенная электростанцией, подается на повышающую трансформаторную подстанцию (к примеру, с 12 до 500 кВ). Это необходимо для того, чтобы компенсировать неизбежные потери электроэнергии при передаче на большие расстояния.

Следующий этап – понижающая подстанция, откуда электроэнергия уже по низковольтной линии подается на понижающий трансформатор и далее к потребителю в виде напряжения 220 в.

Но на этом работа трансформаторов не заканчивается. В большинстве окружающих нас бытовых электроприборов — в ПК, телевизорах, принтерах, стиральных машинах-автоматах, холодильниках, микроволновых печах, DVD и даже в энергосберегающих лампочках установлены понижающие трансформаторы. Пример индивидуального «карманного» трансформатора – зарядное устройство мобильного телефона (смартфона).

Адаптер питания

Гигантскому разнообразию современных электронных устройств и выполняемых ими функций соответствует множество различных типов трансформаторов. Это далеко не полный их список: силовые, импульсные, сварочные, разделительные, согласующие, вращающиеся, трехфазные, пик-трансформаторы, трансформаторы тока, тороидальные, стержневые и броневые.

Какие они, трансформаторы будущего

Считается, что трансформаторная отрасль весьма консервативна. Тем не менее и ей приходится считаться с революционными изменениями в области электротехники, где все громче о себе заявляют нанотехнологии. Как и множество других устройств, они постепенно «умнеют».

Элегазовые трансформаторыЭлегазовые трансформаторы

Активно ведется поиск новых конструкционных материалов – изоляционных и магнитных, способных обеспечить более высокую надежность трансформаторного оборудования. Одним из направлений может стать использование аморфных материалов, что значительно повысит его пожарную безопасность и надежность.

Появятся взрыво- и пожаробезопасные трансформаторы, в которых хлордифенилы, используемые для пропитки электроизоляционных материалов, будут заменены нетоксичными жидкими, экологически безопасными диэлектриками.

Элегазовые трансформаторыЭлегазовые трансформаторы

Примером тому — элегазовые силовые трансформаторы, где функцию хладагента выполняет негорючий элегаз гексафторид серы, вместо далеко не безопасного трансформаторного масла.

Вопрос времени – создание «умных» электросетей, оснащенных полупроводниковыми твердотельными трансформаторами с электронным управлением, с помощью которых появится возможность регулировать напряжение в зависимости от потребностей потребителей, в частности, подключать к домашней сети возобновляемые и промышленные источники питания, или наоборот отключать лишние, когда в них нет необходимости.

Еще одно перспективное направление – низкотемпературные сверхпроводимые трансформаторы. Работа по их созданию началась еще в 60-е годы. Главная проблема, с которой столкнулись ученые – огромные размеры криогенных систем, необходимых для изготовления жидкого гелия. Все изменилось в 1986 году, когда были открыты сверхпроводниковые высокотемпературные материалы. Благодаря им, появилась возможность отказаться от громоздких охлаждающих устройств.

Трансформатор с полупроводниковым преобразователемТрансформатор с полупроводниковым преобразователем

Сверхпроводимые трансформаторы обладают уникальным качеством: при высокой плотности тока потери в них минимальны, зато, когда ток достигает критических значений, сопротивление от нулевого уровня резко увеличивается.Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

Принцип действия и конструкция трансформаторов — Студопедия
 
 

Т р а н с ф о р м а т о р о мназывается электромагнитное статическое устройство (аппарат), предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции электрической энергии переменного тока одного напряжения (частоты) в электрическую энергию другого напряжения (частоты).

Рис. 1. Принцип действия однофазного трансформатора

Принцип действия трансформатора [1] основан на явлении электромагнитной индукции (рис. 1). Если одну из обмоток трансформатора подключить к источнику переменного напряжения

, то по этой обмотке потечет переменный ток , который создаст в сердечнике переменный магнитный поток . Этот поток сцеплен как с одной, так и с другой обмоткой и, изменяясь, будет индуцировать в них ЭДС и . Так как в общем случае обмотки могут иметь различное число витков , то индуцируемые в них ЭДС будут отличаться по значению. В той обмотке, которая имеет большее число витков, индуцируемая ЭДС будет больше, чем в обмотке, имеющей меньшее число витков. Индуцируемая в первичной обмотке ЭДС примерно равна приложенному напряжению и будет почти полностью его уравновешивать. Ко вторичной обмотке подключаются различные потребители электроэнергии, которые будут являться нагрузкой для трансформатора. В этой обмотке под действием индуцируемой в ней ЭДС
возникает ток , а на ее выводах установится напряжение , которые будут отличаться от тока и напряжения первичной обмотки. В этом случае магнитный поток создается токами обеих обмоток.


Трансформатор нельзя включать в сеть постоянного тока, т.к. в этом случае магнитный поток будет неизменным во времени и не будет индуцировать ЭДС в обмотках. Вследствие этого в первичной обмотке будет протекать большой ток, т.к. при отсутствии ЭДС он будет ограничиваться только относительно небольшим активным сопротивлением обмотки, что недопустимо во избежание перегорания обмотки.

Данное устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных электрически не связанных между собой обмоток, расположенных на ферромагнитном магнитопроводе. Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем. Магнитопровод всегда выполняют ферромагнитным для усиления магнитной связи между обмотками.

Обмотка трансформатора, потребляющая энергию из сети, называется п е р в и ч н о й обмоткой (обмотка 1 на рис. 1), а обмотка, отдающая энергию в сеть, – в т о р и ч н о й (обмотка 2 на рис. 1). Обмотки трансформатора подключаются к сетям с различными напряжениями. Обмотка, предназначенная для присоединения к сети с более высоким напряжением, называется о б м о т к о й в ы с ш е г о н а п р я ж е н и я(ВН), а подсоединяемая к сети с меньшим напряжением – о б м о т к о й н и з ш е г о н а п р я ж е н и я(НН). Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется п о н и ж а ю щ и м, а если больше – п о в ы ш а ю щ и м. В зависимости от включения тех или иных обмоток к сети каждый трансформатор может быть как повышающим, так и понижающим.


Трансформаторы с двумя обмотками называются д в у х о б м о т о ч н ы- м и, с тремя – т р е х о б м о т о ч н ы м и. Изготавливаются и многообмоточные трансформаторы, которые имеют несколько первичных или вторичных обмоток. В зависимости от числа фаз трансформаторы подразделяются на о д н о ф а з н ы е, т р е х ф а з н ы е и м н о г о ф а з н ы е.

Наиболее широкое распространение получили трехфазные силовые трансформаторы, предназначенные для передачи и распределения электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях. Силовые трансформаторы бывают м а с л я н ы е и с у х и е. В масляных трансформаторах сердечник с обмотками помещают в бак с трансформаторным маслом, которое выполняет одновременно роль электрической изоляции и охлаждающего агента. Однако трансформаторное масло является горючим, в связи с чем при аварии таких трансформаторов существует определенная опасность возникновения пожара. Поэтому в общественных и жилых зданиях, а также в ряде других случаев применяются сухие трансформаторы, охлаждение которых осуществляется воздухом.

М а г н и т о п р о в о д является конструктивной основой трансформатора и служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути потока, а следовательно, и МДС и тока, необходимых для создания потока, магнитопровод выполняют из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов толщиной 0,35 – 0,5 мм (в зависимости от частоты питающего напряжения). Обычно при частоте питающей сети толщина листов составляет 0,35 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего с помощью лаковой пленки, которая наносится с двух сторон листа.

В магнитопроводе различают стержни и ярма.

С т е р ж е н ь – это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки.

Я р м о – часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания цепи.

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы разделяют на с т е р ж н е в ы е и б р о н е в ы е (рис. 2).

В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей (рис. 2(а)). В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их «броней» (рис. 2(б)).

 
 

Рис. 2. Однофазный стержневой (а) и броневой (б) трансформатор

В броневом магнитопроводе (рис. 2(б)) имеется один стержень и два ярма, охватывающих обмотки. По каждому ярму замыкается половина магнитного потока стержня, поэтому площадь поперечного сечения каждого ярма будет в 2 раза меньше площади стержня.

Магнитопровод стержневого трансформатора (рис. 2(а)) имеет два стержня, на которых располагаются по половине обмоток 1 и 2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. При таком расположении обмоток уменьшаются потоки рассеяния и улучшаются характеристики трансформатора.

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы сос т ы к о в ы м и (рис. 3)и ш и х т о в а н н ы м и в п е р е п л е т(рис. 4) магнитопроводами.

 
 

Рис. 3. Стыковая конструкция магнитопровода однофазного (а)

и трехфазного (б) трансформатора

В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно, и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными стяжными шпильками. В местах стыка во избежание замыкания листов и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали, устанавливаются изоляционные прокладки.

При стыковой конструкции наличие немагнитных зазоров в местах стыков вызывает заметное увеличение магнитного сопротивления сердечника и вследствие этого – увеличение намагничивающего тока. Кроме того, наличие изоляционных прокладок не дает полной гарантии от возможности замыкания листов стали. Поэтому стыковые сердечники применяются редко.

Во втором случае сборка магнитопровода ведется путем чередования листов, т.е. стержни и ярма собираются вместе как цельная конструкция. В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений.

 
 

Рис. 4. Укладка листов стали шихтованных магнитопроводов

однофазных (а) и трехфазных (б) трансформаторов

О с т о в о м трансформатора называется магнитопровод вместе со всемиконструкциями и деталями, служащими для скрепления его отдельных частей.

Вследствие резко выраженной анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали улучшение ее характеристик наблюдается только при совпадении линий индукции с направлением проката. При их несовпадении происходит резкое ухудшение характеристик. Поэтому при сборке магнитопровода из этой стали листы штампуются и укладываются так, чтобы поток проходил в них по направлению проката. Если взять листы прямоугольной формы, то в местах, где линии магнитного поля поворачиваются на 90º, будет наблюдаться увеличение потерь и падения магнитного напряжения, что приведет к ухудшению характеристик трансформатора. Во избежание этого при сборке магнитопровода из холоднокатаной стали применяют косые стыки (рис. 5).

После сборки шихтованного в переплет магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются (расшихтовываются), на стержнях размещаются обмотки, после чего ярмо снова зашихтовывается.

 
 

Рис. 5. Косые стыки при сборке магнитопровода

Стержни магнитопровода трансформатора в поперечном сечении имеют форму с т у п е н ч а т о й ф и г у р ы или прямоугольника, вписанной в окружность с определенным диаметром (рис. 6(б)). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора. Увеличение числа ступеней увеличивает заполнение площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число пластин, необходимых для сборки стержня. В мощных трансформаторах в сечении магнитопровода предусматриваются каналы для его охлаждения.

 
 

Рис. 6. Поперечные сечения ярем (а) и стержней (б) трансформаторов

При стержнях, имеющих поперечное сечение, приближающееся к кругу, обмотки будут иметь вид полых цилиндров. При такой конструктивной форме обмотки (по сравнению с прямоугольной) сокращается расход материалов на ее изготовление, увеличивается электрическая и механическая прочность, но усложняется технологический процесс ее изготовления. Прямоугольное сечение стержней применяется иногда в трансформаторах броневого типа и трансформаторах небольшой мощности.

Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении сердечника. Равномерность распределения магнитного потока между пакетами можно получить, если ярмо будет иметь число ступеней, равное числу ступеней стержня. Для упрощения технологии изготовления ярм иногда число ступеней у них берут меньше, чем у стержней (рис. 6(а)).

По способу расположения на стержне обмотки трансформаторов подразделяются на к о н ц е н т р и ч е с к и е и ч е р е д у ю щ и е с я (рис. 7).

Концентрические обмотки (рис. 7(а)) выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обмоток, как правило, делается равной. В высоковольтных трансформаторах ближе к стержню располагается обмотка НН, так как при этом уменьшается изоляционное расстояние между стержнем и этой обмоткой.

В чередующихся обмотках (рис. 7(б)) катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние. Однако, при высоких напряжениях изоляция таких обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками ВН и НН.

 
 

Рис. 7. Стержень трансформатора с концентрическими (а)

и чередующимися (б) обмотками

Лабораторная работа № 2

Принцип действия и конструкция машин постоянного тока

На рис. 8 представлена простейшая машина постоянного тока (МПТ).

 
 

Рис. 8. Простейшая машина постоянного тока

Неподвижная часть машины, называемая и н д у к т о р о м, состоит из п о л ю с о в и круглого стального я р м а, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор, изображенный на рис. 1 простейшей машины, имеет два полюса 1.

Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического я к о р я 2 и к о л л е к т о р а 3. Якорь состоит из с е р д е ч н и к а, набранного из листов электротехнической стали, и о б м о т к и, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рис. 8 простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в МПТ создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготавливаются из ферромагнитных материалов.

На рис. 9 изображен полюс машины. Сердечники полюсов набираются из листов, выштампованных из электротехнической стали толщиной 0,5-1 мм, а иногда также из листов конструкционной стали толщиной до 2 мм. Так как магнитный поток полюсов в стационарных режимах не изменяется, то листы друг от друга обычно не изолируются.

Сердечник полюса стягивается шпильками, концы которых расклепываются. Нижняя, уширенная часть сердечника называется п о л ю с н ы м н а к о н е ч н и к о м или б а ш м а к о м. Расположенная на полюсе обмотка часто разбивается на 2-4 катушки для лучшего ее охлаждения.

 
 

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюсы чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов (последовательное соединение). Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет около 0,5-3 % от номинальной мощности машины.

Рис. 9. Главный полюс МПТ

Для улучшения условий токосъема с коллектора в машинах мощностью более 0,5 кВт между главными полюсами устанавливаются также дополнительные полюсы, которые меньше главных по своим размерам. Сердечники дополнительных полюсов обычно изготавливаются из конструкционной стали.

Как главные, так и дополнительные полюсы крепятся к ярму с помощью болтов. Ярмо в современных машинах обычно выполняется из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из стального листового проката, а также из стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяется.

В МПТ массивное ярмо является одновременно также станиной, т.е. той частью, к которой крепятся другие неподвижные части машины и с помощью которой машина обычно крепится к фундаменту или другому основанию.

Сердечник якоря набирается из выштампованных дисков (рис. 10) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Диски насаживаются либо непосредственно на вал (при см), либо набираются на якорную втулку ( см), которая надевается на вал. Сердечники якоря диаметром 100 см и выше составляются из штампованных сегментов электротехнической стали. Сегменты набираются на корпус якоря, который изготавливается обычно из листового стального проката и с помощью втулки соединяется с валом.

 
 

Рис. 10. Диск (а) и сегмент (б) стали якоря МПТ

В сердечнике якоря в зависимости от выбранной системы венти­ляции могут быть а к с и а л ь н ы е или р а д и а л ь н ы е к а н а л ы. Аксиаль­ные каналы образуются выштампованными в дисках сердечника отверстиями. Радиальные каналы создаются с помощью дистан­ционных распорок или ветрениц, посредством которых сердечник якоря подразделяется на отдельные пакеты 1 шириной 40-70 мм и каналы 2 между ними шириной около 5-10 мм (рис. 11).

В пазы на внешней поверхности якоря укладываются катушки обмотки якоря. Выступающие с каждой стороны из сер­дечника якоря (рис. 11) лобовые части обмотки 3 имеют вид ци­линдрического кольца и своими внутренними поверхностями опи­раются на обмоткодержатели 5, а по внешней поверхности крепятся проволочными бандажами 7. Обмотка соединяется с коллектором 4.

 
 

Рис. 11. Сердечник якоря с обмоткой МПТ

Величина воздушного зазора между полюсами и якорем в малых машинах менее 1 мм, а в крупных – до 1 см.

Устройство коллектора машины небольшой мощности показано на рис. 12. Он состоит из медных пластин 1 толщиной 3-15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками толщиной около 1 мм. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью нажимных фланцев 4, стянутых стяжными болтами 7. От нажимных фланцев пластины коллектора изолируются миканитовыми коллекторными манжетами 2. Собранный коллектор крепится на валу 6 с помощью шпонки 5. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники – «петушки» 3 – от обмотки якоря.

 
 

Рис. 12. Устройство коллектора МПТ

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щ е т о ч н ы й а п п а р а т, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают параллельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу главных полюсов, крепятся в щеточной траверсе и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности – к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах – к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение. Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Рассмотрим работу машины в р е ж и м е г е н е р а т о р а [1] (рис. 13 (а)). Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой может быть определено по правилу правой руки. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта ЭДС индуктируется только вследствие вращения якоря и называется ЭДС в р а щ е н и я. Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря ЭДС вычисляется по формуле:

, В, (1)

где: – величина магнитной индукции в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника, Тл;

– активная длина проводника, т.е. та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле, м;

 
 

– линейная скорость движения проводника, м/с.

Рис. 13. Работа простейшей МПТ в режиме генератора (а) и двигателя (б)

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна:

, В. (2)

Эта ЭДС является переменной, т.к. проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направления ЭДС в проводниках меняется. По форме кривая ЭДС проводника в зависимости от времени повторяет кривую распределения индукции вдоль воздушного зазора.

Частота ЭДС в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря:

, об/мин. (3)

В общем случае, когда машина имеет пар полюсов с чередующейся полярностью, то частота ЭДС вычисляется по формуле:

, об/мин. (4)

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток . В обмотке якоря этот ток будет переменным. Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора на 90º С и изменении направления ЭДС в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными.

Таким образом, в генераторе коллектор является м е х а н и ч е с к и м в ы п р я м и т е л е м, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря:

, В. (5)

Проводники обмотки якоря с током находятся в магнитном поле, поэтому на них будут действовать электромагнитные силы, вычисляемые по формуле 6, направление которых определяется по правилу левой руки:

, А. (6)

Эти силы создают механический вращающий момент , который называется э л е к т р о м а г н и т н ы м м о м е н т о м и равен:

, Н·м, (7)

где: – диаметр якоря, м.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также д в и г а т е л е м, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника (рис. 13 (б)). При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникает электромагнитный момент . Величины и , как и для генератора, определяются равенствами (6) и (7). При достаточной величине якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент при этом является движущим и действует в направлении вращения.

Чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора и двигателя были одинаковы, то направление действия , а следовательно, и тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором.

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает в качестве м е х а н и ч е с к о г о и н в е р т о р а тока.

Проводники обмотки якоря двигателя также вращаются в магнитном поле, поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется ЭДС , величина которой определяется равенством (2). Направление этой ЭДС в двигателе такое же, как и в генераторе. Таким образом, в двигателе ЭДС якоря направлена против тока и приложенного к зажимам якоря напряжения . Поэтому ЭДС якоря двигателя называется п р о т и в о э л е к т р о д в и ж у щ е й с и л о й.

Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается ЭДС и падением напряжения в обмотке якоря:

, В. (8)

Из изложенного выше следует, что каждая МПТ может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся ЭМ и называется о б р а т и м о с т ь ю.

Для перехода МПТ из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря. Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.

Лабораторная работа № 3

«Устройство и принцип действия трансформатора»

Вопрос 1. Из чего состоит трансформатор?
Ответ. Простейший трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в виде цилиндрических катушек.
Одна из обмоток подключается к источнику переменного синусоидального тока с напряжением u1 и называется первичной обмоткой. К другой обмотке подключается нагрузка трансформатора. Эта обмотка называется вторичной
обмоткой.

Вопрос 2. Как осуществляется передача энергии из одной обмотки в другую?
Ответ. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется путём электромагнитной индукции. Переменный синусоидальный ток i1, протекающий по первичной обмотке трансформатора, возбуждает в магнитопроводе переменный магнитный поток Фс, который пронизывает витки обеих обмоток и наводит в них ЭДС
и
с амплитудами пропорциональными числам витков w1 и w2. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки в ней под действием ЭДС e2 возникает переменный синусоидальный ток i2 и устанавливается некоторое напряжение u2.
Электрическая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует и энергия во вторичную обмотку передаётся посредством магнитного поля, возбуждаемого в сердечнике.

Вопрос 3. Чем является вторичная обмотка трансформатора по отношению к нагрузке?
Ответ. По отношению к нагрузке вторичная обмотка трансформатора является источником электрической энергии с ЭДС e2. Пренебрегая потерями в обмотках трансформатора можно считать, что напряжение питающей сети U1 ≈ E1, а напряжение в нагрузке U2 ≈ E2.

Вопрос 4. Что такое коэффициент трансформации?
Ответ. Так как ЭДС обмоток пропорциональны числам витков, то соотношение напряжений питания трансформатора и нагрузки также определяется соотношением чисел витков обмоток, т.е.
U1/U2 ≈ E1/E2 ≈ w1/w2 = k.
Величина k называется коэффициентом трансформации.

Вопрос 5. Какой трансформатор называется понижающим?
Ответ. Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной w2 < w1, то k > 1 и напряжение в нагрузке будет меньше напряжения на входе трансформатора. Такой трансформатор называется понижающим.

Вопрос 6. Какой трансформатор называется повышающим?
Ответ. Если число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной w2 > w1, то k < 1 и напряжение в нагрузке будет больше напряжения на входе трансформатора. Такой трансформатор называется повышающим.

Вопрос 7. Какая обмотка трансформатора называется обмоткой высшего напряжения (ВН)?
Ответ. Обмотка, подключаемая к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). Вторая обмотка называется обмоткой низшего напряжения (НН).

Вопрос 8. Какие трансформаторы называются «сухими»?
Ответ. Трансформаторы, в которых отвод тепла производится потоком воздуха, называются «сухими» трансформаторами.

Вопрос 9. Какие трансформаторы называются «масляными»?
Ответ. В тех случаях, когда воздушным потоком невозможно отвести тепловую энергию так, чтобы обеспечить ограничение
температуры изоляции обмоток на допустимом уровне, для охлаждения используют жидкую среду, погружая трансформатор в бак со специальным трансформаторным маслом, которое одновременно выполняет роль хладоагента и электрической изоляции. Такие трансформаторы называются «масляными».

Вопрос 10. Как трансформаторы обозначают на электрических схемах?
Ответ.

На рисунке показаны условные обозначения однофазных двухобмоточных (1, 2, 3) и многообмоточных (7, 8) трансформаторов, а также трёхфазных трансформаторов (12, 13, 14, 15, 16). Здесь же показаны обозначения однофазных (4, 5) и трёхфазных (9, 10) автотрансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения (6) и тока (11).

Вопрос 11. Чем определяются условия работы и свойства трансформатора?
Ответ. Условия работы и свойства трансформатора определяются системой параметров, называемых номинальными, т.е. значениями величин, соответствующих расчётному режиму работы трансформатора. Они указываются в справочных данных и на табличке, прикрепляемой к изделию.

    Номинальными параметрами трансформатора являются:
  • первичное линейное напряжение U1N, в В или кВ;
  • вторичное линейное напряжение U2N, измеряемое при отключённой нагрузке и номинальном первичном напряжении, в В или кВ;
  • токи первичной и вторичной обмоток I1N и I2N, в А или кА;
  • полная мощность SN, равная для однофазных и трёхфазных трансформаторов соответственно , в В⋅А или кВ⋅А.

Вопрос 12. Как влияет рабочая частота трансформатора на его массу и габариты?
Ответ. Повышение рабочей частоты трансформатора позволяет при прочих равных условиях существенно уменьшить массу и габариты изделия. Действительно, напряжение первичной обмотки примерно равно ЭДС, наводимой в ней магнитным потоком в сердечнике Φc, а полная мощность, например, однофазного трансформатора равна

где и – заданные номинальные значения индукции в сердечнике и плотности тока в обмотке, а Sc ∼ l2 и Si – поперечное сечение сердечника и суммарное сечение w1 витков обмотки. Следовательно, увеличение частоты питания f позволяет пропорционально уменьшить сечение сердечника при той же мощности трансформатора, т.е. уменьшить в квадрате его линейные размеры l.

Вопрос 13. Для чего служит магнитопровод трансформатора?
Ответ. Магнитопровод трансформатора служит для увеличения взаимной индукции обмоток и в общем случае не является необходимым элементом конструкции. При работе на высоких частотах, когда потери в ферромагнетике становятся недопустимо большими, а также при необходимости получения линейных характеристик, применяются трансформаторы без сердечника, т.н. воздушные трансформаторы. Однако в подавляющем большинстве случаев магнитопровод является одним из трёх основных элементов трансформатора. По конструкции магнитопроводы трансформаторов подразделяются на стрежневые и броневые.

Вопрос 14. Каким условиям должна удовлетворять конструкция обмоток трансформатора?
Ответ. Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности, а также термостойкости.
Кроме того, технология их изготовления должна быть по возможности простой, а потери в обмотках минимальными.

Вопрос 15. Из чего изготавливаются обмотки трансформатора?
Ответ. Обмотки изготавливаются из медного или алюминиевого провода. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов находится в пределах 2…4,5 А/мм2, а в сухих трансформаторах 1,2…3,0 А/мм2. Верхние пределы относятся к более мощным трансформаторам. В алюминиевых обмотках плотность тока на 40…45% меньше. Провода обмоток могут быть круглого сечения площадью 0,02…10 мм2 или прямоугольного сечения площадью 6…60 мм2. Во многих случаях катушки обмоток наматываются из нескольких параллельных проводников. Обмоточные провода покрыты эмалевой и хлопчатобумажной или шёлковой изоляцией. В сухих трансформаторах применяются провода с термостойкой изоляцией из стекловолокна.

Вопрос 16. Как подразделяются обмотки трансформатора по способу расположения на стержнях?
Ответ. По способу расположения на стержнях обмотки подразделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрические обмотки выполняются в виде цилиндров, геометрические оси которых совпадают с осью стержней. Ближе к стержню обычно располагается обмотка низшего напряжения, т.к. это позволяет уменьшить изоляционный промежуток между обмоткой и стержнем. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН поочерёдно располагают вдоль стрежня по высоте. Такая конструкция позволяет увеличить электромагнитную связь между обмотками, но значительно усложняет изоляцию и технологию изготовления обмоток, поэтому в силовых трансформаторах чередующиеся обмотки не используются.

Вопрос 17. Как выполняется изоляция обмоток трансформатора?
Ответ. Одним важнейших элементов конструкции обмоток трансформатора является изоляция.
Различают главную и продольную изоляцию.
Главной называется изоляция обмотки от стержня, бака и других обмоток. Её выполняют в виде изоляционных промежутков, электроизоляционных каркасов и шайб. При малых мощностях и низких напряжениях функцию главной изоляции выполняет каркас из пластика или электрокартона, на который наматываются обмотки, а также несколько слоёв лакоткани или картона, изолирующих одну обмотку от другой.
Продольной называется изоляция между различными точками одной обмотки, т.е. между витками, слоями и катушками. Межвитковая изоляция обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции используются несколько слоёв кабельной бумаги, а междукатушечная изоляция осуществляется либо изоляционными промежутками, либо каркасом или изоляционными шайбами.
Конструкция изоляции усложняется по мере роста напряжения обмотки ВН и у трансформаторов, работающих при напряжениях 200…500 кВ, стоимость изоляции достигает 25% стоимости трансформатора.

Литература: Усольцев Александр Анатольевич. Электрические машины. Учебное пособие. 2013 г.

Принцип действия трансформатора — Студопедия

Назначение и области применения трансформаторов

РАЗДЕЛ 2. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор – электромагнитное статическое устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный другого напряжения той же частоты.

При помощи трансформаторов осуществляются повышение и понижение напряжения, преобразование чисел фаз и в некоторых случаях преобразование частоты переменного тока. Трансформаторы используются при передаче и распределении электрической энергии в энергетических установках, а также для разнообразных преобразований переменного тока в промышленных установках, в устройствах связи, радио, автоматики, телемеханики и т.д.

Наибольшее значение имеют следующие типы трансформаторов:

1. Силовые трансформаторы – используются для передачи и распределения электроэнергии;

2. Силовые трансформаторы специального назначения – печные, сварочные, для выпрямительных установок;

3. Автотрансформаторы – для преобразования напряжения в небольших пределах;

4. Измерительные – для включения в схемы измерительных приборов;

5. Испытательные – для производственных испытаний под высоким напряжением;

6. Индукционные регуляторы – для регулирования напряжения.

Трансформатор является одним и важнейших элементов каждой электрической сети или системы. Передача электрической энергии на большие расстояния от места её производства до места потребления требует в современных системах не менее 4-х, 5-ти кратной трансформации напряжения. С этой целью в сетях энергосистем и энергопотребителей применяются силовые повышающие и понижающие трансформаторы. Для режима их работы характерны частота переменного тока 50 Гц. Суммарная установленная мощность трансформаторов должна в несколько раз превышать установленную мощность генераторов. Современная электромашиностроительная промышленность освоила выпуск 2-х и 3-х обмоточных трансформаторов мощностью от долей ВА до 1000 МВА в трёхфазном исполнении, с номинальным напряжением на стороне высокого напряжения (ВН) 6, 10, 35, 110, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 кВ. Однофазные трансформаторы по расходу материалов и КПД менее выгодны, чем 3-фазные.


Рассмотрим принцип действия трансформатора на примере 1-фазного двухобмоточного трансформатора (рис. 2.1). Электромагнитная система 1-фазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток, размещённых на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток.


Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Максвелла:

, (2.1)

где е – переменная ЭДС, индуктируемая в обмотке изменяющимся во времени t магнитным потоком Ф и пропорциональная числу витков обмотки w.

Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения:

, (2.2)

при этом в этой обмотке возникает переменный ток i1, который создаёт переменный магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуктирует в первичной и вторичной обмотке переменные ЭДС, мгновенные значения которых е1 и е2, согласно закону Максвелла, будут соответственно:

, (2.3)

. (2.4)

Следовательно, отношение мгновенных и действующих значений ЭДС в обмотках определяется выражением

. (2.5)

Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора, то получим

. (2.6)

Если вторичное напряжение , то трансформатор – повышающий, если , то трансформатор – понижающий. Таким образом, в трансформаторе преобразуются только напряжения и токи, мощность же остаётся приблизительно постоянной, только несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе.

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называют коэффициентом трансформации:

. (2.7)

В системах передачи и распределения энергии, и в устройствах радиоэлектроники и автоматики в ряде случаев применяют трёхобмоточные и многообмоточные трансформаторы, что даёт возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений для энергоснабжения нескольких потребителей. В трёхобмоточных трансформаторах различают обмотки высшего, среднего и низшего напряжения.

Выводы:

· Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции;

· Трансформатор может работать только в сетях переменного тока;

· Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называют коэффициентом трансформации;

· Трансформатор преобразует напряжения и токи, мощность практически не изменяется.

Тема 6.1. Устройство и принцип действия трансформатора — Студопедия

Тема 6.1. Устройство и принцип действия трансформатора.

Вопросы:

1. Устройство трансформатора.

2. Принцип действия трансформатора.

3. Коэффициент трансформации.

Устройство трансформатора.

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, предназначенный для трансформации (изменения) напряжения.

1 – ярмо; 2 и 5 – стержни; 3 и 4 – обмотки.

Ярмо и стержни образуют магнитопровод.

Первичная обмотка – обмотка, которая присоединена к источнику.

Вторичная обмотка – обмотка, к которой присоединяют потребители.

Классификация.

1. По характеру трансформации: понижающие и повышающие.

2. По назначению: силовые и специальные.

3. По числу обмоток: двух- и многообмоточные ( у двухобмоточных имеются первичная и вторичная обмотки; у многообмоточных – первичная и несколько вторичных).

4. По числу фаз: одно- и трёхфазные.

Принцип действия трансформатора.

w1 – первичная обмотка; w2 – вторичная обмотка; I1, I2 – действующие значения токов первичной и вторичной обмоток; U1, U2 – действующие значения напряжений на первичной и вторичной обмотках; Ф – основной магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимоиндукции: переменный ток первичной обмотки возбуждает переменный магнитны поток, большая часть которого Ф замыкается по магнитопроводу (основной поток). Небольшая часть потока, возбуждённого током первичной обмотки, замыкается по воздуху и называется потоком рассеяния. Поток Ф наводит в обмотка трансформатора ЭДС: в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е1 и во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции е2. Если ко вторичной обмотке присоединить потребитель, то под действием ЭДС е2 потечёт ток I2.


В трансформаторе передача энергии от источника к потребителю происходит через магнитное поле, связывающее между собой первичную и вторичную обмотки. Таким образом, источник энергии и потребитель не имеют между собой гальванической связи, т.е. напряжение источника не приложено к потребителю.

Коэффициент трансформации.

В соответствие с законом электромагнитной индукции (формула 2.4):

е1 = -w1 ; .

При синусоидальном напряжении на первичной обмотке основной магнитный поток то же будет синусоидальным, т.е. Ф = Фmsin ωt.

Тогда: = Е1m , где Е1m= w1ωФm, отсюда действующее значение . Аналогично: = 4,44 w2 f Фm.

Коэффициент трансформации (k) – отношение числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения.


Лекция 24

Вопросы:

1. Режим холостого хода.

2. Режим работы под нагрузкой.

3. Режим короткого замыкания.

4. Коэффициент полезного действия.

Трансформаторы могут работать в режимах холостого хода, рабочем и короткого замыкания.

1. Режим холостого хода.

В режиме холостого хода трансформатора (рис. 6.3) первичная обмотка включена в сеть под номинальное напряжение (выключатель В1 замкнут), а вторичная обмотка разомкнута выключателем В2 (I2=0).

Уравнение равновесия ЭДС и напряжений в цепи первичной обмотки трансформатора при холостом ходе записывается в соответствии со вторым законом Кирхгофа и имеет следующий вид:

,

где I01 – ток первичной обмотки при холостом ходе; z1 – полное сопротивление первичной обмотки; I01z1 – падение напряжения на первичной обмотке.

Падение напряжения на первичной обмотке при холостом ходе не превышает 0,5% напряжения U1, поэтому можно считать, что Е1≈ U1. Во вторичной обмотке ток не протекает, поэтому Е2=U2.

Измерив напряжения на обмотках можно определить коэффициент трансформации

K= .

При холостом ходе трансформатора полезная мощность (мощность, отдаваемая нагрузке), равна нулю. Вся потребляемая из сети мощность расходуется на потери в самом трансформаторе. Эти потери складываются из потерь на нагревание первичной обмотки и потерь в стали. Расчёты показывают, что потери на нагревание обмотки составляют не более 2% от мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе. Тогда не будет большой ошибкой считать, что мощность Р1, измеренная ваттметром, тратится в основном на потери в стали. Потери в магнитопроводе (в стали) возникают от его перемагничивания и от вихревых токов. Но и те и другие зависят от основного магнитного потока.

Режим холостого хода используется для определения опытным путём потерь в стали трансформатора.

2. Режим работы под нагрузкой.

В этом режиме первичная обмотка подключена к источнику, а ко вторичной обмотке подключена нагрузка Zн.

Под действием индуктированной во вторичной обмотке ЭДС Е2 потечёт ток I2, который возбудит магнитный поток. В соответствии с правилом Ленца этот поток будет препятствовать изменению магнитного потока, возбуждённого током первичной обмотки. Таким образом, магнитный поток, возбуждённый током первичной обмотки при холостом ходе, практически не изменится.

Уравнение равновесия ЭДС и напряжений трансформатора при работе под нагрузкой записываются в соответствии со вторым законом Кирхгофа и имеют следующий вид:

; ,

где I1zI – падение напряжения в первичной обмотке; I2z2 – падение напряжения во вторичной обмотке.

Падение напряжения в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке составляет 5-10% от номинального напряжения, поэтому можно считать, что

U1≈E1; U2≈E2.

Так же как и при холостом ходе

3. Режим короткого замыкания.

В этом режиме первичная обмотка подключена к сети, а вторичная обмотка замкнута накоротко. Причинами возникновения короткого замыкания могут быть неисправности у потребителя подключённого ко вторичной обмотке или повреждение изоляции этой обмотки. При коротком замыкании токи в первичной и вторичной обмотках достигают величин, превышающих номинальные токи в 10 – 20 и более раз. Такое чрезмерное увеличение тока представляет опасность для трансформатора. Вследствие этого всегда предусматривается защита, предназначенная отключать от сети его первичную обмотку по прошествии некоторого небольшого промежутка времени после возникновения короткого замыкания.

Для определения потерь в меди обмоток используют опыт короткого замыкания, при котором зажимы вторичной обмотки замыкают накоротко (обычно через амперметр), а к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение, чтобы токи в обмотках трансформатора были равны номинальным. Потери в стали при опыте короткого замыкания будут меньше, чем при холостом ходе в 400÷900 раз, поэтому ими можно пренебречь и считать, что мощность, потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания, тратится только на нагревание первичной и вторичной обмоток, т.е. является потерями в меди.

4. Коэффициент полезного действия.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение полезной мощности P2 к потребляемой P1, т.е.

.

У современных трансформаторов КПД достигает значения, равного 99%

Наибольшего значения КПД достигает при токе нагрузки I2 = (0,75÷о,8) I

Лекция 25.

Принцип работы понижающего трансформатора напряжения и его устройство

Большинство электрических инструментов, приборов, оборудования работает от сетевого напряжения переменного тока, равного 220 В. Но для низковольтных электропотребителей – галогенных осветительных приборов, низковольтных обогревателей, светодиодных светильников и других – его значение снижают до определенной величины. Для решения этой задачи применяются аппараты без подвижных компонентов – понижающие трансформаторы, которые понижают величину напряжения до нужного значения, оставляя частоту неизменной. Различные модели этих аппаратов могут использоваться в энергетической отрасли, промышленности, а также в быту для получения значения напряжения, безопасного для пользователя.

Устройство и принцип работы понижающего трансформатора

В состав аппарата входит ферромагнитный сердечник с двумя обмотками – первичной и вторичной. На обмотки наматываются проводники, каждый слой которых изолируется кабельной бумагой. Поперечное сечение проводника может быть круглым или прямоугольным (шина).

Первичная и вторичная обмотки между собой электрически не контактируют. Отсутствие электроконтакта обеспечивают изоляционные прокладки, изготовленные из электрокартона или других изоляторов. Большинство аппаратов со всеми компонентами заключается в защитный корпус.

Принцип действия:

  • На первичную обмотку, имеющую большее количество витков по сравнению с вторичной, поступает сетевой ток. Он образует магнитное поле, пересекающее вторичную обмотку.
  • Во вторичной обмотке образуется ЭДС, под воздействием которой генерируется выходное напряжение со значением, необходимым для электропитания электронных приборов. Отношение входного (высокого, ВН) напряжения к выходному (низкому, НН) равно отношению количества витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Конструкция понижающего трансформатора может предусматривать одновременное подключение нескольких низковольтных потребителей.
  • В ходе трансформации происходят потери мощности, равные примерно 3 %.

Понижающий трансформатор

Понижающие трансформаторы не меняют частоту тока. Для ее изменения, в том числе для получения постоянного тока, в схему включают выпрямители. Чаще всего они представляют собой диодные мосты. Современные приборы могут дополняться другими полупроводниковыми и интегральными схемами, которые улучшают эксплуатационные характеристики аппаратов.

Чтобы определить, какой перед вами трансформатор – понижающий или повышающий, необходимо посмотреть маркировки обмоток. В понижающем аппарате первичной является высоковольтная обмотка, которая маркируется буквой «Н», вторичной – низковольтная обмотка, обозначаемая буквой «Х». В повышающем устройстве первичной является низковольтная обмотка «Х», вторичной – высоковольтная «Н».

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

  • Стержневые. Эти модели, в которых обмотки располагаются вокруг сердечников магнитопровода, обладают средней или высокой мощностью. Стержневые понижающие трансформаторы имеют простую конструкцию, их обмотки легко изолировать, обслуживать и осуществлять ремонт. Их разновидность – броневые аппараты, в которых обмотки «броней» охватывают магнитопровод. Это простой и дешевый аппарат, но его трудно обслуживать и ремонтировать.
  • Тороидальные. Сердечник в таких аппаратах имеет форму тора. Тороидальные модели применяются в маломощных радиоэлектронных устройствах. Они легкие, имеют небольшие размеры, позволяют достигать высокой плотности тока. Ток намагничивания – минимальный. Аппараты могут выдерживать достаточно высокие температуры.
  • Многообмоточные. Имеют две или более вторичных обмоток. Позволяют получать несколько значений выходного напряжения, то есть обеспечивают питание нескольких потребителей.

По роду тока, с которым работают трансформаторы, их разделяют на:

  • Однофазные. Наиболее распространенный тип, имеющий профессиональное и бытовое применение. Фазный и нулевой провода электропроводки подсоединяются к первичной обмотке.
  • Трехфазные. Востребованы в энергетике, на производственных предприятиях, реже – в бытовых условиях. Служат для трансформации трехфазного напряжения.

Для чего нужен понижающий трансформатор

Для чего нужен понижающий трансформатор

Разнообразие конструкций, имеющихся в продаже, позволяет выбрать оптимальную модель для конкретной области применения:

  • В энергетической индустрии используют понижающие аппараты высокой мощности – до 1000 МВА. Выпускаемые модели – 765/220 кВ, 410/220 кВ, 220/110 кВ.
  • Для адаптации высокого напряжения к параметрам бытовой электросети используют малые распределительные трансформаторы, мощность которых достигает 1-5 МВА. На стороне высокого напряжения могут быть предусмотрены значения 10, 20, 35 кВ, на низкой – 400 или 230 В.
  • Для бытовой техники обычно применяют трансформаторы, изменяющие напряжение с 220-230 В до 42, 36, 12 В. Конкретная величина Uвых определяется требованиями потребителя.

При подборе оптимальных устройств учитывают суммарную мощность потребителей, напряжение на входе и выходе, необходимость (или ее отсутствие) изменения частоты, габариты и массу.


Типы, основы, принцип построения и эксплуатации

Трансформаторы

, как правило, представляют собой устройства, способные преобразовывать величины из одного значения в другое. В этой статье мы сосредоточимся на трансформаторе напряжения , который является статическим электрическим компонентом, способным преобразовывать переменное напряжение из одного значения в другое без изменения частоты, используя принципы электромагнитной индукции .

Transformer Symbol

В одной из наших предыдущих статей о переменном токе мы упомянули, насколько важен был трансформатор в истории переменного тока.Это был главный активатор, который сделал возможным переменный ток. Первоначально, когда использовались системы на основе постоянного тока, они не могли быть переданы на большие расстояния из-за потери мощности в линиях по мере увеличения расстояния (длины), что означает, что электростанции постоянного тока должны были быть размещены повсюду, поэтому основная цель AC должен был решить проблему передачи, и без трансформатора это было бы невозможно, так как потери все равно существовали бы даже с AC.

Single Phase Transformer

При установленном трансформаторе переменный ток может передаваться от генерирующих станций при очень высоком напряжении, но низком токе, что исключает потери в линии (проводах) из-за значения I 2 R (которое дает потерю мощности в линия).Затем трансформатор используется для преобразования высокого напряжения, энергии низкого тока в низкое напряжение, энергии высокого тока для окончательного распределения в сообществе без изменения частоты и с той же мощностью, которая была передана от генераторной станции (P = IV) ,

Чтобы лучше понять трансформатор напряжения, лучше всего использовать его наиболее упрощенную модель — однофазный трансформатор.

Однофазный трансформатор

Single Phase Voltage transformer

Однофазный трансформатор является наиболее распространенным (с точки зрения количества используемых) типом трансформаторов напряжения. Он присутствует в большинстве «подключенных» приборов, которые мы используем дома и везде.

Он используется для описания принципа работы, конструкции и т. Д. Трансформатора, поскольку другие трансформаторы подобны изменению или модификации однофазного трансформатора. Например, некоторые люди называют трехфазный трансформатор составленным из трех однофазных трансформаторов.

Однофазный трансформатор состоит из двух катушек / обмотка (первичная и вторичная катушка).Эти две обмотки расположены таким образом, что не существует электрического соединения между ними , поэтому они намотаны вокруг общего магнитного утюга, обычно называемого сердечником трансформатора , таким образом, две катушки имеют только магнитное соединение между ними , Это гарантирует, что мощность передается только через электромагнитную индукцию, а также делает трансформаторы полезными для изолирующих соединений.

Принцип работы трансформатора:

Как упоминалось ранее, трансформатор состоит из двух катушек; первичная и вторичная катушки .Первичная катушка всегда представляет вход для трансформатора, а вторичная катушка — выход из трансформатора.

Два основных эффекта определяют работу трансформатора:

Во-первых, заключается в том, что ток, протекающий через провод, создает вокруг него магнитное поле. Величина результирующего магнитного поля всегда прямо пропорциональна величине тока, проходящего через провод. Величина магнитного поля увеличивается, если провод намотан в форме катушки.Это принцип, по которому магнетизм индуцируется первичной катушкой. Подавая напряжение на первичную катушку, оно индуцирует магнитное поле вокруг сердечника трансформатора .

Второй эффект , который в сочетании с первым объясняет принцип работы трансформатора, который основан на том факте, что , если проводник намотан на кусок магнита и магнитное поле изменяется, изменение магнитного поля будет индуцирует ток в проводнике , величина которого будет определяться числом витков катушки проводника.Это принцип, по которому вторичная катушка получает питание.

Когда на первичную катушку подается напряжение, оно создает магнитное поле вокруг сердечника, сила которого зависит от приложенного тока. Созданное магнитное поле, таким образом, индуцирует ток во вторичной катушке, который является функцией величины магнитного поля и числа витков вторичной катушки.

Этот принцип работы трансформатора также объясняет, почему переменный ток должен был быть изобретен, потому что трансформатор будет работать только тогда, когда есть изменение в приложенном напряжении или токе, как только тогда будут работать принципы электромагнитной индукции.Таким образом, трансформатор не может быть использован для постоянного тока .

Строительство Трансформатора

По сути, трансформатор состоит из двух частей, которые включают в себя; две катушки индуктивности и многослойный стальной сердечник . Катушки изолированы друг от друга, а также изолированы для предотвращения контакта с сердечником.

Таким образом, конструкция трансформатора будет рассмотрена под конструкцией катушки и сердечника.

Ядро трансформатора

Сердечник трансформатора всегда создается путем укладки ламинированных листов стали вместе, обеспечивая минимальный воздушный зазор между ними.В последнее время сердечник трансформатора всегда состоит из многослойного стального сердечника вместо железных сердечников, чтобы уменьшить потери из-за вихревых токов.

На выбор предлагается три основных формы многослойных стальных листов: E, I и L.

Transformer core design types

При складывании ламинирования вместе, чтобы сформировать сердцевину, они всегда складываются таким образом, что стороны соединения чередуются. Например, из листов, собранных с лицевой стороны во время первой сборки, они будут с обратной стороны для следующей сборки, как показано на рисунке ниже.Это сделано, чтобы предотвратить большое нежелание в суставах.

Transformer core Internal structure

Катушка

При создании трансформатора становится очень важным указание типа трансформатора как с повышением или понижением, так как это определяет количество витков, которые будут существовать в первичной или вторичной катушке.

Типы трансформаторов:

В основном есть трех типов трансформаторов напряжения ;

1.Понижающие трансформаторы

2. Повышающие трансформаторы

3. Изолирующие трансформаторы

Понижающие трансформаторы являются трансформаторами, которые дают пониженное значение напряжения, приложенного к первичной катушке на вторичной катушке, в то время как для повышающего трансформатора , трансформатор выдает повышенное значение напряжения, приложенного к первичной катушке. катушка, на вторичной катушке.

Step-up and step-down transformer waveform

Изолирующие трансформаторы — это трансформаторы, которые дают одинаковое напряжение, приложенное к первичной обмотке вторичной обмотки и, таким образом, в основном используются для изоляции электрических цепей.

Из вышеприведенного объяснения создание трансформатора определенного типа может быть достигнуто только путем проектирования числа витков в каждой из первичной и вторичной катушек, чтобы обеспечить требуемый выходной сигнал, таким образом, это может быть определено отношением витков. Вы можете прочитать связанный учебник, чтобы узнать больше о различных типах трансформаторов.

Коэффициент трансформации трансформатора и уравнение ЭДС:

Коэффициент оборотов трансформатора (n) задается уравнением ;

n = Np / Ns = Vp / Vs 

, где n = коэффициент поворотов

Np = Число витков в первичной катушке

нс = число витков вторичной катушки

Vp = напряжение, приложенное к первичной

Vs = напряжение на вторичной обмотке

Эти отношения, описанные выше, могут использоваться для расчета каждого из параметров в уравнении.

Формула выше известна как действие напряжения трансформаторов .

Так как мы сказали, что сила остается неизменной после преобразования;

Transformer current action formula

Эта формула выше упоминается как текущее действие трансформатора . Что служит доказательством того, что трансформатор не только преобразует напряжение, но и преобразует ток.

ЭДС Уравнение:

Число витков катушки первичной или вторичной катушки определяет величину тока, который она индуцирует или индуцирует.Когда ток, приложенный к первичной обмотке, уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается и становится одинаковой для тока, наведенного во вторичной обмотке.

E = N (dΦ / dt) 

Величина напряжения, наведенного во вторичной обмотке, определяется уравнением:

Где N — число витков во вторичной обмотке.

Поскольку поток изменяется синусоидально, магнитный поток Φ = Φ макс. sinwt

, таким образом,

E = N * w * Φmax * cos (мас)
Emax = NwΦmax 

Среднеквадратичное значение индуцированной эдс получается путем деления максимального значения эдс на √2

Transformer EMF equation

Это уравнение известно как уравнение ЭДС трансформатора .

Где: N — число витков в обмотке катушки

f — частота потока в герцах

Φ — плотность магнитного потока по Веберу

со всеми этими значениями можно построить трансформатор.

Электроэнергия

Как было объяснено ранее, трансформаторы были созданы для обеспечения того, чтобы величина электроэнергии, генерируемой на генерирующих станциях, доставлялась конечным пользователям с небольшими потерями или без потерь, поэтому в идеальном трансформаторе мощность на выходе (вторичная обмотка) всегда такой же, как входная мощность .Таким образом, трансформаторы называются устройствами постоянной мощности, хотя они могут изменять значения напряжения и тока, это всегда делается таким образом, чтобы на выходе была одинаковая мощность на входе.

Таким образом,

P  s  = P  p  

где Ps — мощность на вторичной обмотке, а Pp — мощность на первичной обмотке.

Поскольку P = IvcosΦ
тогда I  с  В  с  cosΦ  с  = I  р  В  р  cosΦ  р  

КПД трансформатора

КПД трансформатора определяется уравнением;

КПД = (выходная мощность / входная мощность) * 100% 

Хотя выходная мощность идеального трансформатора должна быть такой же, как и входная мощность, большинство трансформаторов далеки от идеального и имеют потери из-за нескольких факторов.

Некоторые потери, которые может понести трансформатор, перечислены ниже;

1. Потери меди

2. Гистерезисные потери

3. Вихретоковые потери

1. Потери меди

Эти потери иногда называют потерями в обмотке или I 2 R. Потери. Эти потери связаны с мощностью, рассеиваемой проводником, используемым для обмотки, когда через него проходит ток из-за сопротивления проводника.Значение этой потери можно рассчитать по формуле;

P = I  2  R 

2. Гистерезисные потери

Это потери, связанные с нежеланием материалов, используемых для сердечника трансформатора. Поскольку переменный ток меняет свое направление, он оказывает влияние на внутреннюю структуру материала, используемого для сердечника, поскольку он имеет тенденцию подвергаться физическим изменениям, которые также расходуют часть энергии

3.Вихретоковые потери

Эта потеря обычно компенсируется использованием тонких слоистых листов стали. Потеря вихревых токов возникает из-за того, что сердечник также является проводником и будет вызывать ЭДС во вторичной катушке. Токи, индуцированные в сердечнике по закону Фарадея, будут противодействовать магнитному полю и приводить к рассеянию энергии.

Фактор влияния этих потерь в расчете эффективности трансформатора, мы имеем;

КПД = (входная мощность - потери / входная мощность) * 100% 

Все параметры выражены в единицах мощности.

,
Что такое трансформатор? Конструкция, работа, типы и применение.

Что такое трансформатор? Его части, эксплуатация, типы, ограничения и применение

Что такое трансформатор?

  • Как следует из названия, трансформатор передает электроэнергию из одной электрической цепи в другую электрическую цепь. Это не меняет значение силы.
  • Трансформатор не изменяет частоту цепи во время работы.
  • Трансформатор работает на электрическом я.е. взаимная индукция.
  • Трансформатор работает, когда обе цепи вступают в силу взаимной индукции.
  • Трансформатор не может повышать или понижать уровень постоянного напряжения или постоянного тока.
  • Трансформатор только повышает или понижает уровень переменного или переменного тока.
  • Трансформатор не меняет значение магнитного потока.
  • Трансформатор не будет работать при постоянном напряжении.

What is a Transformer, Its Types, Construction, Working, & Applications What is a Transformer, Its Types, Construction, Working, & Applications

Без трансформаторов электрической энергии, генерируемой на электростанциях, вероятно, будет недостаточно для питания города.Только представьте, что нет трансформаторов. Как вы думаете, сколько электростанций нужно настроить, чтобы обеспечить город энергией? Нелегко настроить электростанцию. Это дорого.

Для обеспечения достаточной мощности необходимо установить множество электростанций. Трансформаторы помогают, усиливая выход трансформатора (повышая или понижая уровень напряжения или тока).

Когда число витков вторичной катушки больше числа витков первичной катушки, такой трансформатор называется повышающим трансформатором.

Аналогично, когда число витков катушки первичной катушки больше, чем у вторичного трансформатора, такой трансформатор известен как понижающий трансформатор.

Конструкция трансформатора (детали трансформатора)

Construction of a Transformer Construction of a Transformer Детали трансформатора
1 Клапан масляного фильтра 17 Клапан слива масла
2 Консерватор 18 Подъемный патрон
3 Реле Бухгольца 19 Стопор
4 Клапан масляного фильтра 20 Фундаментный болт
5 Вентиляционное отверстие 21 Клемма заземления
6 Высоковольтная втулка 22 Опорная база
7 Низковольтная втулка 23 Катушка
8 Подвеска 24 Прижимная пластина катушки
9 BCT Termin al 25 Core
10 Бак 26 Клеммная коробка для защитных устройств
11 Устройство обесточивания ответвления 27 Паспортная табличка
12 Рукоятка переключателя 28 Циферблатный термометр
13 Крепеж для сердечника и катушки 29 Радиатор
14 Подъемный крюк для сердечника и катушки 30 Люк
15 Торцевая рама 31 Подъемный крюк
16 Болт давления катушки 32 Указатель уровня масла циферблатного типа

Принцип работы трансформатора

Трансформатор статическое устройство (и не содержит вращающихся частей, следовательно, нет потерь на трение), которое с преобразовывать электрическую мощность из одной цепи в другую, не меняя ее частоту.Шаг вверх (или шаг вниз) уровня переменного напряжения и тока.

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции двух катушек или по закону Фарадея об электромагнитной индукции. Когда ток в первичной катушке изменяется, поток, связанный со вторичной катушкой, также изменяется. Следовательно, ЭДС индуцируется во вторичной катушке из-за законов электромагнитной индукции Фарадея.

Трансформатор основан на двух принципах: во-первых, электрический ток может создавать магнитное поле (электромагнетизм), а во-вторых, что изменяющееся магнитное поле в катушке с проволокой индуцирует напряжение на концах катушки (электромагнитная индукция) ).Изменение тока в первичной катушке изменяет магнитный поток, который развивается. Изменяющийся магнитный поток индуцирует напряжение во вторичной катушке.

Operating-Working-Principle-of-a-Transformer Operating-Working-Principle-of-a-Transformer

Простой трансформатор имеет сердечник из мягкого железа или кремниевой стали и обмотки (железный сердечник). Как сердечник, так и обмотки изолированы друг от друга. Обмотка, подключенная к основному источнику питания, называется первичной, а обмотка, подключенная к цепи нагрузки, называется вторичной.

Обмотка (катушка), подключенная к более высокому напряжению, называется обмоткой высокого напряжения, а обмотка, подключенная к низкому напряжению, называется обмоткой низкого напряжения.В случае повышающего трансформатора первичной обмоткой (обмоткой) является обмотка низкого напряжения, число витков обмотки вторичной обмотки больше, чем у первичной обмотки. Наоборот для понижающего трансформатора.

Как объяснено ранее, ЭДС индуцируется только изменением величины потока.

Когда первичная обмотка подключена к сети переменного тока, через нее течет ток. Поскольку обмотка связана с сердечником, ток, протекающий через обмотку, будет создавать переменный поток в сердечнике.ЭДС индуцируется во вторичной катушке, так как переменный поток связывает две обмотки. Частота наведенной ЭДС такая же, как у потока или подаваемого напряжения. Operating & Working Principle of a Transformer Operating & Working Principle of a Transformer

При этом (изменение потока) энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке посредством электромагнитной индукции без изменения частоты напряжения, подаваемого на трансформатор. Во время процесса в первичной катушке возникает самоиндуцированная ЭДС, которая противодействует приложенному напряжению.ЭДС самоиндукции называется обратной ЭДС.

Ограничение трансформатора

Чтобы понять основные моменты, мы должны обсудить некоторые основные термины, связанные с работой трансформатора. Итак, вернемся к основному на некоторое время.

Трансформатор — это машина переменного тока, которая повышает или понижает переменное напряжение или ток. Однако трансформатор, являющийся машиной переменного тока, не может повышать или понижать постоянное напряжение или постоянный ток. Это звучит немного странно, хотя. Вы можете подумать: «А разве нет трансформаторов постоянного тока?»

Чтобы ответить на два вопроса, есть ли трансформаторы постоянного тока или нет, и знать, «почему трансформатор не может увеличивать или понижать напряжение постоянного тока», необходимо знать, как электрический ток и магнитное поле взаимодействуют друг с другом в работе трансформатора.

Электромагнетизм

Взаимодействие между магнитным полем и электрическим током называется электромагнетизмом. Токопроводящие проводники создают магнитное поле, когда ток проходит через него. Движение электронов в проводнике приведет к появлению электрического тока (дрейфующих электронов), который возникает в результате ЭДС, установленной на проводнике.

ЭДС, установленная через проводник, может быть в форме той, которая хранится в химической энергии или магнитном поле. Токопроводящий проводник, помещенный в магнитные поля, будет испытывать механическую силу, в то время как проводник, помещенный в магнитное поле, будет дрейфовать электронами, что приведет к электрическому току.

Field Flux

Два магнита разных полюсов будут притягивать друг друга, в то время как магниты одинаковых полюсов будут отталкивать друг друга (так же как и с электрическими зарядами). Каждый магнит окружен силовым полем и представлен воображаемыми линиями, исходящими от северного полюса магнита, идущими в южный полюс того же магнита.

Прочтите важные термины, относящиеся к потоку поля и магнитному полю, с формулами Здесь

«Линии, связывающие северный и южный полюс магнита, представляющего силовое поле, связывающее катушки в трансформаторе, называются магнитным потоком».

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — это явление, объясняющее, как ЭДС и ток индуцируются или могут индуцироваться в катушке при взаимодействии катушки и магнитного поля. Это явление «электромагнитная индукция» объясняется законами электромагнитной индукции Фарадея. Направление наведенной ЭДС в катушке объясняется законом Ленца и правилом правой руки Флеминга.

Законы Фарадея об электромагнитной индукции

После того, как Ампер и другие исследовали магнитное влияние тока, Майкл Фарадей попытался сделать обратное.В ходе своей работы он обнаружил, что при изменении магнитного поля, в котором размещалась катушка, в катушке индуцировалась ЭДС.

Это происходило только тогда, когда он перемещал катушку или магнит, который использовал в эксперименте. ЭДС индуцировалась в катушке только при изменении потока поля (если катушка зафиксирована, перемещение магнита в направлении или от катушки вызывает индукцию ЭДС). Таким образом, законы электромагнитной индукции Фарадея состоят в следующем;

Первый закон Фарадея

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что «ЭДС индуцируется в катушке при изменении потока, связывающего катушку».

Второй закон Фарадея

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что «величина индуцированной ЭДС в катушке прямо пропорциональна скорости изменения потока, связывающего катушку».

e = N dϕ / dt

Где

  • e = индуцированная ЭДС
  • N = число витков
  • dϕ = изменение потока
  • dt = изменение во времени

Похожие сообщения: Есть ли Возможно ли эксплуатировать трансформатор 50 Гц на частоте 5 Гц или 500 Гц?

Закон Ленца

Закон Ленца предусматривает, как можно определить направление наведенной ЭДС в катушке.«Таким образом, в нем говорится, что направление наведенной ЭДС таково, что оно противостоит изменению, вызывающему его.

Другими словами, когда в цепи индуцируется E.M.F, текущая установка всегда противодействует движению или изменению тока, который его вызывает. ИЛИ

Индуцированная ЭДС приведет к тому, что ток будет течь в замкнутой цепи в таком направлении, что его магнитный эффект будет противодействовать изменению, вызвавшему его.

Согласно этому закону (введенному Лансом в 1835 году), направление тока может быть найдено.когда ток через катушку меняет магнитное поле, напряжение создается в результате изменения магнитного поля, направление индуцированного напряжения таково, что оно всегда противодействует изменению тока.

очень простыми словами, закон Ленца, утверждающий, что индуцированный эффект всегда таков, чтобы противостоять причине, вызвавшей его. Lenz-Law Lenz-Law

Правило правой руки Флеминга

В нем говорится, что «если большой, указательный и средний пальцы удерживаются таким образом, что они взаимно перпендикулярны друг другу (составляет 90 ° углов), затем указательный палец указывает направление поля, большой палец указывает направление движения проводника, а средний палец указывает направление индуцированного тока (от ЭДС).Lenz-Law Lenz-Law

Почему трансформаторы не могут повышать или понижать постоянное напряжение или ток?

Трансформатор не может повышать или понижать постоянное напряжение. Не рекомендуется подключать источник постоянного тока к трансформатору, потому что, если к катушке (первичной) трансформатора приложено номинальное напряжение постоянного тока, поток, создаваемый в трансформаторе, не изменится по своей величине, а останется тем же и результат ЭДС не будет индуцироваться во вторичной катушке, кроме как в момент включения, поэтому трансформатор может начать курить и гореть, потому что;

В случае питания постоянного тока, Частота равна нулю .Когда вы подаете напряжение на чистую индуктивную цепь, то в соответствии с

X L = 2 π f L

Где:

  • X L = Индуктивная реактивность
  • L = Индуктивность
  • f = частота

, если мы введем частоту = 0, то общий X L (индуктивное сопротивление) также будет равен нулю.

Теперь перейдем к току, I = V / R (а в случае индуктивной цепи, I = V / X L )….Основной закон Ома

Если мы установим индуктивное сопротивление равным 0, то ток будет бесконечным (Короткое замыкание)…

Итак, если мы подадим постоянное напряжение на чисто индуктивную цепь, цепь может начать дымиться и гореть.

Таким образом, трансформаторы не способны повышать или понижать постоянное напряжение. Также в таких случаях не будет самоиндуцированной ЭДС в первичной катушке, которая возможна только с изменяющейся магнитной связью, чтобы противостоять приложенному напряжению. Сопротивление первичной катушки является низким, и, как таковой, сильный ток, протекающий через него, приведет к выгоранию первичной катушки из-за чрезмерного нагрева, создаваемого током.

Читайте также: При каких условиях источник питания постоянного тока безопасно подключается к первичной обмотке трансформатора?

Типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов в зависимости от их использования, конструкции и конструкции.

Типы трансформаторов на основе своих фаз
  1. Однофазный трансформатор
  2. Трехфазные трансформаторы
Типы трансформаторов на основе своей базовой конструкции
  • Тип сердечника трансформатора
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип корпуса 9 Трансформатор
  • Тип корпуса 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Трансформатор
Типы трансформаторов на основе его сердечника
  • Воздушный сердечник Трансформатор
  • Трансформатор с ферромагнитным / железным сердечником
Типы трансформаторов на основе Преобразователь Большой000000
    Распределительный трансформатор
  • Малый силовой трансформатор
  • Знаковый осветительный трансформатор
  • Управляющий и сигнальный трансформатор
  • Газоразрядная лампа Трансформатор
  • Звонящий трансформатор
  • Инструментальный трансформатор
  • Трансформатор постоянного тока
  • Серия Трансформатор для уличного освещения

Похожие сообщения: Разница между силовыми и распределительными трансформаторами?

Типы трансформаторов на основе изоляции и охлаждения
  • Трансформатор с воздушным или сухим воздушным охлаждением
  • Сухой тип с воздушным охлаждением
  • с масляным погружением, с автоматическим охлаждением (OISC) или ONAN (масло натуральное, воздушное натуральное)
  • с масляным погружением, комбинация с самоохлаждением и воздушной струей (ONAN)
  • с масляным погружением, с водяным охлаждением (OW)
  • с масляным погружением, принудительным масляным охлаждением
  • с масляным погружением, сочетание с автоматическим охлаждением и водяным охлаждением (ONAN + OW)
  • Принудительное масло с воздушным охлаждением (OFAC)
  • Принудительное масло с водяным охлаждением (FOWC)
  • Принудительное масло с автоматическим охлаждением (OFAN)
Типы измерительных трансформаторов

Связанные должности: Защита силовых трансформаторов и неисправности

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформатора уже обсуждались в этом предыдущем посте.

Преимущества 3-фазного трансформатора над 1-фазным трансформатором

Ознакомьтесь с преимуществами и недостатками однофазного и трехфазного трансформатора здесь.

Похожие сообщения:

.

Принцип действия трансформатора | ECE Tutorials

[ezcol_1third id = ”” class = ”” style = ””] [pageids 1]

[/ ezcol_1third]

[ezcol_2third_end id = ”” class = ”” style = ””]

Определение электрического трансформатора

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает мощность от первичной цепи во вторичную цепь без изменения частоты или фазы сигнала. Трансформатор не содержит никакого физического контакта между первичным и вторичным, где он работает на феномене «электромагнитной индукции» Фарадея.

Феномен электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто независимо Майклом и Джозефом Генри в 1831 году. Тем не менее, Фарадей был первым, кто опубликовал результаты своих экспериментов и, таким образом, получил кредит на открытие. Это говорит о том, что электродвижущая сила (ЭДС) индуцируется в катушке, которая находится в переменном магнитном поле. Связь между электродвижущей силой (ЭДС) или «напряжением» и потоком была формализована в уравнении, которое теперь называется «законом индукции Фарадея».

E = dΦ / dt

Где:
€ Величина ЭДС в вольтах?
Φ — магнитный поток в цепи (по Веберу).
Эксперименты Фарадея включали намотку пары катушек вокруг железного кольца, создав тем самым первый тороидальный трансформатор с закрытым сердечником.

[/ ezcol_2third_end]

История Трансформера

Одна из старейших инноваций в электротехнике, трансформатор имеет долгую, но интересную историю развития, насчитывающую более столетия.Родившийся в 1885 году, впервые запатентованный тремя венгерскими инженерами, работающими в Гяндже, Будапешт, Кароли Циперновский, самоотверженно служит человечеству, чтобы помочь использовать электричество в повседневных целях. Трансформатор должен продолжать оправдывать свое существование, как и сегодняшние знания науки и техники.

Принцип действия электрического трансформатора

В своей простейшей форме трансформатор состоит из двух обмоток, напряжение подается на один набор обмоток, называемых первичными, которые создают магнитный поток через среду связи (воздух или железо).Этот поток вызывает противоэлектродвижущую силу в первичной обмотке, ограничивая тем самым ток, потребляемый от источника питания. Это называется током холостого хода и состоит из двух компонентов: одна находится в фазе с напряжением, которое учитывает потери в железе из-за вихревых токов и гистерезиса, а другая — на 90 ° позади напряжения, которое намагничивает сердечник. Этот поток индуцирует электродвижущую силу и во вторичной обмотке. Когда нагрузка подключена к этой обмотке, ток течет во вторичной цепи.Это производит размагничивающий эффект, чтобы уравновесить это, первичная обмотка потребляет больше тока от источника питания, так что

IP.NP = IS.NS
или
Vp / Vs = Np / Ns

Где Vp, Ip и Np — это напряжение, ток и число витков на первичной стороне, а Vs, IS и NS — ток напряжения и число витков на вторичной обмотке соответственно.

Соотношение витков в первичной и вторичной обмотках зависит от соотношения напряжений на первичной и вторичной сторонах.

Основные функции электрического трансформатора

Основное назначение или функция электрического трансформатора — эффективная и мгновенная передача энергии от одного электрического источника к внешней нагрузке. При этом трансформатор также обеспечивает некоторые важные дополнительные функции следующим образом:

  • Отношение первичного к вторичному витку может быть установлено, чтобы эффективно приспосабливаться к различным уровням входного / выходного напряжения.
  • Несколько вторичных обмоток с разным числом витков могут использоваться для достижения нескольких выходов при разных уровнях напряжения.
  • Раздельные первичная и вторичная обмотки обеспечивают изоляцию входов / выходов высокого напряжения, что особенно важно для обеспечения безопасности в автономных условиях.
,
однофазных трансформаторов: принципы работы и применение
Трансформаторы

широко используются в электронных компонентах, поскольку они могут преобразовывать напряжения с одного уровня мощности на другой, не влияя на частоту. По этой причине они обычно используются в бытовой технике. Несмотря на то, что существует множество различных типов трансформаторов, все они основаны на концепции корпуса, предназначенного для экранирования электромагнитных полей, известного как клетка Фарадея. Вот подробности об однофазном трансформаторе и о том, как он защищает электрооборудование.

Как работает однофазный трансформатор
Однофазный трансформатор — это электронный компонент, который работает на однофазном переменном токе, поскольку цикл напряжения происходит в течение единой временной фазы. Он обычно используется для понижения междугородных сигналов как для коммерческих, так и для бытовых электронных устройств. Вот шаги, связанные с этим процессом:

  1. внешняя переменная мощность генерирует переменное электромагнитное поле через первичную обмотку

  2. электромагнитное поле разрушается в железном сердечнике, связывая поток в обеих обмотках

  3. Мощность

    индуцируется через вторичную обмотку, подключенную к нагрузке с частотой 60 Гц.

  4. Закон Фарадея определяет индуктивное напряжение и ампер, которые могут быть изменены в зависимости от природы первичной и вторичной обмоток.

  5. Внешние радиопомехи (RFI)

    экранированы для защиты электронного оборудования.

Первичная и вторичная обмотки обычно изготавливаются из изолированного медного провода и должны быть изолированы от железного сердечника, который обладает высокой проницаемостью.Наибольшее напряжение, которое может быть использовано для однофазного тока, контролируется коммунальными предприятиями и промышленными нормами. Прежде чем принять решение о том, использовать ли однофазные или трехфазные трансформаторы, вам следует проверить спецификацию производителя на использование электронных компонентов или проконсультироваться с экспертом-электриком.

Приложения

  • пониженное локализованное распределение электроэнергии

  • телевизоров для регулирования напряжения

  • низковольтные электронные устройства

  • повышающая мощность в домашних инверторах

  • городских районов, где спрос на электроэнергию ниже

  • торговое и жилое осветительное и отопительное оборудование

Заключение
При принятии решения об использовании однофазного или трехфазного трансформатора следует учитывать диапазон рабочих частот, номинальное напряжение обмоток, номинальную мощность, номинальный ток вторичной обмотки и требования к температуре.Основным преимуществом однофазных и трехфазных трансформаторов является более низкая стоимость. Трехфазные трансформаторы используются в системах большой мощности, тогда как однофазные трансформаторы больше подходят для более легкого оборудования.

User logo

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы микросхем, магниты индуктивности и трансформаторы по индивидуальному заказу. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам высококачественную продукцию, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы являемся растущим предприятием в индустрии магнитов с более чем 20-летним опытом.

Категории: Электронные компоненты

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *